Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
Численное моделирование течения в следе при сверхзвуковых скоростях
Статья научная
Приведены результаты численного моделирования сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка» в рамках ос-редненных по Рейнольдсу уравнений Навье - Стокса. Представлены пространственные поля течения сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка». Рассмотрены качественные особенности сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка», связанные с образованием возвратно-циркуляционной зоны, области присоединения, течения в следе, в том числе области сжатия с образованием хвостового скачка уплотнения. Результаты численного моделирования сопоставлены с экспериментальными данными по визуализации течения. Проведено сравнение расчетных значений коэффициента донного давления и коэффициента донного сопротивления исследуемых аэродинамических конфигураций с экспериментальными данными.
Бесплатно
Численный анализ влияния поверхностного трения на аэродинамические характеристики профиля
Статья научная
Исследуется влияние точности моделирования пограничного слоя на точность вычисления интегральных и распределённых характеристик профиля крыла на примере RAE 2822. Используются две математических модели течения газа: k-ω SST и «невязкого» газа. Решение проводится алгоритмами первого и второго порядков точности, которые дают разные результаты в области отрыва пограничного слоя. Как показали численные исследования, точность расчёта коэффициента трения на поверхности профиля и толщины пограничного слоя существенно влияет на определение точки отрыва потока, что сказывается на вычислении распределенного по поверхности давления и интегральных характеристик профиля.
Бесплатно
Эволюция опор на газовой смазке
Статья научная
Проблема устойчивости и обеспечения надежности высокоскоростных турбомашин на газовых опорах приобретает все большую актуальность в силу повышения скоростей и, как следствие, - возрастающих нагрузок. Газодинамические подшипники также отвечают требованиям экологичности производства, что на данный момент также является важным фактором. Надежность всех турбомашин во многом определяется надежностью опор скольжения, проектирование которых является достаточно сложной как научной, так и производственной задачей, включающей в себя детальную проработку самой опорной конструкции, а также нелинейных процессов, происходящих в конструкции при различных эксплуатационных режимах. Данная статья представляет собой обзор конструкций газодинамических подшипников. Вопросам конструктивных особенностей газовых опор, изучению процессов, происходящих в этих опорах, а также моделированию этих процессов посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей. Направление исследований можно разделить на расчетные и экспериментальные. Экспериментальные исследования проводятся на единичных образцах, конструктивные особенности которых достаточно сложны, что влечёт за собой трудности для описания расчетной модели таких опор; формулировка таких моделей значительно упрощает саму конструкцию, что влечет за собой потерю адекватности модели. Тенденция упрощения модели также наблюдается для расчетных исследований. Как следствие, построение адекватной математической модели, учитывающей конструктивные особенности и отражающей нелинейные взаимосвязи процессов, происходящих в газовых опорах при различных эксплуатационных режимах, является актуальной по сей день. Этому вопросу будут посвящены дальнейшие исследования.
Бесплатно
Экологический контроль и тестовое динамическое управление выходными параметрами двигателя
Статья научная
В современном транспорте экологический контроль приобретает ключевую роль при формировании стратегии управления техническим состоянием узлов и систем. Первым этапом в уменьшении токсичности выбросов отработавших газов явилось введение норм ЕВРО, последовательно с ЕВРО-0 до ЕВРО-6. Нормы ЕВРО в системах выпуска отработавших газов привели к появлению каталитических нейтрализаторов, которые дезактивировали большую часть вредных выбросов. Ключевую роль также стали играть датчики кислорода, при установке которых появилась обратная связь. Таким образом, мировое автомобилестроение приблизилось к возможности управления выходными параметрами двигателя. Однако для этого имеется недостаточное количество параметров, рабочих режимов и дополнительных элементов контроля. В представленных исследованиях использован новый метод селективного контроля отработавших газов в каждом отдельном цилиндре. Основой применения метода стало приборное средство для обеспечения тестовых режимов диагностирования - догружатель бензиновых двигателей ДБД-4. Подготовлена экспериментальная установка с доработкой системы выпуска отработавших газов. В выпускном коллекторе были предусмотрены точки для индивидуального забора проб отработавших газов с охлаждением зонда газоанализатора. Для контроля использовались параметры: частота вращения коленчатого вала, полное и частичное (поцикловое) отключение цилиндров, О2, СО, СО2, СН. Режим обеспечивался числом отключенных рабочих циклов двигателя и частотой вращения коленчатого вала. Управление осуществлялось внутренней коррекцией топливоподачи при воздействии на длительность впрыска электромагнитной форсунки. При проведении исследований были установлены минимальные значения параметров токсичности отработавших газов при тестовых воздействиях. Данная методика с комбинацией режимов и параметров позволяет снизить токсичность отработавших газов и улучшить экономичность и эффективность эксплуатации автомобилей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается трехрежимное управление моторно-трансмиссионной установкой автомобиля для повышения тягово-скоростных свойств и снижения расхода топлива. Произведена оценка эффективности трехрежимного управления экспериментальным путем по разработанной авторами методике. Результаты перспективны для разработки электронных систем трехрежимного управления автомобилей.
Бесплатно
Статья научная
Выполнена экспериментальная оценка потенциальной возможности использования новой технологии - лазерного текстурирования поверхности в параллельных упорных гидродинамических сегментных подшипниках. Исследовано влияние текстурирования несущей поверхности упорного подшипника на толщину смазочного слоя и коэффициент жидкостного трения. Полученные результаты сопоставлены с аналогичными для нетекстурированного образца.
Бесплатно
Статья научная
Формование намоточных подшипников скольжения из армированных реактопластов неизбежно ведет к нарушению первоначальной кольцевой формы армирующего наполнителя. Проведенные экспериментальные исследования влияния программированной разориентации наполнителя на свойства материала намоточной конструкции показали значительное улучшение технических характеристик подшипника.
Бесплатно
Статья научная
В современном машиностроительном производстве существует множество деталей, имеющих как значительные габаритные размеры, так и сложные труднодоступные поверхности для обработки. Изготовление таких деталей производится на специализированном оборудовании, которое имеет такие же значительные габаритные размеры. Однако сложность конструкции ряда деталей, таких как корпус ракетного двигателя, емкости большого объема, неразборные металлоконструкции и т. д., а также их труднодоступность, нивелирует технологические возможности данного оборудования. В настоящее время для обработки таких деталей используют промышленных роботов, оснащенных инструментальными шпинделями. Наличие большого количества степеней свободы данного оборудования, сравнительно небольшие габаритные размеры и обширность рабочей зоны позволяют их эффективно использовать в данной сфере машиностроения. Однако недостаточно изученная жесткость данного оборудования, отсутствие конкретных рекомендаций по их применению значительно ограничивают сферу их применения. Таким образом, вопросы, связанные с взаимным влиянием жесткости технологической системы, силой резания и режимами резания при изготовлении крупногабаритных деталей при помощи промышленных роботов, актуальны и требуют всестороннего исследования. С целью исследования динамических процессов при изготовлении крупногабаритных деталей с использованием промышленного робота проведены эксперименты по определению амплитудно-частотных характеристик вибраций, возникающих в процессе обработки. Экспериментальное исследование позволило установить, что жесткость технологической системы изменяется в широком диапазоне. При этом жесткость детали при импульсной нагрузке отличается от жесткости при фрезеровании не менее чем на порядок, а жесткость шпинделя при фрезеровании отличается от жесткости детали не менее чем на 2 порядка. Исходя из этого в процессе проектирования механической обработки крупногабаритных нежестких деталей при помощи промышленных роботов необходимо учитывать наихудшие условия по жесткости. Целесообразно дальнейшие рекомендации по назначению режимов резания при изменяющихся условиях обработки основывать на учете математического моделирования жесткости элементов технологической системы. Также для автоматизации процесса съема параметров жесткости технологической системы актуальной задачей ставится определение путем тестового определения вибраций на шпинделе промышленного робота и косвенной оценкой микроперемещений на детали.
Бесплатно
Экспериментальное исследование запорного устройства вихревого типа
Статья научная
Современные технологии получения материалов включают химические реакции, протекающие при избыточном давлении и высоких температурах, сопровождающиеся фазовыми переходами. Такие процессы протекают в аппаратах сернокислотного производства, гетерогенного катализа и химического синтеза, в аппаратах для сушки, обжига и плавления сыпучих материалов и других печах. Рассматриваемые технологические процессы сопровождаются загрузкой сыпучего материала во внутреннюю полость аппарата - реактор. При этом окно загрузки материала герметизируется, как правило, механическим запорным устройством, которое открывается в стадии технологического процесса, сопровождающегося загрузкой сырья в реактор. При этом герметичность реактора нарушается и возможен выброс газов в окружающую среду, что несет угрозу здоровью рабочего персонала и экологии в целом. Данная статья посвящена экспериментальному изучению газодинамических характеристик потока воздуха на срезе кольцевого сопла пневматического запорного устройства вихревого типа. В работе приведен анализ методов изучения гадрогазодинамических параметров вихревых течений с обоснованием выбора метода изучения, а также описание лабораторной установки и контрольно-измерительной аппаратуры для исследования. В результате исследований получены распределения полного давления от осевой составляющей скорости и проанализирована его структура. Также построены диаграммы распределения осевой составляющей скорости активного воздуха в исследуемом сечении и получено уточненное распределение скорости вдоль радиуса сопла. Полученные в ходе исследования результаты свидетельствуют о работоспособности аппарата, могут быть применены при физико-математическом описании рабочего процесса вихревого пневматического затвора, а также при разработке методики оптимального профилирования устройства.
Бесплатно
Экспериментальное исследование комбинированной системы виброзащиты прецизионного оборудования
Статья научная
Рассматриваются результаты испытаний комбинированной виброзащитной системы, предназначенной для подавления колебаний прецизионного оборудования. Предварительно был проведен глубокий анализ теоретических исследований в области создания виброзащитных систем. Эти исследования показали недостаточную разработку данного направления знаний. Особенность заключается в том, что в большинстве исследований в качестве силовых элементов рассматриваются электромагнитные устройства. Однако в большинстве случаев электромагнитные поля отрицательно влияют на работу прецизионного оборудования, установленного на виброзащитных столах. Это обстоятельство заставило нас искать возможности использования силовых элементов с применением альтернативных видов энергии. Одним из таких видов является энергия сжатого газа. Среди силовых элементов, широко используемых в пневматических системах особое место занимают резинокордные оболочки. Они обладают высокой грузоподъемностью, малой жесткостью и при этом значительно дешевле пневмоцилиндров. Однако резинокордные оболочки имеют серьезный недостаток, который заключается в том, что они обеспечивают лишь одностороннюю силовую направленность. Обратный ход этих устройств осуществляется за счет веса установленного на них оборудования, либо за счет упругих элементов. Было принято решение в конструкции силового привода виброзащитной системы использовать реверсор, подобный тем, которые используются на разрывных машинах для сжатия образцов. Резинокордная оболочка, установленная на реверсор, позволяет отказаться от упругих элементов для осуществления обратного хода и сделать этот процесс управляемым. Таким образом, одна оболочка выполняет функцию пассивной виброзащиты, а две других (для одной опоры), работая в противофазе колебаниям виброзащищаемой платформы, - активную систему. Работая одновременно, они образуют комбинированную систему виброзащиты. Исследование разработанной математической модели комбинированной системы виброзащиты с дроссельным управлением давлением газа в силовых элементах показала ее эффективность в низкочастотном диапазоне. Для проведения лабораторных испытаний разработан и построен стенд, который включает в себя систему возбуждения колебаний, комбинированную систему силовой реализации, управляющий вычислительный комплекс и измерительно-вычислительный комплекс. Испытания проводились на созданном экспериментальном стенде с системой автоматического управления по скорости перемещения защищаемого объекта. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности разработанной комбинированной виброзащитной системы в сравнении с работой только пассивной системы. Проведенная оценка качества комбинированной виброзащитной системы с использованием интегральных критериев показала ее эффективность по сравнению с пассивной виброзащитной системой при гармоническом возбуждении на величину до 40 %. Полученные результаты испытаний имеют расхождение в низкочастотной области рабочего диапазона с данными математического моделирования на уровне 10 %.
Бесплатно
Экспериментальное исследование процесса шлифования с применением акустических характеристик
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования процесса круглого наружного врезного шлифования и сопровождающие его звуковые явления. Акустические колебания, порождаемые процессом абразивной обработки, являются косвенным параметром, характеризующим состояние процесса резания. Такая информация применима для управления процессом шлифования и планирования технологического процесса. Достоинство метода учета и прогнозирования текущего состояния технологической системы при шлифовании, основанного на применении акустических данных, заключается в возможности его применения без прерывания производственного процесса. Предметом экспериментального исследования является акустический сигнал, возникающий при шлифовании. Цель работы заключается в проведении экспериментального исследования зависимости звуковых параметров процесса шлифования от технологических условий операции и их связи с параметрами качества обработки. Основными методами, применяющимися для достижения обозначенной цели, являются эксперимент, измерение и анализ. Эксперимент позволил получить данные, необходимые для дальнейшей обработки. Регистрация звукового сигнала, генерируемого в процессе шлифования на разной скорости подачи - основная задача опытов эксперимента. С помощью контактных измерений был определен реальный профиль шлифованных образцов, что является важнейшим этапом для определения взаимосвязи между характеристикой процесса шлифования и показателями качества обработанной поверхности. Аналитический метод применялся для обработки полученных данных эксперимента и измерений. С его помощью из широкого диапазона были выявлены информативные звуковые частоты, отражающие изменения процесса шлифования во времени. Анализ данных измерения дал возможность оценить отклонение шлифованных образцов от круглости в зависимости от технологических условий реализации операции, определить параметры, которые оказывают наибольшее влияние на этот критерий качества обработки. В результате проведения исследования была установлена взаимосвязь между акустической характеристикой - звуковым давлением и параметром качества шлифованной поверхности - отклонением от круглости. Полученные знания о звуковой характеристике процесса шлифования могут быть применены для более рационального использования ресурса абразивного инструмента через прогнозирование периода стойкости шлифовального круга. Ключевые слова: акустический анализ звука, спектральный анализ звука, процесс шлифования, отклонения от круглости, период стойкости шлифовального круга.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен низкотемпературный твердотопливный газогенератор с составом на основе азида натрия. Описана экспериментальная установка. Представлены результаты экспериментов. Приведены результаты обработки экспериментальных данных.
Бесплатно
Экспериментальное исследование работоспособности газодинамического подшипника
Статья научная
Вопрос работоспособности высокоскоростных турбомашин напрямую связан с процессами, происходящими в опорах - газовых подшипниках скольжения. Наиболее распространенной конструкцией таких опор является многолепестковый подшипник. Одно из главных направлений исследований заключается в разработке конструкции, обеспечивающей надежную работу подшипника. Одно из ключевых отличий от жидкостных опор - долговечность газовых подшипников - напрямую зависит от количества циклов пусков и остановов. Период пуска турбомашины представляет собой наиболее тяжелый режим работы лепестковых газодинамических подшипников. Критической особенностью этого режима является недостаточное формирование газового слоя на малых скоростях вращения. Нагрузка на рабочие поверхности опоры оценивается как номинальная, равная весу ротора. Если режим пуска турбомашины пройден, то в дальнейшем, при наборе оборотов, она будет работоспособна. Исследование переходного режима при запуске требует комплексного подхода, включающего как теоретические, так и экспериментальные исследования. Данная статья является продолжением теоретических исследований для лепестковых газодинамических подшипников с пакетом взаимоперекрывающихся лепестков. Основные параметры, обеспечивающие работоспособность таких опор, включают в себя: скорость всплытия вала в момент пуска и значение силы, действующей на опору. В рамках данного исследования разработана экспериментальная установка, с помощью которой получены значения скорости всплытия вала в зависимости от силы статического нагружения. Проведены серии опытов при различных вариациях начальных нагрузок, вплоть до критического значения. Результатом опытов являются значения допустимых статических нагрузок и диапазон значений скорости всплытия вала. Это исследование позволяет облегчить дальнейшие параметрические исследования при математическом моделировании процессов, происходящих в газодинамических подшипниках.
Бесплатно
Экспериментальное исследование температуры в зоне резания при микрошлифовании
Статья научная
В статье описана методика и результаты проведения экспериментальных исследований процесса микромеханической обработки - микрошлифования. Главной целью проведенных экспериментов является апробация разработанной теплофизической модели микрошлифования. Данная модель позволит избежать проведения большого количества экспериментов при изменяющихся материалах, технических требований и условий производства. В качестве обрабатываемого материала выбрано стекло марки К-8, которое является наиболее популярным материалом для изготовления оптических и медицинских приборов, таких как линзы, призмы, лучеделители, кюветы для гемоглобинометров и т. д. Материал режущей части микрошлифовального инструмента - поликристаллический алмаз. Для сбора данных по силам резания использовался динамометр Kistler. Для исследования и сбора данных по температуре резания использовалась уникальная методика, заключающаяся в применении тепловизора и последующей обработке изображений по пикселям. Данная методика позволяет фиксировать значения температуры в любой момент времени, а также четко привязать температуру к расстоянию благодаря известному значению размеров пикселя. В ходе проведения экспериментов получены зависимости температуры от величины подачи, времени обработки. Выявлено, что увеличение подачи приводит к увеличению температуры, однако характер зависимости не является линейным. Кроме того, определено время приработки режущего инструмента, характеризующееся стабилизацией температуры. Также выявлен характер распределения тепла в обрабатываемой детали. Собранные данные позволяют апробировать разработанную теплофизическую модель и произвести калибровку вычислительного программного комплекса.
Бесплатно
Экспериментальное исследование тяговых свойств трения без смазки гибких тел в ременных передачах
Статья научная
Рассматривается актуальная задача определения предельных тяговых свойств трения изогнутых вокруг шкива гибких тел при их применении для надёжной передачи момента в условиях полного отсутствия смазки, возникающих при широкой эксплуатации ременных фрикционных передач в механических приводах машин (редукторы, вариаторы скорости, ленточные транспортёры и др.). Сложность решения данной задачи определяется тем, что на практике тяговые возможности предельного трения гибких тел в реальных ременных передачах зависят от многих конструктивных параметров ремня (например, от толщины, радиуса изгиба и упругости гибкой связи), которые вообще не учитываются классической формулой Эйлера. Для решения указанной задачи автором предложен прямой метод определения тяговых способностей изогнутых упругорастяжимых гибких тел при их трении без смазки в ременных фрикционных передачах для разных областей машиностроения, выполняемый на основе применения разработанного простого и компактного механического трибометра с установленным на его поворотном шкиве, испытуемым изогнутым гибким элементом с двумя открытыми и подпружиненными относительно корпуса концами. Трибометр позволяет экспериментально определить область тяговых ретяговых режимов устойчивой работы изогнутого гибкого ремня без пробуксовок клиноременной фрикционной передачи. По результатам выполненного на данном трибометре эксперимента получена и аппроксимирована новая и удобная для практических расчётов аналитическая экспоненциальная зависимость оптимального коэффициента тяги клиноременных фрикционных передач. Данная новая зависимость коэффициента тяги позволяет конструктору ременных передач точно рассчитать их предельные тяговые режимы работы в силовых приводах разнообразных машин (металлообрабатывающие станки, швейные машины, трикотажное оборудование и др.), обеспечивающие при минимальном усилии натяжения ремня и его наибольшей долговечности передачу момента на рабочий орган без вредных пробуксовок гибкой пары трения. Результаты данной работы позволят полностью реализовать в машиностроении предельные тяговые способности передачи вращающего момента гибкой парой трения и за счёт этого снизить габариты и повысить срок службы перспективных фрикционных механических приводов.
Бесплатно
Статья научная
Приводится описание гравиметрического метода определения выбросов твердых частиц с отработавшими газами дизельных двигателей и реализующего этот метод испытательного комплекса. Изложены результаты экспериментального определения выбросов твердых частиц с отработавшими газами дизелей производства ОАО «ПО Алтайский моторный завод» (АМЗ) одного типоразмерного ряда.
Бесплатно
Экспериментальное определение коэффициента усадки стружки при ротационном фрезеровании
Статья научная
Показана актуальность задачи разработки новых методов получения порошков, позволяющих управлять их формой и размерами. Пластические деформации срезаемого слоя материала при превращении его в стружку приводят к отличию размеров получаемой стружки от соответствующих параметров срезаемого слоя обрабатываемого материала. Коэффициенты усадки стружки являются количественной оценкой степени пластической деформации обрабатываемого материала при резании. Проанализированы существующие способы определения коэффициента усадки при резании.В связи с особенностями процесса предложен подход к нахождению коэффициента усадки стружки при ротационном фрезеровании. Одной из особенностей рассматриваемого процесса ротационного фрезерования при получении элементной стружки является использование групповой схемы резания двумя режущими элементами - гладким и зубчатым. На поверхности зубчатого элемента выполнены режущие зубья, которые формируют частицу порошка, оставляя на поверхности часть несрезанного материала. Гладкий режущий элемент срезает материал, оставленный зубчатым элементом.Форма, размеры стружки и условия протекания процесса при работе гладкого и зубчатого режущих элементов при ротационном фрезеровании существенно отличаются. Усадка стружки, формируемой при работе гладкого и зубчатого режущих элементов, также различна. Это необходимо учитывать при управлении процессом получения требуемого размера элементной стружки при ротационном фрезеровании.Выполнено математическое моделирование процесса ротационного фрезерования для определения коэффициента усадки стружки. Проведены экспериментальные исследования рассматриваемого процесса. Выявлено, что на усадку стружки существенное влияние оказывают условия работы гладкого и зубчатого режущих элементов и параметры операции.
Бесплатно
Экспериментальное определение скорости прохождения кумулятивной струи через разрушаемую преграду
Статья научная
Описан метод определения скорости прохождения кумулятивной струи непосредственно в преграде. Найдено, что эта осреднённая во времени скорость меньше скорости детонации взрывчатого вещества, на порядок уступает скорости прохождения звука в металле преграды и меньше скорости перемещения продуктов детонации. Результаты экспериментов коррелируют с вязкоупругой моделью разрушения преграды кумулятивной струёй.
Бесплатно
Экспериментальное определение увода оси отверстий при обработке зенкером с МНП
Статья научная
В данной статье рассматривается разработанная математическая модель, учитывающая погрешности заточки и сборки режущих лезвий инструмента - зенкера с многогранными неперетачиваемыми пластинами (МНП). Это позволяет определить фактические площади срезаемых сечений припуска каждым лезвием и рассчитать действующие на них силы резания. Равнодействующая сил резания приводит к поперечным смещениям оси инструмента во время обработки отверстия. Математическая модель дает возможность определять погрешности обработки отверстий (увод оси, разбивку и точность формы) зенкером с МНП. Для проверки адекватности математической модели проведены натурные эксперименты на заготовках из различных материалов. Разработана методика проведения натурного эксперимента. Выбраны рекомендуемые режимы резания и зенкер с тремя лезвиями. Обработка производилась на обрабатывающем центре ММ800 Fanuc. Используя современные средства автоматизации - систему Renishaw и аддитивные технологии с применением 3D-сканера Range Vision Spectrum, произведено измерение увода оси отверстия после обработки зенкером с МНП. Данное устройство позволяет получить требуемый результат в очень короткие сроки. Для замера увода оси отверстия был использован компактный датчик, позволяющий получить очень точные результаты. Подставив данные обработки детали в математическую модель, получили расчетные значения (теоретические) увода оси отверстия при обработке для опытных образцов. Произведено сравнение теоретических результатов и результатов проведения натурного эксперимента. Сравнив полученные теоретические результаты - результаты математической модели и результаты проведения натурного эксперимента, сделали вывод об адекватности разработанной математической модели и возможности применения ее в производстве технологами при разработке и компьютерной отладке технологических процессов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований изменения токсичных компонентов отработавших газов автомобильного двигателя в зависимости от обработки топлива и воздуха магнитным полем противоположной полярности.
Бесплатно
