Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 673
Формализованная методика проектирования многономенклатурного производства
Статья научная
Широкое распространение, в настоящее время многономенклатурного производства деталей, привело к возникновению ряда вопросов относительно проектирования производственных участков данного вида. При проектировании производственного участка или цеха важной задачей является определение типа производства. Решение этой задачи позволит комплексно оценить технические, организационные и экономические особенностей будущего производства. Современные методы определения типа производства малоприменимы для многономенклатурного производства, поскольку главным критерием является коэффициент закрепления операций. Существующая методика определения коэффициента закрепления операций требует информации, не всегда имеющейся на начальном этапе разработки проекта. Очевидно, что разработка методики, позволяющий точно определить тип многономенклатурного производства, является актуальной задачей. В данной статье описывается предлагаемая методика оценки типа производства с помощью детали-представителя. Деталь-представитель выбирается таким образом, чтобы содержать в себе максимальное количество особенностей деталей, которые будут обрабатываться на проектируемом участке. Выделение детали-представителя позволяет обоснованно снизить размерность задачи проектирования производственных участков многономенклатурного производства. На основе разработанного технологического процесса для детали-представителя можно определить характеристики производственной программы, в частности - трудоемкости изготовления деталей. Формализованное объективное преобразование многономенклатурных производственных программ проектируемых участков в программе выпуска деталей-представителей, эквивалентных заданным программам по трудоемкости, позволяет его автоматизацию, что способствует повышению качества проектирования и сокращению его сроков.
Бесплатно
Формальное проектирование единичных технологий обработки деталей на металлорежущих станках
Статья научная
Актуальной задачей современной науки является поиск и формализация закономерностей и взаимосвязей между конструктивными параметрами деталей и технологией их изготовления. В статье рассмотрены основные проблемы, препятствующие созданию систем автоматического проектирования технологических процессов. Целью данной работы является рассмотрение основных задач проектирования технологии, формулирование ключевых проблем формализации процесса проектирования и изложение нетривиального подхода для их решения. При проектировании технологии изготовления деталей решаются две краеугольные задачи:1) обеспечение заданных свойств материала детали; 2) обеспечение геометрической конфигурации детали. На основании анализа проблем формализации проектирования технологических процессов авторы утверждают следующее: аксиоматика и инструментарий формальной геометрии трехмерного (3D) линейного векторного пространства не имеют принципиальной возможности описывать схемы порождения геометрических конфигураций объектов, а также оперировать с неидеальными геометрическими формами и размерами. Для решения рассмотренных проблем предлагается использовать геометрию неидеальных объектов в шестимерном пространстве с тремя линейными и тремя угловыми координатами. Для определения угловых положений объектов введено понятие углового вектора. Геометрический объект представляется в виде нечеткого замкнутого подпространства с ненулевым объемом, ограниченного конечным набором пересекающихся (сопряженных) поверхностей. Поверхность рассматривается как граница разделения двух различных сред. Процесс порождения геометрической конфигурации объекта (G) заключается в формировании границ замкнутого подпространства путем относительного расположения поверхностей, входящих в его состав (S) в соответствии со структурой (D), определяемой заданными линейными и угловыми размерными связями. Порождение формы поверхностей моделируется кинематическим способом, использующим взаимодействие двух производящих линий. Установлена однозначная взаимосвязь между структурой геометрической конфигурации детали и набором технологических схем обеспечения взаимного расположения поверхностей. Изложенные материалы позволяют утверждать о существовании строгих соответствий между конструкцией детали и технологией её обработки при условии корректного и непротиворечивого представления её геометрической конфигурации.
Бесплатно
Формирование внутреннего приближенного зацепления цилиндроконических передач
Статья научная
При формировании рабочих профилей зубьев шестерни цилиндро-конической передачи внутреннего зацепления возникает технологическая проблема получения теоретически точного профиля зубьев. Это связано с необходимостью изготовления для каждой передачи долбяка с внутренними зубьями с геометрией, идентичной геометрии колеса передачи. В работе описан способ формирования приближенного профиля зубьев шестерни цилиндро-конической передачи инструментом реечного типа. Предлагаемый способ обеспечивает достаточную для практического применения степень приближения формируемой поверхности к теоретически точной.
Бесплатно
Формирование зубчатых передач из эвольвентно-конических колес
Статья научная
При проектировании современных приводов машин на основе традиционных зубчатых передач в некоторых случаях возникают проблемы, связанные со сложностью рациональной компоновки привода, повышения его нагрузочной способности. Эти проблемы можно решить, используя зубчатые передачи с эвольвентно-коническими колесами. Эвольвентно-коническое колесо (ЭКК) представляет собой наиболее общий случай зубчатого колеса с эвольвентным профилем зубьев. У ЭКК при формировании зубьев коэффициент смещения инструмента линейно меняется по ширине зубчатого венца. Геометрия ЭКК и передач, составленных из них, разработана на кафедре «Техническая механика» филиала ЮУрГУ в г. Златоусте. В статье представлены основные зависимости, необходимые для определения размеров ЭКК, и возможные схемы формирования зубчатых передач с ЭКК. Зубчатые передачи на основе ЭКК можно формировать при любом расположении осей колес в пространстве. В данной работе представлены схемы формирования пространственных (на скрещивающихся осях), конических (на пересекающихся осях), цилиндрических (на параллельных осях) передач с ЭКК. Показаны преимущества передач с ЭКК (кoмпоновочные, эксплуатациoнные, нагрузoчные) пo oтношению к передачам из обычных кoнических и цилиндрических зубчатых колес. Передачи с ЭКК на скрещивающихся осях позвoляют передавать вращение при сколь угoднo малых расстoяниях между oсями колес при требуемой локализации контакта, вплоть до получения линейного контакта в зацеплениях зубьев. Конические передачи с ЭКК менее чувствительны к погрешностям и могут быть сформированы при малых межосевых углах, что проблемно для традиционных конических зацеплений. Цилиндрические передачи с ЭКК отличаются от традиционных повышенной нагрузочной способностью и плавностью работы. Кроме того, они могут быть применены в качестве безлюфтовых передач и передач одностороннего вращения. Таким образом, передачи с ЭКК благодаря их универсальности и преимуществам перед традиционными зубчатыми передачами могут с успехом применяться в современных приводах (авиационных, космических, автомобильных и т.п.) при любом расположении осей колес в пространстве.
Бесплатно
Статья научная
Предложен облик перспективной платформы в качестве базового шасси (БШ) для мобильных средств пожаротушения в Арктических зонах Российской Федерации. В качестве методологии за основу принят системный анализ. Проведён анализ климатических, почвенных условий в Арктических зонах Российской Федерации. Обоснована актуальность создания специальных платформ в качестве базовых шасси для размещения средств пожаротушения. Выбраны основные пути и определены методы создания новых и совершенствования существующих БШ специальной техники для предотвращения возникновения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Проведён анализ структуры существующих и перспективных БШ, выделены основные структурные единицы, которые могут быть определены как главный параметр при создании новых и совершенствовании существующих БШ. Рассмотрен вопрос эффективности БШ как составляющего элемента эффективности мобильного технического средства пожаротушения. Определены основные показатели, характеризующие эффективность БШ. Предложена концепция сочленённого многокомплектного БШ. Приведены основные признаки, характеризующие сочленённое БШ как перспективное для применения в экстремальных климатических условиях Арктических зон Российской Федерации. К признакам относятся многосекционность, единый энергетический модуль, адаптивное распределение силовых потоков между секциями, быстроразъёмные соединения между секциями. Формирование транспортного поезда по количеству и составу секций проводится исходя из типа, вида, удалённости очага чрезвычайной ситуации, погодных условий и рельефа местности в месте чрезвычайной ситуации и на пути следования к ней.
Бесплатно
Формирование отверстий вращающимся пуансоном в листовой заготовке
Статья научная
Рассмотрены стадии формирования и геометрические параметры отверстия, изготовленного вращающимся пуансоном в листовой заготовке
Бесплатно
Формирование поверхностного слоя при ультразвуковом резьбонарезании
Статья научная
Приведены результаты исследования влияния ультразвука на формирование качества поверхностного слоя при нарезании резьбы с наложением на инструмент ультразвуковых колебаний.
Бесплатно
Формирование траекторий в механизмах с параллельной кинематической структурой
Статья научная
На основе анализа простейшего механизма с параллельной кинематической структурой показаны особенности решения траекторных задач для подобных механизмов и представлен алгоритм аппроксимации требуемой траектории сегментами кривых.
Бесплатно
Формоизменение металла при непрерывном равноканальном угловом прессовании
Статья обзорная
Проведено моделирование процесса непрерывного прессования «Конформ». Показаны области распределения напряжений и деформаций по объему заготовки.
Бесплатно
Функциональные особенности и параметры системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха в дизеле
Статья научная
Рассмотрены функциональные и конструктивные особенности системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха в дизеле с газотурбинным наддувом. Определены параметры газовых потоков и их изменение в газовом эжекторе системы.
Бесплатно
Характеристики нестационарной эжекции в жидкостном струйном насосе
Статья научная
Предложена уточненная физико-математическая модель рабочего процесса струйного насоса. На её основе рассчитаны и проанализированы характеристики рабочего процесса при запуске струйного насоса. Показано, что выход эжектора на стационарный режим работы сопровождается выбросом жидкости в приёмную камеру насоса на начальной стадии переходного процесса, а при определённом наборе параметров коэффициенты эжекции, достигнутые в переходном процессе, значительно превышают таковые при установившемся режиме работы устройства.
Бесплатно
Цифровой двойник быстроходной гусеничной машины с бортовым гидрообъёмным механизмом поворота
Статья научная
Статья посвящена исследованию процессов, происходящих в трансмиссии и механизме поворота быстроходного тягача МТЛБу с оригинальной структурой механизма передач и поворота (МПП). Традиционная конструкция зубчато-рычажного двухпоточного МПП дополнена тремя гидромашинами, соединенными двумя гидролиниями. Это позволило тягачу реализовать любой радиус поворота от прямолинейного движения до разворота на месте вокруг центра тяжести. Разработана математическая модель (цифровой двойник) быстроходного гусеничного тягача, с помощью которого удалось выбрать параметры автоматической системы управления движением МТЛБу, обеспечивающей прохождение машиной трассы типа змейки на четвертой передаче, со скоростью 34 км/час, что недостижимо при традиционном МПП этой машины. Проанализированы показатели управляемости движения МТЛБу вблизи границы заноса. Показано, что поворот быстроходной гусеничной машины на границе заноса весьма привлекателен с энергетической точки зрения. Поворот за счет инерционных сил существенно разгружает двигатель внутреннего сгорания и в итоге сокращает расход топлива. Сложность состоит в управлении машиной на границе заноса. В статье показано, что следящая система управления успешно решает эту проблему. В качестве задающего сигнала использована информация о кривизне трассы, которая может формироваться GPS-навигацией или реперными точками на местности. Результатом исследования являются графики изменения параметра регулирования насоса гидрообъёмной передачи, давления в магистралях гидрообъёмной передачи, частот вращения ведущих колес, смещения полюса поворота, характеризующего степень приближения к границе заноса и траекторию движения в декартовых координатах.
Бесплатно
Статья научная
Измерены частотные зависимости коэффициента затухания электромагнитных волн в 3D-нанокомпозитах на основе опаловых матриц, содержащих наночастицы ферритов-шпинелей, в условиях магнитного резонанса.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к условиям использования гусеничной машины на бульдозерно-рыхлительных работах делается анализ составляющих сопротивления движению, предлагаются установленные на основании статистической обработки результатов исследований уравнения для расчёта потерь на преодоление сопротивлений в гусеничном движителе.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена математическая модель течения газа в профилированных зазорах с вибрацией, последовательно соединенных в Т-образную структуру. Т-образная структура сформирована из профилированных плоского слоя и цилиндрического капилляра. Представлены результаты численного решения модельных уравнений с использованием метода конечных разностей в сравнении с результатами аналитического решения, полученного при использовании асимптотического анализа. Исследованы интегральные характеристики зазоров с вибрацией, совместно работающих в Т-образной структуре, а также определены геометрические параметры таких зазоров, оказывающие значительное влияние на интегральные характеристики.
Бесплатно
Численное моделирование и анализ нагрузочных характеристик лепесткового подшипника с газовым слоем
Статья научная
Реакции лепесткового подшипника с газовым смазочным слоем определяются на основе численного решения задачи гидроупругости. Выполнен анализ нагрузочных характеристик радиального подшипника, содержащего упругую систему оболочек-лепестков, при различных конструктивных параметрах. Представлена методика оценки предельной несущей способности подшипника на основе упругогидродинамической модели
Бесплатно
Статья научная
Разработаны методики расчета нестационарных процессов внутренних сверхзвуковых течений газа на примере выхода ракеты из пускового контейнера. С помощью различных методик исследования удалось провести анализ влияния конструктивных параметров пускового контейнера на скорость движения ракеты не только качественно, но и количественно. Эти же методики позволили оценить влияние внешнего температурного фактора на параметры выхода ракеты из транспортно-пускового контейнера.
Бесплатно
Численное моделирование стационарного течения жидкости в вихревом гидродиоде
Статья научная
Статья посвящена выбору параметров моделирования при проведении численного исследования течения жидкости в проточной части вихревого гидравлического диода. Течение жидкости в вихревом диоде является сложным, включающим в себя плоские и объемные вихри. Поэтому корректный выбор параметров моделирования при проведении численного эксперимента затруднителен. Обзор научно-технической литературы показал, что в настоящее время отсутствует единый подход при численном моделировании потоков в вихревом диоде. В данной работе проведено численное моделирование течения жидкости в прямом и обратном направлениях вихревого гидравлического диода с применением параметров, выявленных в ходе выполненного обзора литературы, как наиболее часто используемых в исследованиях вихревых диодов. Так, в качестве моделей турбулентностей применены k-ε, SST, RSM и ламинарная модель. Представлены результаты моделирования и их анализ. Кроме того, в ходе работы проведен физический эксперимент, целью которого явилось получение действительных характеристик исследуемого вихревого диода. Для проверки адекватности результатов численного моделирования с применением различных моделей турбулентности и ламинарной модели проведено сравнение результатов физического эксперимента и результатов численного моделирования. При этом сравнение производилось по сосредоточенным параметрам. Установлено, что в исследуемом диапазоне чисел Рейнольдса наиболее предпочтительной с точки зрения точности получаемых результатов моделирования течения в вихревом диоде является модель турбулентности RSM для моделирования потока в прямом и обратном направлениях. При этом модель SST ввиду меньших требований к ресурсу в сравнении с RSM и относительно высокой точности моделирования потоков в вихревых диодах при больших числах Рейнольдса может быть использована в моделировании для предварительных расчетов гидродиода.
Бесплатно
Статья научная
Для получения точных деталей из волоконно-армированных композитных материалов (ВКМ) объемного плетения ортогональной структуры все чаще применяется лезвийная обработка. Недостатком этого процесса обработки является появление на обработанной поверхности повышенной ворсистости, отрывов волокон от матрицы, отслаиваний и сколов. Для минимизации этого недостатка одним из решений является применение рациональных параметров инструментов и рационального движения лезвия инструмента по отношению к осям волокон. Данное движение может быть выявлено на основе численного компьютерного микромоделирования процесса стружкообразования. Однако для такого моделирования необходимо иметь как геометрическую модель самого композита, так и модели материалов, из которых он составлен, включая модель граничного слоя между волокнами и матрицей. Наиболее перспективным видом микромоделирования резания представляется моделирование на основе метода гидродинамики сглаженных частиц - Smooth Particle Hydrodynamics (SPH). Пока не удалось обнаружить в опубликованной литературе SPH-микромодели композитов объемного плетения с граничными слоями. Не удалось найти и модели материалов для граничных слоев матрица - волокно. С целью решения задачи рационального резания лезвийными инструментами заготовок из ВКМ выполнен анализ опубликованных моделей материалов и параметров таких моделей для последующего их использования в SPH-моделировании процесса резания. Анализ позволил выбрать требуемые модели материалов и их параметры для материалов волокон и матрицы применительно к металлическому композиту. На основе анализа полученных по таким моделям графиков были выбраны параметры для модели граничного слоя волокно - матрица. В основе данного выбора лежит гипотеза, что такой граничный слой должен быть описан той же моделью, что будет применяться для самой матрицы, но с параметрами, определяющими меньшие напряжения разрушения. Полученные решения планируется применить для моделирования лезвийного резания заготовки из ВКМ объемного плетения во второй части статьи.
Бесплатно
Статья научная
Данная статья является продолжением первой ее части и посвящена собственно моделированию процесса резания заготовки из композита. Поскольку для получения точных деталей из волоконно-армированных композитных материалов (ВКМ) объемного плетения ортогональной структуры все чаще применяется лезвийная обработка, то прогнозирование качества обработанных поверхностей целесообразно выполнять с использованием численного компьютерного моделирования. Для создания численных физических моделей такой обработки применяются соответствующие им численные методы геометрического моделирования инструментов и самих композитных заготовок, включая воксельное моделирование. Последнее, в отличие от аналитической геометрии в пространстве, является абсолютно устойчивым для описания поверхностей любой степени сложности. Поскольку все реальные объекты, включая волокна композита, имеют шероховатость поверхностей, то воксельные модели являются эффективным инструментом для выбранного моделирования композита. Кроме того, воксели как частицы являются геометрическими аналогами частиц физического моделирования по методу гидродинамики сглаженных частиц - Smooth Particle Hydrodynamics (SPH), все чаще применяемого для моделирования процессов резания лезвийными инструментами. Исходя из этого, в работе рассматривается создание воксельной модели заготовки из ВКМ объемного плетения, получение на ее основе SPH-модели композита и расчет напряженно-деформированного состояния зоны резания при лезвийной обработке. В указанной модели процесса резания используются выбранные в первой части статьи модели материалов и их параметры. Такой моделью для металлических композитов является модель Джонсона-Кука, для которой в первой части статьи были выбраны параметры и для граничного слоя волокно - матрица. Результаты моделирования обработки первоначально заготовки из гомогенного материала показали обнадеживающий результат. Последующее моделирование резания заготовки из композита показало отличия напряженно-деформированного состояния ее зоны резания от такой зоны для гомогенной заготовки, включая повышенные величины сколов в момент выхода лезвия инструмента из этой заготовки. Были обнаружены и другие отличия для этих двух случаев, которые необходимо принимать во внимание при выборе параметров технологической операции и элементов технологической системы. Наряду с этим в работе показано, что данные исследования требуют интенсивного дальнейшего изучения, в особенности уточнения модели и ее параметров для материала вышеуказанного граничного слоя.
Бесплатно
