Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
Динамика летательного аппарата с системой смещения центра масс
Статья научная
Для современных летательных аппаратов осесимметричной формы, в том числе спускаемых аппаратов, аэробаллистических систем важным условием штатной эксплуатации является отсутствие асимметрий различного рода при условии, что они не были введены умышленно в процессе проектирования и производства конструкции. Асимметрии, вызванные изменением формы наружной поверхности, приводят к изменению массово-инерционных характеристик аппарата, смещению центра масс, появлению центробежных моментов инерции, возникновению аэродинамических моментов. Все это может привести к отклонению траектории полета летательного аппарата от номинальной, к увеличению нагрузок, действующих на конструкцию, в связи с возрастанием угла атаки величин аэродинамических сил и перегрузок. Ко всему прочему асимметрии могут приводить к резонансным явлениям в процессе движения. В работе представлена математическая модель движения летательного аппарата в атмосфере, позволяющая учитывать смещение центра масс, динамическую несбалансированность и аэродинамическую асимметрию. Проведено исследование влияния смещения центра масс, влияния аэродинамических моментов, приводящих к аэродинамической асимметрии, на движение летательных аппаратов без стабилизации и со стабилизацией вращением. Предложен закон для смещения центра масс летательного аппарата с целью создания составляющих подъемной силы как для коррекции возмущений, вызванных асимметриями, так и для пространственного маневрирования, позволяющего плавно изменять угол атаки и устанавливать аппарат в положении равновесия. Путем численного моделирования движения летательного аппарата со стабилизацией вращения показана эффективность применения смещения центра масс для снижения составляющих ускорений, угловых скоростей вращения и угла атаки.
Бесплатно
Динамика локального деформирования и разрушения металлической пластины
Статья научная
Рассмотрено решение задачи высокоскоростного ударного взаимодействия индентора и пластины в пакете LS-DYNA. Предложено применение двух типов конечных элементов - формулировок Лагранжа и Эйлера для одного тела (гибридная формулировка), что позволило минимизировать дефект массы и получить экспериментально наблюдаемые механизмы разрушения. Из независимых экспериментов идентифицированы параметры модели материала пластины при скоростях деформирования, близких к возникающим при ударе пулей. Результаты расчета скорости и массы обломков после пробоя по разработанной методике хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Динамика поршня двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
Представлена методика математического описания движения поршня в цилиндре, учитывающая силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме (КШМ), гидродинамические силовые факторы в смазочном слое и переменное напряженно-деформированное состояние (НДС) пары поршень-цилиндр. Рассчитана индикаторная диаграмма и определены переменные нагрузки, действующие на поршень в КШМ. Выделены граничные условия для расчета переменного НДС поршня от действия тепловых и силовых факторов. Определены стационарные тепловые и переменные силовые деформации поршня. Опираясь на методы, разработанные для подшипников скольжения, получены гидродинамические силы и моменты, действующие в паре поршень - цилиндр. В результате реализации методики получена траектория движения поршня. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены силовые воздействия на исполнительное устройство автоматической следящей системы, предназначенной для совмещения центра контролируемого поперечного сечения внутренней поверхности трубы с осью вращения охватывающей многорезцовой головки, обтачивающей наружную поверхность трубы. Приведено обоснование необходимой жесткости исполнительного устройства.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена исследованию динамики взаимодействия элементов гусеничного движителя быстроходной гусеничной машины при движении по неровностям, сопровождающейся возникновением не достаточно изученного ранее эффекта «захвата» свободной ветви гусеницы зубчатым венцом ведущего колеса при его переднем расположении и приводящего к разрушению элементов конструкции энергосилового блока. Представлены результаты исследований динамических волновых процессов в гусеничном движителе, полученные на основе разработанной математической модели. Модель, в которой динамическая система представлена как упругий стержень на безынерционном упругом основании, учитывает возникновение инерционных динамических нагрузок в гусенице, формируемых микропрофилем грунта, и позволяет с удовлетворительной точностью выполнить анализ динамического процесса возбуждения поперечных колебаний свободной ветви гусеничного обвода быстроходной гусеничной машины. Из результатов расчетно-экспериментального исследования динамики процесса поперечных волновых колебаний свободной ветви гусеницы при наезде первым опорным катком на неровность установлено, что вследствие воздействия значительной инерционной силы амплитуда колебания гусеницы существенно возрастает, что повышает вероятность ее захвата зубчатым венцом ведущего колеса; амплитуда поперечных колебаний свободной ветви несущественно зависит от параметров конструкции; определяющим фактором является сила предварительного натяжения, которая при наезде первого опорного катка на неровность является неконтролируемой величиной и в предельном случае может сокращаться до нуля; для уменьшения вероятности захвата зубчатым венцом ведущего колеса в конструкцию гусеничного движителя с передним расположением ведущих колес необходимо ввести дополнительный механизм натяжения гусениц и соответствующую систему управления.
Бесплатно
Динамика тел, погруженных в жидкость
Статья научная
Исследуется динамика тел, находящихся в емкости, заполненной несжимаемой идеальной жидкостью. Показано, что уравнения свободных колебаний твердых и упругих тел в жидкости отличаются от обычных уравнений колебаний в воздухе только инерционным коэффициентом. Дается оценка влияния жидкости на характер движения системы с дискретными и распределенными параметрами.
Бесплатно
Динамическая модель механизма с параллельной кинематикой
Статья научная
Представлена методика получения уравнений динамики механизма с параллельной кинематикой, имеющего штанги переменной длины.
Бесплатно
Дискретное твердотельное моделирование стандартных спиральных сверл
Статья научная
Для оперативного прогнозирования в службах технологической подготовки производства отклонений расположения осей отверстий, получаемых сверлением, необходимо рассчитывать деформации сверл от сил резания и закрепления в момент засверливания. Наиболее распространенным методом расчета деформаций сверл является метод конечных элементов, который отдельно или совместно с SPH-методом расчета процесса резания заготовок позволяет получить наиболее точные оценки увода сверл. В связи с этим возникает необходимость оперативного получения сеток конечных элементов, точно соответствующих геометрии инструментов для сверления. Ранее описанные в литературе аналитические геометрические модели либо аппроксимируются сплайнами, либо их решения основаны на итерационных подходах. В статье предлагается точный расчет поверхностей и кромок стандартных спиральных сверл на основе алгебры множеств и воксельного моделирования. Приводятся зависимости для описания главных задних поверхностей, полученных при заточке по плоскости, цилиндрической, конической (два типа заточки) и винтовой поверхностям, что, с учетом ранее опубликованных автором зависимостей для винтовых стружечных канавок, спинок и ленточек, позволяет получить геометрические модели практически всех стандартных спиральных сверл. Дальнейшее автоматическое преобразование рассчитанных вокселей в конечные элементы позволяет выполнить необходимые расчеты деформаций сверл, а вслед за этим оценить и положение получаемых отверстий деталей. Полученные зависимости были использованы для создания компьютерных программ, на базе чего были рассчитаны различные виды сверл: со всеми указанными выше типами задних поверхностей, с одной и двумя ленточками, с различными подточками ленточек. Таким образом, была доказана универсальность данной модели стандартных сверл и ее достаточность для получения конечно-элементных сеток.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит единую теорию структуры, общие закономерности строения, универсальные структурные формулы и математические модели для анализа числа степеней свободы (DOF) и направленного структурного синтеза на основе целочисленных решений разнообразных семейств плоских и пространственных, однородных и неоднородных самоустанавливающихся многозвенных механических систем оптимальной структуры для разных областей машиностроения (одно- и многоподвижные механизмы, фермы, незамкнутые кинематические цепи), содержащих заданное число независимых замкнутых контуров, заданный набор многократных шарниров, а также заданное наиболее сложное звено, общее число и требуемую номенклатуру (assortments) звеньев в проектируемой механической системе. Структурный синтез и анализ статически определимых механических систем выполняется без применения групп Ассура и не требует традиционного подсчёта всего множества кинематических пар.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются качественные и количественные показатели обработки отверстий фольгированного стеклотекстолита в зависимости от выбора материала и режимов резания, показана условная «стойкость» сверл (в пересчете на их количество). Согласно названию в статье показаны основные факторы, влияющие на качество и производительность при сверлении плат с высокой плотностью рисунка. Подробно описывается методика выбора грамотных режимов резания (глубины резания, подачи и скорости резания), от которых зависит производительность труда, качество, стойкость режущего инструмента и стоимость изготовления печатных плат. Текст дает ценную информацию о фольгированном стеклотекстолите, как базовом материале для изготовления печатных плат, обеспечивающем автоматизацию монтажно-сборочных операций и повышение ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделий. Статья актуальна, поскольку посвящена исследованию обработки неоднородного композиционного материала, обладающего высоким абразивным действием стеклоткани. Большое внимание уделяется основным характеристикам композиционного материала, раскрыты особенности его механической обработки и возникающие в связи с этим трудности, распространенные ошибки, которые могут привести к массовому браку при изготовлении печатных узлов на производстве. Проведенные авторами эксперименты доказывают, что при использовании оптимальных расчетно-опытных режимов резания и качественного материала стеклотекстолита, условная «стойкость» сверла (в пересчете на количество сверл) может быть увеличена относительно справочных данных до 14 раз. Статья содержит четыре таблицы с необходимыми поясняющими фотографическими изображениями, качественно иллюстрирующими износ инструмента и наличие заусенец на материале на выходе отверстия.
Бесплатно
Статья научная
Режим холостого хода для двигателей с искровым зажиганием характеризуется значительной неравномерностью протекания процесса сгорания, которая обуславливается тем, что свежая горючая смесь сильно разбавляется остаточными газами. Характеристика горючести этих газов, в значительной мере определяется предшествующим циклом сгорания. Исследования состояли из стендовых испытаний на двигателе ВАЗ-2111 на режиме холостого хода и термодинамического анализа трех последовательных индикаторных диаграмм, полученных экспериментально, отражающих цикл до пропуска зажигания, цикл с пропуском и цикл после пропуска зажигания. В результате термодинамического анализа определены характеристики изменения работы и внутренней энергии цикла для каждого интервала индикаторной диаграммы размером в один градус поворота коленчатого вала. На основании этого получена характеристика активного тепловыделения для всех исследуемых циклов. Представленные результаты термодинамического анализа процесса сгорания позволяют с большей точностью оценить влияние состава газового топлива на характеристику тепловыделения, так как анализ изменения внутренней энергии проводился по авторской методике, позволяющей провести её оценку без определения температуры и количества рабочего тела, которые при сильном дросселировании являются практически неизвестными параметрами. Полученные результаты показали влияние состава газового топлива и пропуска зажигания на активное тепловыделение и эффективность повышения стабильности сгорания на экономичность работы двигателя. В связи с этим работа посвящена анализу характеристики тепловыделения при экспериментальных исследованиях новых альтернативных газовых топлив, состоящих из природного газа и водорода, который позволит лучше понять и быстрее перейти к этапу проектирования новых двигателей с повышенной эффективностью процесса сгорания на режиме холостого хода. Это является безусловно важной задачей, так как современные тенденции по снижению токсичности автомобильных ДВС заставляют переходить на газовые виды топлива.
Бесплатно
Задачи пассивного поворота гусеничной машины (постановка, модель движения)
Статья научная
Ставится задача неуправляемого (пассивного) поворота гусеничной машины, составляется модель её движения при уводе в виде квазистатического процесса. Предлагается алгоритм численного решения задачи движения, основанный на теории криволинейного интеграла и модели взаимодействия гусениц с деформируемым грунтом.
Бесплатно
Запертый объем воздуха как фактор достоверности при определении объемной прочности жидкости
Статья научная
Диагностика состояния рабочих жидкостей и масел на местах непосредственной эксплуатации всегда остается актуальной задачей отделов контроля качества предприятий и производств, применяющих их для нужд собственного станочного парка или для заправки выпускаемой продукции. Несоответствующие условия хранения на складах и терминалах, недобросовестные производители и поставщики, поддельные сертификаты качества и другие факторы современной развитой рыночной экономики приводят к ситуации, когда техника заправляется рабочими жидкостями и маслами с неизвестными, искаженными характеристиками. Одной из важных характеристик является стойкость жидкости к вспениванию. Особое значение она имеет для компрессорной техники, силового и станочного гидропривода. Режимы резкого падения давления, разряжения, отрыва потока от профиля канала и другие воздействия способны вызвать разрыв сплошности жидкости с образованием газовых пузырьков и каверн. Режим смазки в таком случае нарушается, возникает перегрев и преждевременный износ техники, развивается кавитация. Несмотря на то, что изучение разрыва жидкости продолжается не одно десятилетие, достоверный и воспроизводимый способ его диагностики не найден. Достаточно известным среди способов служит разрыв жидкости в герметичной камере с постепенно увеличивающимся объемом - сильфоном. В статье на основе проведенных автором исследований анализируется главный фактор достоверности такого способа - наличие случайно запертого в камере воздуха.
Бесплатно
Изготовление торообразных коллекторов из армированных полимеров
Статья научная
Приведены результаты технологической и экспериментально-расчетной отработки коллекторной системы в виде двух торообразных оболочек, свидетельствующие о возможности и целесообразности замены традиционных материалов полимерными композитами для трубопроводных систем сернокислотного производства.
Бесплатно
Изменение характеристик рабочей поверхности шлифовального круга за период его стойкости
Статья научная
На основе всестороннего анализа шлифовальных операций выявлено, что наиболее нестабильным элементом системы является шлифовальный круг. В процессе шлифования поверхности резания, образовывающиеся при движении режущих кромок абразивных зерен в пространстве заготовки, отображаются на ее поверхности в виде микрорельефа. Показано, что основным параметром процесса шлифования, оказывающим наиболее существенное влияние на качество обработки, является форма режущих кромок. Форма единичных рисок на поверхности зависит от особенностей контакта шлифовального круга с материалом заготовки, а также формой абразивных зерен на его рабочей поверхности. Изменение состояния рабочей поверхности шлифовального круга определяется числом режущих кромок, их формой, распределением режущих кромок на рабочей поверхности. Разработана методика и проведены исследования для определения эмпирических коэффициентов, описывающие влияние времени работы шлифовального круга после его правки на параметры состояния рабочей поверхности. Предложены аналитические зависимости для расчета ожидаемой шероховатости поверхности, силы резания и др. Установлено, что с увеличением времени работы инструмента наблюдается увеличение ширины режущей кромки и радиуса закругления при вершине инструмента и при работе в режиме затупления появляются почти плоские вершины. Выполненные экспериментальные исследования подтверждают вывод, что за период стойкости инструмента при работе в режиме затупления наиболее значительно изменяется форма режущих кромок. Проведенные исследования по износу единичных абразивных зерен круга подтверждают качественную картину износа. Сопоставление расчетных значений радиуса закругления с экспериментальными указывает на их достаточно хорошее совпадение.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся описание, принцип действия и методика расчета размерных параметров новой конструкции чувствительного элемента электронно-измерительного комплекса для определения действительных усилий, развиваемых механическими и гидравлическими прессами.
Бесплатно
Статья научная
Повышение экологических требований к транспорту и промышленности ставит перед трибологией приоритетную задачу, связанную с разработкой экологически чистых смазочных материалов и технологий. В качестве биоразлагаемых базовых масел чаще всего используются растительные масла и синтетические сложные эфиры. Фундаментальные ограничения, связанные с их прямым применением, связаны с двумя основными параметрами: стойкостью к окислению и их трибологическими характеристиками, то есть антифрикционными, износостойкими и противозадирными свойствами. Для повышения стойкости к окислению используется низкое содержание ненасыщенных жирных кислот, а снижение трения и износа достигается за счет разработки совместимых композитных присадок к базовому растительному маслу. Вторая проблема проистекает из специфической особенности трибосистем, которая заключается в том, что их функциональные характеристики зависят от совокупного комплексного воздействия многих факторов и, более того, меняются в процессе эксплуатации. Исследователи пытаются найти решение, разрабатывая совместимые композиционные добавки к базовым биоразлагаемым растительным и синтетическим маслам. Однако многими исследователями было установлено, что по своим физико-химическим и трибологическим характеристикам растительные масла удовлетворяют эксплуатационным требованиям только при определенных условиях. В настоящем исследовании представлены результаты сравнительного исследования характеристик трения и температуры масла в двух трибосистемах «Подшипник качения» и «Подшипник скольжения» при смазке чистым рапсовым маслом и рапсовым маслом, содержащим 4 % нетоксичной и беззольной присадки. Новая присадка предназначена для биоразлагаемых базовых масел. Исследования проводились в трибологических лабораториях Южно-Уральского государственного университета, Челябинск, Россия, и в Софийском техническом университете, Болгария.
Бесплатно
Имитационное моделирование движения быстроходной гусеничной машины с механиком- водителем
Статья научная
Обоснована математическая модель механика-водителя, управляющего криволинейным движением быстроходной гусеничной машины. Приведены результаты имитационного моделирования криволинейного движения машины, управляемой механиком-водителем. Проведено сравнение качества функционирования быстроходной гусеничной машины при управлении человеком и автоматом, сканирующим дорогу. Показано, что разработанная модель механика-водителя позволяет количественно оценить требования к уровню его профессиональной подготовки.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины с независимым гидрообъемным механизмом поворота в сравнении с традиционным дифференциальным при одинаковых параметрах траектории и скорости. Проиллюстрировано преимущество предлагаемого механизма поворота по установочной мощности гидрообъемного привода.
Бесплатно
Статья научная
Предложена имитационная геометрическая модель обработки токарным резцом кольцевой заготовки, которая имеет погрешность профиля поперечного сечения в виде эллипса. Заготовка базируется по обрабатываемой поверхности. Резцу сообщается подача вертикально на заготовку, при этом подразумевается схема свободного ортогонального резания. Расчетами на примере заготовки диаметром 300 мм показано, что при определенных условиях можно уменьшить эллипсность заготовки с исходных 0, 5 мм до микрометров.
Бесплатно
