Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
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 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
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
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 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
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
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 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
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
Элементы системы подачи компонентов топлива перспективных летательных аппаратов
Статья научная
Рассматривается возможность создания многорежимных регулируемых одно-, двух- и трёхкомпонентных топливных форсунок. Затрагиваются такие вопросы, как области применения, конструктивные и технологические аспекты создания таких форсунок.
Бесплатно
Эффект образования направленного движения газа в тонких профилированных зазорах с вибрацией
Статья научная
Рассмотрены интегральные характеристики вибронесущего плоского и цилиндрического слоя газа с профилированными ограничивающими поверхностями. Генерация поля давлений и создание направленного движения среды основано на нелинейном взаимодействии вибрации и газа в профилированном зазоре. Анализируется работа комбинированного слоя в виде последовательного соединения плоского и цилиндрического слоев. Представлен асимптотический анализ и параметрическое исследование плоского и цилиндрического слоев с вибрацией. Выявлено положительное влияние профилирования, обеспечивающее многократное увеличение расхода при профилировании плоского и цилиндрического зазоров.
Бесплатно
Эффективная конечно-элементная модель для расчета индентирования сэндвич-панели
Статья научная
Разработана вычислительно-эффективная малопараметрическая конечно-элементная модель композитного материала для прогнозирования прочности и поглощенной энергии при низкоскоростном ударе. Объект исследования - трехслойная сэндвич-панель, представляющая собой два слоя хаотически армированного стеклопластика, между которыми расположен ячеистый заполнитель марки Divinycell ™P100. Механические характеристики стеклопластиковой обшивки для расчетной модели были определены из экспериментов на растяжение, изгиб и срез. В расчетах ячеистый заполнитель был представлен в виде сплошной нелинейной гиперупругой модели материала OgdenFoam (первого порядка), что позволило существенно сократить вычислительные затраты. Константы данной модели были определены из соответствующих кривых при одноосном и двухосном растяжении/сжатии, чистом сдвиге, а также трехосном растяжении/сжатии для оценки изменения объема. Поскольку проведение подобных экспериментов затруднительно, необходимые диаграммы деформирования были получены из расчета элементарной ячейки Кельвина (тетракаидодекаэдр), подходящей для описания регулярной структуры заполнителя. Ячейка Кельвина является повторяемой формой, заполняющей пространство без пустот при минимальном отношении площади поверхности к объему. Результаты расчетов локального деформирования трехслойной сэндвич-панели с использованием модели гиперупругого материала OgdenFoam вполне удовлетворительно отразили наблюдаемую в экспериментах нелинейность диаграмм (зону перелома) и показывают полную энергетическую эквивалентность вплоть до разрушения обшивки путем среза. Таким образом, разработанная конечно-элементная модель может быть использована для прогнозирования прочности и оценки предельной энергии низкоскоростного удара.
Бесплатно
Эффективность эжекционного охлаждения наддувочного воздуха и особенности ее экспериментальной оценки
Статья научная
Для повышения мощности и топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания необходимо достижение высоких степеней эффективности и совершенства конструкции основных его систем. Одним из способов повышения мощности является газотурбинный наддув с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. Среди систем промежуточного охлаждения наддувочного воздуха наименее изучена система эжекционного охлаждения. В целях совершенствования конструкции двигателя проанализированы функциональные и конструктивные особенности системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания с наддувом. Приведено оценочное сравнение исследуемой системы с традиционными системами охлаждения наддувочного воздуха, рассмотрены и обоснованы достоинства предлагаемой системы. Дано подробное описание устройства и принципа работы разрабатываемой системы эжекционного охлаждения. Сформулированы задачи и программа экспериментального исследования и определения эффективности эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха. Разработана схема установки для экспериментального определения эффективности предлагаемой системы охлаждения наддувочного воздуха. Определены необходимые измеряемые параметры для анализа газодинамических явлений в системе эжекционного охлаждения в процессе экспериментального исследования, подобрана необходимая измерительная и регистрирующая аппаратура. Эффективность системы эжекционного охлаждения оценивается комплексом параметров: коэффициентом эжекции, КПД эжектора и тепловой эффективностью охладителя, которые зависят от режима работы двигателя. Выбраны места установки датчиков для измерения давления, температуры и расходов газовых потоков. Установлены пределы измерения исследуемых параметров для выбранных датчиков. Приведены методика и расчетные зависимости для экспериментальной оценки эффективности эжектора, охладителя наддувочного воздуха и эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха в целом. Определены этапы обработки получаемых экспериментальных данных. Разработанные методика и схема установки позволяют экспериментально оценить эффективность системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха и определить с достаточной степенью точности наилучшие режимы работы данной системы.
Бесплатно
