Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Статья научная
Рассмотрен метод оптимизационного кинематического синтеза на примере плоского восьмизвенного рычажного механизма. Механизм предназначен для воспроизведения заданного движения выходного звена и траектории движения указанной точки. Синтез выполняется на основе структурных свойств механизма.
Бесплатно
Метод расчета течения вязкой среды в каналах распылительной форсунки дизеля
Статья научная
Предложен метод расчета течения в каналах распылительного устройства дизеля. Показана эффективность применения конформных отображений для преобразования области течения в параметрический прямоугольник с ортогональной сеткой. Продемонстрировано, как краевые задачи для вычисления отображающих функций могут быть решены методом конечного элемента (МКЭ).
Бесплатно
Метод расчёта аэродинамических характеристик крыла и системы «корпус - крыло»
Статья научная
Основным методом определения аэродинамических характеристик крыла при дозвуковой скорости является непосредственное решение интегродифференциального уравнения крыла. Для решения задачи предлагается использовать приближённый метод расчёта, полученный в результате кардинальной переработки этого способа. Результаты сравниваются с некоторыми известными решениями
Бесплатно
Статья научная
Стандартные спиральные сверла имеют значительный конструктивный недостаток: передние углы на поперечной режущей кромке имеют существенные отрицательные значения. Минимизация этого недостатка связана с подточкой кромки абразивным инструментом. Выбор этого инструмента, его параметров и параметров установки относительно сверла определяет размеры подточки и величины передних углов на участке подточки. Трудности такого выбора обусловлены наличием у спиральных сверл винтовых стружечных канавок и их пересечением с главными задними поверхностями. В работе показана методика определения указанных выше рациональных параметров с использованием классического твердотельного моделирования в программе «КОМПАС 3D». Среди параметров: диаметр абразивного круга, радиус его профиля, межосевое расстояние, расстояние от оси круга до начала режущей части сверла, угол скрещивания их осей и угол поворота базового торца круга относительно базовой осевой плоскости сверла. В качестве критерия выбора принято максимальное значение главного переднего угла сверла на участке подточки. Методика основана на создании параметрической модели стандартных сверл с автоматическим перестроением модели по их размерам из стандартов. Стружечная канавка моделируется винтовым движением исходной инструментальной поверхности стандартной фрезы. Методика предназначена для специалистов предприятий, занимающихся доводкой инструментов под конкретные производственные условия.
Бесплатно
Методика и результаты оптимизации параметров сложнонагруженных подшипников скольжения
Статья научная
Приводится методика и результаты решения задачи оптимизации конструктивных параметров сложнонагруженных подшипников скольжения. Поле гидродинамических давлений в смазочном слое подшипников определяется интегрированием модифицированного уравнения Элрода. Показано, что выбором оптимальных параметров, прежде всего, вязкостно-температурной зависимостью масла, можно существенно улучшить все гидромеханические характеристики, определяющие износостойкость подшипников, усталостную долговечность антифрикционного слоя, потери на трение.
Бесплатно
Методика определения частоты вращения вала центробежного компрессора и дизель-генератора
Статья научная
Измерения выходных параметров энергетических установок, в частности частоты вращения вала, необходимо определять с высокой точностью. Показания значений штатных частотомеров не удовлетворяют этим требованиям, поэтому необходимо использовать современные методы. В данной работе представлен альтернативный метод определения частоты вращения вала центробежного компрессора и коленчатого вала дизель-генератора с применением датчика Холла. Был изучен эффект Холла, проведен эксперимент и полученные результаты были сравнены с результатами со штатных приборов измерения. Для этого была реализована схема измерения, которая включает датчик Холла, осциллограф, элемент питания. Были проведены многократные измерения, необходимые для увеличения точности снятия данных. В результате были получены оптимальные величины зазора (между датчиком и замыкающим элементом), точное отображение на экране осциллографа значений напряжений входного сигнала. Проведены измерения частоты вращения вала центробежного компрессора и дизель-электрического агрегата питания. В эксперименте использовалась программа «DisCo» и осциллограф «ВМ8020». При снятии показаний со штатного частотометра погрешность измерений составляет 2 %, а в предложенном методе измерения погрешность составляет 1 %. Эксперимент подтвердил, что данный метод является более точным, простым и надежным в эксплуатации. Достоинство работы состоит в том, что для проведения настроечных работ на агрегате питания можно, используя компьютерную программу и осциллограф «ВМ8020», с высокой точностью определить частоту вращения коленчатого вала двигателя. Найдено наиболее приемлемое решение точного определения частоты вращения вала компрессора и коленчатого вала дизельного агрегата. Данную методику по определению частоты вращения вала возможно применять в любых установках стационарного типа.
Бесплатно
Статья научная
Предложена универсальная методика оценки граничных условий при определении теплового состояния поршня бензинового двигателя 4Ч 8,2/7,56 методом конечных элементов, позволяющая учесть все составляющие теплового баланса и особенности газодинамического нагружения в ходе рабочего цикла.
Бесплатно
Методика поиска оптимального управления процессом разгона автомобилей
Статья научная
Описано поведение разгоняющегося автомобиля как динамической системы. В среде MATLAB реализована математическая модель и разработан алгоритм, позволяющий найти оптимальное управление процессом разгона для достижения наилучшей экономичности.
Бесплатно
Статья научная
Представлены математические модели, позволяющие определять выходные характеристики и параметры рабочего процесса ракетных двигателей малой тяги на компонентах топлива «газ + газ», «газ + жидкость». Предложена методика проектирования ракетных двигателей малой тяги на основе численного моделирования внутрикамерных процессов.
Бесплатно
Методика расчета адсорбционных процессов в малых зазорах проточной части приводов высокого давления
Статья научная
В статье предлагается метод количественного описания адсорбционного процесса на поверхностях малых зазоров проточной части гидравлических аппаратов. Анализируется вклад адсорбции в трибологические характеристики пар трения и зависимость процесса от высоких давлений. Авторами рассматриваются механизмы образования адсорбционных пленок. Приводятся способы проведения при помощи ротационного вискозиметра высокого давления замеров параметров рабочей среды, необходимых для расчета по ним требуемых входных величин. Указываются преимущества использования в расчетах линейных величин молекулярной цепи, рассчитанных из соотношений Ван-дер-Вальсовых объемов и площадей Ван-дер-Вальсовых поверхностей. Описаны алгоритмы расчета влияния высоких давлений на значения Ван-дер-Вальсовых объемов, площадей Ван-дер-Вальсовых поверхностей и связанных с ними параметров. Приведены примеры расчета зависимости адсорбции поверхностно-активного вещества от рабочего давления. Показана численная зависимость толщены адсорбционного слоя от изменения давления для ряда значений давления. Описан метод определения течения физико-химических превращений по значениям времени диэлектрической релаксации. Данный метод позволяет определять значения давлений соответствующих появлению реологических эффектов в рабочей среде. Приведен пример реологического эффекта, возникающего в малых зазорах под действием образующихся адсорбционных слоев. Экспериментально подтверждено наличие фазовых и структурных превращений в малых зазорах гидравлических приводов высокого давления. Также экспериментально доказано наличие описываемых реологических эффектов в зазорах меньше 10 мк для жидкостей углеводородного состава и их отсутствие подобных эффектов в объеме идентичной углеводородной среды при таких же давлениях. Произведен анализ полученных результатов.
Бесплатно
Методика расчета системы охлаждения электрических двигателей в составе трансмиссии колесной машины
Статья научная
Приведены результаты моделирования системы охлаждения электрического двигателя с различной организацией циркуляции жидкости в рубашке охлаждения, уточнена классическая методика расчета.
Бесплатно
Статья научная
Представлены основные положения методики расчёта, позволяющей учитывать влияние неньютоновских свойств моторных масел на работу сложнонагруженных подшипников скольжения; а также область её возможного применения и результаты оценки влияния указанных свойств на работу подшипников скольжения коленчатого вала двигателя 4ЧН 13/15.
Бесплатно
Статья научная
Обеспечение требуемого уровня надёжности машин и механизмов на этапе проектирования всегда было актуальным. Для этого на разных этапах проектирования применяется широкий спектр специализированного программного обеспечения, основу которого составляют математические модели, методы и методики расчёта отдельных сопряжений деталей машин. Подшипники скольжения, как правило, являются сопряжениями, лимитирующими надёжность и ресурс машин, поскольку отказы подшипников приводят к остановке машин и производственных процессов. Всё большую актуальность проблема прогнозирования и обеспечения технического ресурса машин приобретает в связи с ростом их нагруженности (в частности, ДВС). Данная статья описывает методику расчёта ресурса гидродинамических подшипников скольжения, основанную на совместном решении гидродинамической и контактной задач. Основу методики и её отличительную особенность составляет математическая модель вязкости смазочного материала, которая отражает явление образования и разрушения адсорбционного граничного слоя на поверхностях трения подшипника. Результатом решения гидродинамической задачи для подшипника скольжения является набор взаимосвязанных гидромеханических характеристик. Минимальная толщина смазочного слоя и её распределение по угловой координате или за цикл нагружения, параметры шероховатости поверхностей подшипника являются ключевыми для расчёта скорости изнашивания и ресурса подшипника. Представлен пример практического применения методики для оценки влияния индивидуальных противоизносных свойств моторного масла на скорость изнашивания шатунного подшипника коленчатого вала двигателя КамАЗ-740, а также влияние величины шероховатости поверхности вкладыша на нагрузочную способность подшипника. В качестве дальнейших направлений развития методики отмечены: оценка абразивного изнашивания подшипника, оценка усталостной долговечности поверхности вкладыша, а также разработка алгоритмов построения кривой износа подшипника.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности методики решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения». Цель исследования состоит в разработке комплексной расчетной методики оценки работоспособности коренных подшипников коленчатого вала для учета краевых эффектов, обусловленных перекосами осей подвижных и опорных элементов подшипников скольжения. Рассмотрена система коренных подшипников, взаимосвязанных посредством коленчатого вала и картера. Методика основана на совместном численном решении уравнений движения шеек коленчатого вала на смазочных слоях, дифференциального уравнения Рейнольдса для неньютоновской жидкости и теплового баланса для определения гидромеханических характеристик подшипников, а также уравнений пяти моментов для определения нагрузок, действующих на все коренные подшипники с учетом упругих свойств картера, многоопорного коленчатого вала, а также нелинейных свойств смазочных слоев, возможных смещений центров опор и шеек из-за технологических, тепловых и других факторов. При моделировании течения смазочного материала в зазоре каждого подшипника использована модель структурированного смазочного слоя, учитывающая образование на поверхностях трения высоковязких граничных слоев. Для определения упругих свойств блок-картера двигателя и коленчатого вала использованы трехмерные конечноэлементные модели конструкций. Методика позволяет оценивать одновременное влияние ряда конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность системы коренных подшипников. Выполнена расчетная оценка гидромеханических характеристик коренных подшипников дизеля типа ЧН 13/15. Показано влияние газовых сил на упругие перемещения опор коленчатого вала.
Бесплатно
Методологические принципы оптимизации распределения мощности между движителями колесных машин
Статья обзорная
Приведены методологические принципы и результаты определения оптимального характера распределения мощности между движителями колесной машины согласно сформулированной целевой функции и системе ограничений.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены основные типы бесконтактных опор высокоскоростных роторных систем: принцип работы, их преимущества и недостатки, применение. В настоящее время наиболее распространены следующие типы бесконтактных опор: электромагнитные опоры, опоры на постоянных магнитах, газостатические, газодинамические и гибридные. Рассмотрены теоретические и практические методы их исследования. Отмечена высокая сложность классического теоретического расчета, основанного на совместном решении уравнений газовой динамики и механики, что приводит к невозможности аналитического решения и, соответственно, требует использования численных методов. Это, в свою очередь, вводит дополнительную погрешность уже на этапе расчета в дополнение к неизбежным допущениям в исходных уравнениях. В конечном итоге такой расчет можно использовать как оценочный и требующий обязательной экспериментальной проверки, в результате чего процесс проектирования бесконтактной опоры становится итерационным и, соответственно, дорогостоящим. Стоит отметить, что даже при незначительной разнице в характеристиках высокоскоростных роторных систем, такой проектировочный цикл требуется для каждой. На основании анализа публикаций предложен способ упрощения данной проблемы и намечены пути дальнейших исследований.
Бесплатно
Механизм свободного хода релейного типа
Статья научная
Описываются новые перспективные конструкции механизмов свободного хода. В этих конструкциях через заклинивающие элементы механизмов передается только часть вращающего момента, а основная его часть передается через фрикционные поверхности, что позволяет разгрузить заклинивающие элементы и значительно повысить надежность и долговечность механизмов свободного хода по сравнению с известными схемами. Проведено исследование перераспределения величины крутящего момента, передаваемого через заклинивающие элементы и фрикционные дисковые поверхности. Показана принципиальная возможность снижения величины передаваемого момента через заклинивающие элементы в десятки и сотни раз.
Бесплатно
Многоспицевая безвоздушная шина из композита: прочность и жесткость
Статья научная
Представлена многоспицевая модель безвоздушного колеса, обладающая характеристиками прочности и жесткости, сравнимыми с традиционными пневматическими шинами. В качестве начальной схемы была выбрана конструкция колеса с наклонными спицами, отличающаяся надёжностью и универсальностью за счет возможности изменения формы и угла наклона спиц. Для обоснования конструкции безвоздушного колеса были выполнены предварительные аналитические исследования. Начальные параметры конструкции колеса и действующие нагрузки выбраны на основе аналога - пневматической шины 7,50-20. Были определены зависимости жесткости и прочности гибких спиц от их геометрических параметров и физико-механических свойств конструкционного материала методом сопротивления материалов. Работоспособность полученной конструкции была проверена с помощью анализа напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов (МКЭ), при двух основных режимах нагружения транспортного средства: максимальная сила тяги и максимальная статическая нагрузка. МКЭ позволил уточнить параметры спиц, принимая во внимание неравномерность нагружения спиц по окружности колеса, получить нелинейную нагрузочную характеристику безвоздушного колеса (аналогично пневматическому колесу) учитывая возможность контакта спиц между собой при превышении определенного уровня нагрузки. Таким образом, обеспечены размеры необходимого пятна контакта колеса с опорной поверхностью и высокая жесткость при повышенных нагрузках. Полученные результаты позволяют считать предложенную многоспицевую конструкцию безвоздушной шины вполне работоспособной, обладающей повышенной надежностью и возможностью применения в гражданских и военных транспортных средствах.
Бесплатно
Многоспицевая безвоздушная шина из композита: тепловое состояние
Статья научная
В работе представлен анализ установившегося теплового состояния композитных спиц безвоздушного колеса (шины) при движении. Нагрев спиц на высоких скоростях движения - один из основных недостатков безвоздушных колес, проявляемый вследствие наличия внутреннего трения в материалах, поглощающего часть энергии деформации. Повышенная температура материалов колеса оказывает существенное влияние на его работоспособность, так как снижает механические свойства материалов, создает дополнительное термонапряженное состояние и ведет к деградации материала. Рациональным решением данного вопроса является использование современных расчетных методов вместе с применением композитных материалов, обладающих малым внутренним гистерезисным демпфированием. Рассеянная энергия деформирования, представляющая собой площадь петли гистерезиса, определяется вязкоупругими свойствами материала и деформациями при нагружении. Необходимые для расчета теплового состояния вязкоупругие свойства стеклопластика были определены экспериментальным путем на динамическом механическом анализаторе DMA 242 C (NETZSCH). Деформации спиц колеса определены из расчета на статическую прочность, с учетом нюансов предложенной конструкции. Полученные данные были использованы для расчета внутреннего нагрева спиц колеса при движении на двух скоростях: 5 и 90 км/ч. Результаты проведенной работы позволяют считать предложенную многоспицевую конструкцию безвоздушной шины вполне работоспособной, обладающей низким тепловыделением и возможностью применения в гражданских и военных транспортных средствах, в целях повышения надежности и снижения инфракрасной заметности.
Бесплатно
Многоступенчатая электромеханическая трансмиссия промышленного дизель-электрического трактора
Статья научная
Предлагается принципиальная схема многоступенчатой электромеханической трансмиссии промышленного дизель-электрического трактора, обеспечивающей автоматическое регулирование тяговых усилий и скоростей движения трактора в широком диапазоне при относительной стабилизации нагрузки приводного теплового двигателя за счет его работы в режимах с наиболее высокой эффективностью.
Бесплатно
