Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Разрывные колебания механических бесступенчатых передач переменной структуры
Статья научная
На основе метода точечных отображений исследуется периодический режим движения привода машин с бесступенчатой передачей.
Бесплатно
Расчет вращающего момента электромеханического привода трамвайного пантографа
Статья научная
Рассмотрен расчет вращающего момента электромеханического привода плоского трехзвенного рычажного механизма трамвайного пантографа. Механизм предназначен для осуществления токосъема и электропитания трамваев от контактной сети. В процессе подъема и опускания механизма необходимо обеспечить требуемый закон изменения вращающего момента в зависимости от угла поворота ведущего звена.
Бесплатно
Статья научная
Использование цилиндрических передач с арочными зубьями в приводах энергонасыщенных машин (локомотивов, бортовых редукторов тракторов, верхних приводов буровых установок, вертолетов) позволяет по сравнению с прямозубыми и косозубыми колесами кратно увеличить долговечность передач. К настоящему времени предложено полтора десятка различных приемов и методов проектирования и производства арочных зубьев цилиндрических колес. Среди них перспективным является способ нарезания арочных зубьев на станках ЧПУ круговыми резцовыми головками методом обкатки с единичным делением. Цель статьи - на основе теории пространственных зацеплений реализовать построение математических моделей формообразования арочных зубьев и исследовать геометро-кинематические характеристики их зацепления в условиях ненулевых погрешностей относительного положения колеса и шестерни в передаче. Объект исследования - цилиндрическая передача с арочными зубьями. В статье получены зависимости для радиусов-векторов и ортов нормалей поверхностей арочных зубьев цилиндрических колес, разработана математическая модель для расчета точек касания арочных зубьев в зацеплении при наличии угла перекоса, угла непараллельности и смещения колеса. На примере конечной передачи локомотива впервые исследовано влияние плотности прилегания поверхностей зубьев в зацеплении на смещение рабочих линий из среднего сечения зуба вследствие погрешностей положения элементов передачи. Путем расчета погрешности функции положения в передаче рассмотрена процедура количественной оценки ее несопряженности. Установлено, что геометрия арочных зубьев исследуемого способа в условиях отклонения положений элементов передачи от номинальных приводит к несопряженности зацепления, функция погрешности положения имеет пилообразную форму, вследствие чего неизбежны удары при входе зубьев в зацепление. Предложены пути достижения в рамках рассматриваемого способа изготовления арочных зубьев приближенного характера зацепления зубьев в передаче.
Бесплатно
Расчет и проектирование магнитореологических камер гидравлического оборудования
Статья научная
Магнитореологические системы демпфирования и виброгашения отличаются адаптивностью, хорошими показателями диссипации ударной и вибрационной нагрузки и незначительными перемещениями поршня под нагрузкой. Исследовательская работа посвящена созданию конструктивных решений в области магнитореологических рабочих камер с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами и их компоновке в гидравлическом демпфирующем оборудовании. В статье представлены два варианта исполнения магнитореологических рабочих камер: магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами и магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, разделенная на субполости. Предложенные конструкции магнитореологических рабочих камер обладают большей энергоэффективностью и стабильностью рабочих процессов. Разработанный способ демпфирования и его конструктивная реализация значительно улучшают динамику рабочего процесса и уменьшают время диссипации ударных и вибрационных нагрузок. Демпфирование в рабочей камере, в случае применения магнитореологической камеры с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, осуществляется за счет нейтрализации ударной волны или изменения скорости ее распространения путем генерации акустической волны. Магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, разделенная на субполости, производит диссипацию механической энергии посредством моделирования характеристик вязкостного трения в объеме магнитореологической среды. Описанные численные модели позволяют производить расчет и проектирование модификаций магнитореологических камер предложенной конструкции. Приведена методика расчета конструктивных параметров магнитореологических камер по значениям коэффициентов, учитывающих частотные характеристики управляющих электромагнитных полей. Результаты численного моделирования иллюстрируют динамику изменения значений вязкостных характеристик в управляющих бегущих электромагнитных полях, по которым формируются значения коэффициентов, учитывающих частотные характеристики управляющих электромагнитных полей.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен расчет предельной механической характеристики тягового электродвигателя в составе электрической трансмиссии транспортного средства на примере типового автомобиля С класса. Указаны параметры необходимые для проведения расчета предельной механической характеристики. В статье приведены основные типы, используемых в настоящее время, электрических двигателей в качестве тяговых приводов, применяемых в электрических трансмиссиях: коллекторный двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, вентильный двигатель с самовозбуждением и вентильный двигатель с независимым возбуждением. Отмечены их главные достоинства и недостатки с точки зрения применения в качестве тягового электрического двигателя. В работе указаны силы, действующие на транспортное средство, на основе которых составлено уравнение тягового баланса. В результате, автор обосновывает то, что наилучшим вариантом предельной тяговой характеристики является равноплечая гипербола, которая соответствует характеристике постоянства мощности. Для построения предельной тяговой характеристики автор предлагает определять ключевые точки гиперболы, которые определяются в соответствии с эксплуатационными показателями транспортного средства. Рассмотрены ездовые циклы, используемые для измерения расхода топлива и запаса хода транспортного средства. Автор говорит о необходимости использования современного испытательного ездового цикла WLTC при расчете предельной механической характеристики тягового электродвигателя в составе электрической трансмиссии автомобиля для определения некоторых эксплуатационных параметров и основных механических характеристик тягового электрического двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Авторами статьи определен уровень надежности бесступенчатого дифференциального механизма поворота со следящей системой управления (БДМПсССУ), достигнутый на стадии его проектирования и изготовления. По результатам анализа структуры данного механизма определено понятие отказа БДМПсССУ. Математическая модель надежности БДМПсССУ как восстанавливаемого изделия получена по графу состояний с учетом ряда допущений, основным из которых является допущение о стационарности, отсутствии последействия и ординарности процесса функционирования изделия. При определении параметров математической модели БДМПсССУ использованы статистические данные об интенсивностях отказов и наработок на отказ составных частей изделия, полученные в процессе испытаний приборов-аналогов. Решением системы дифференциальных уравнений Колмогорова при заданных начальных условиях определена функция готовности изделия. Функция готовности рассчитана с учетом нагрузок, которые возникают при эксплуатации БДМПсССУ в составе подвижного объекта, введением поправочного коэффициента для интенсивностей отказов элементов изделия. С использованием функции готовности определены величина наработки на отказ (показатель безотказности) и величина срока службы (показателя долговечности). Оба показателя надежности удовлетворяют требованиям задания. Особенность приведенных расчетов надежности БДМПсССУ в том, что в них сделан акцент на конструктивные, а не на производственные и эксплуатационные отказы. Это позволило убедиться в грамотности принятых на этапе проектирования БДМПсССУ решений, в том числе решения об унификации и стандартизации деталей, узлов, решения об использовании высоконадежных элементов и узлов. Это оправдано не только повышением надежности изделия, но и сокращением его стоимости.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены условия работы трибосопряжения «поршневой палец -верхняя головка шатуна». Выполнен расчет гидромеханических характеристик на примере расчета динамики сложнонагруженного подшипника. Показаны условия перехода жидкостного режима трения в граничный режим. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных данных.
Бесплатно
Расчет ресурса деталей при случайном независимом многопараметрическом нагружении
Статья научная
Приводится новая методика расчетной оценки долговечности деталей при многоцикловом усталостном повреждении, основанная на использовании структурной модели материала. Методика позволяет рассматривать случай многопараметрического нагружения при сложном напряженном состоянии с учетом рассеяния усталостных характеристик материала. Применение методики иллюстрируется на примере расчета тяжелонагруженных элементов машин, работающих в условиях взаимодействия со случайной средой.
Бесплатно
Расчет теплового режима электрического генератора микрогазотурбинной установки
Статья научная
Приведен метод расчета теплового режима работы электрического генератора микрогазотурбинной установки. Выполнен анализ влияния параметров процесса на уровень температур в элементах генератора.
Бесплатно
Расчет упругих характеристик измерительных диафрагм датчиков давления
Статья научная
Рассмотрен процесс деформирования тонких металлических оболочек в виде гофрированных мембран, используемых в датчиках давления.
Бесплатно
Расчет характеристик виброактивности буксы вагона
Статья научная
Рассмотрена математическая модель виброактивности буксы вагона при его движении по рельсам. Представленная модель позволяет учесть эксплуатационные нагрузки в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эксплуатационные нагрузки рассчитаны на основании реальных отклонений рельсовых нитей от их осей.
Бесплатно
Расчет характеристик водометных движителей глиссирующих катеров
Статья научная
Рассматривается задача расчета характеристик водометных движителей глиссирующих катеров. Предложен метод проектирования рабочих колес водометных движителей. Проводится расчет тяговых, насосных и мощностных характеристик водометного движителя с помощью трехмерного численного моделирования рабочего процесса.
Бесплатно
Расчетная модель и характеристики бесклапанного поршневого насоса одностороннего действия
Статья научная
Рассмотрен рабочий процесс в поршневом насосе одностороннего действия, в котором клапаны заменены резисторными гидродиодами - проточными элементами, не содержащими подвижных механических частей и отличающимися тем, что при различных направлениях течения жидкости через них, ее расход при одинаковой потере напора оказывается существенно различным. Предложена расчетная модель процесса. Последняя построена на представлении сложного течения суммой двух простых: обусловленного гармоническим движением поршня и перепадом напоров в успокоителях. При этом полагалось, что всасывающий и напорный патрубки короткие, а их диаметры одинаковые. Анализом расчетной модели выявлены размерные и безразмерные параметры насоса, важнейшими из которых являются напор и подача, рабочий объем и частота хода поршня, диодность и прямое сопротивление гидродиодов, относительная площадь поршня. Получены аналитические выражения расходно-напорной характеристики и КПД насоса. Показано, что в отличие от поршневого насоса с клапанным распределением, расходно-напорная характеристика насоса с гидродиодами является нисходяще пологой. С уменьшением напора насоса его подача увеличивается, достигая максимума при нулевом значении напора. На характеристике имеется интервал значений напоров, на котором КПД насоса максимален. Проведен анализ влияния параметров насоса на его характеристики. Установлено, что с увеличением частоты хода и относительной площади поршня, рабочего объема и диодности гидродиодов достижимый напор и подача возрастают. КПД бесклапанного насоса зависит главным образом от диодности по сопротивлению D гидродиодов. При диодности D = 40 КПД насоса равен 26 %, а при D = 60 КПД достигает 33 %.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается уравнение для численной оценки величины коэффициента наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом. Результаты расчетно-теоретических исследований сопоставляются с результатами эксперимента.
Бесплатно
Расчетная оценка причин образования трещин в кожухе воздуховода горячего дутья
Статья научная
Воздухонагреватель доменной печи имеет металлический корпус, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Технологический процесс предполагает циклическое изменение температуры газов внутри нагревателя от 400 до 1200 °С с длительностью цикла 3 часа. После определенной наработки в металлическом корпусе появляются трещины. Внутренне давление в корпусе невелико, но трещины тем не менее представляют опасность, поскольку поток горячего (1200 °С) обогащенного кислородом воздуха из трещины может повредить окружающие конструкции. Способы борьбы с трещинами зависят от механизма их образования. В качестве возможных механизмов рассматривались нескомпенсированные силы от теплового расширения всей конструкции в целом, вибрации и термические напряжения от локальной неравномерности нагрева кожуха. Наблюдаемые трещины имеют различную ориентацию и в ряде случаев расположены достаточно близко друг к другу. Такая картина характерна для тепловых трещин и не характерна для трещин, вызванных механическими нагрузками и/или вибрациями. Расчетный анализ показал, что наблюдаемая неравномерность температуры (весьма малая на наружной поверхности кожуха) может быть причиной появления термоусталостных трещин. Фрактографические исследования подтвердили термоусталостный характер трещин. В качестве возможной меры борьбы рассмотрено создание 2-слойного кожуха, оценена эффективность такого решения.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены расчеты характеристик малогабаритной центробежной форсунки с использованием трех инженерных методик и с применением численного моделирования. На основании сравнения результатов расчета с экспериментальными данными сделаны выводы о степени пригодности различных инженерных методик для расчетно-теоретического исследования малогабаритных форсунок.
Бесплатно
Статья научная
Разработана физико-статистическая математическая модель расходования ресурса конвертированного дизеля типа В-2. Предложены уравнения для определения относительной скорости накопления повреждений двигателя в зависимости от конструктивных и регулировочных параметров, режимов нагружения объектов применения. Сформулированы рекомендации по выбору номинальных значений частоты вращения и мощности конвертированного дизеля типа В-2, обеспечивающих требуемые показатели долговечности.
Бесплатно
Расчетно-экспериментальное исследование амплитудно-частотной характеристики тензопреобразователя
Статья научная
Рычажные тензопреобразователи используют в датчиках давления для преобразования поперечного перемещения рычага в электрический сигнал. Для анализа возможности применения рычажного тензопреобразователя при определении нагруженности элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного полотна в статье найдена его амплитудно-частотная характеристика. Выполнено экспериментальное исследование, позволившее идентифицировать две первые собственные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя и определить декремент колебаний на этих частотах. Диаметр рычага датчика составляет 4,5 мм, а масса менее 5 г, поэтому контактные методы измерения амплитуд колебаний здесь оказываются неприменимыми. Поэтому амплитудно-частотная характеристика тензопреобразователя определена экспериментально с помощью тензочуствительной схемы самого тензопреобразователя и с помощью одноточечного трехкомпонентного лазерного виброметра Polytec 3D LV, который измеряет три линейных компоненты виброскорости в точке колеблющегося объекта. Испытаны два тензопреобразователя. Испытания проведены методом плавного изменения частоты синусоидальных колебаний. Определены две первые резонансные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя. Резонансным методом определен декремент колебаний. Найден допустимый уровень вибронагрузки на резонансе, превышение которого приведет к поломке тензопреобразователя. С помощью конечно-элементной модели получена зависимость первой частоты собственных колебаний тензопреобразователя от жесткости системы. Эта зависимость позволяет прогнозировать собственную частоту колебаний тензопреобразователя по данным, приведенным в паспорте изделия. Экспериментально найденные резонансные частоты и декремент колебаний позволяют построить расчетную модель тензопреобразователя, верифицированную результатами испытаний. Модель можно использовать на ранних стадиях проектирования датчиков давления и датчиков, измеряющих нагруженность элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного полотна.
Бесплатно
Статья научная
В связи с задачей обеспечения точности и надежности измерений массового расхода флюида кориолисовым расходомером рассматривается вопрос об интерпретации замеченной ранее в эксперименте связи между жесткостью крепления расходомера и основной наблюдаемой величиной - сдвигом фаз между колебаниями двух соответственных точек на противоположных плечах измерительной трубки. Установлено, что в случае близости одной из собственных частот системы «кориолисов расходомер - трубопроводы», зависящей от жесткости закрепления, к частоте резонансных колебаний, на которой работает расходомер, наблюдается недопустимое увеличение погрешности измерений, связанное со смещением нуля прибора. Смещение нуля кориолисового расходомера - это величина разности фаз при нулевом расходе. Численные эксперименты, выполненные на конечноэлементной модели системы «кориолисов расходомер - трубопровод», в балочно-оболочечном приближении показали, что наблюдаемый на опыте сдвиг фаз зависит не только от массового расхода флюида, но также и от свойств системы - наличия в окрестности рабочей частоты одной из собственных частот системы «кориолисов расходомер - трубопроводы», зависящей от жесткости закрепления, демпфирующих свойств системы и величины дисбаланса двух измерительных трубок. Расчетно-экспериментальным путем установлено, что наблюдаемое смещение нуля обусловлено появлением в окрестности рабочей частоты одной из собственных частот системы «кориолисов расходомер - трубопроводы», приводящим к увеличению более чем на два порядка разности фаз двух соответствующих точек измерительных трубок на рабочей форме колебаний расходомера, росту амплитуд колебаний корпуса расходомера и изменению фазы его колебаний на 180°.
Бесплатно
Статья научная
Микрогазотурбинная энергоустановка (МГТУ) предназначена для выработки и децентрализованного снабжения внешних потребителей электрической энергией с номинальной мощностью 100 кВт и тепловой 200 кВт. Ответственной частью МГТУ является ротор, рабочая частота вращения которого составляет 65 000 мин-1. Он состоит из двух подсистем - ротора турбокомпрессора (ТК) и ротора стартер-генератора (СГ), соединенных упругой связью. Одним из требований, предъявляемых к конструкции ротора, является отсутствие его критических частот в диапазоне ± 30 % от рабочей частоты вращения. Статья посвящена анализу собственных и критических частот и форм ротора микрогазотурбинной установки. Собственные частоты ротора МГТУ оценены как для системы в целом, так и для каждой из двух подсистем отдельно. Для ротора ТК такая оценка получена методом конечных элементов. Собственные частоты и формы стартер-генератора вследствие сложности его конструкции определены расчетным и подтверждены экспериментальным путем с применением технологии LMS модального анализа. Проведено исследование собственных частот ротора МГТУ в зависимости от жесткостей подшипниковых опор и установлен допустимый диапазон последних. Решение задачи об определении критических частот ротора МГТУ выполнено расчетным путем в два этапа. На первом, с целью верификации алгоритма определения критических частот в пакете Ansys Workbench решена известная тестовая задача. На втором этапе выполнен расчет критических частот трехмерной модели ротора МГТУ методом конечных элементов. На основании результатов выполненных расчетов даны рекомендации относительно конструкции элементов ротора, позволяющие увести его критические частоты из недопустимой области.
Бесплатно
