Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Тепло- и массообмен в области с движущимися границами
Статья научная
В различных областях науки и техники необходимо рассчитывать процессы переноса тепла в областях различной формы, границы которых изменяются с течением времени. К ним относятся задачи типа Стефана о промерзании грунта и кристаллизации слитка, для которых при определённых допущениях удаётся получить аналитическое решение. Далее появились работы по расчёту температурного поля в шашках горящего топлива, термическому разложению твёрдых составов, плавлению, абляции теплозащитных покрытий. Математические модели таких процессов включают в себя уравнение теплопроводности, начальные и граничные условия, а также условия перемещения границ. Вместе с тем существуют задачи, связанные с расчётом процессов тепло- и массообмена при течении жидкости и газа в областях, границы которых перемещаются с течением времени. Математические модели таких задач включают в себя системы уравнений в частных производных, решение которых возможно только численными методами. В данной работе предлагается эффективный численный метод решения таких задач на основе метода конечных разностей, который позволяет отслеживать положение границ области при существенном их перемещении на адаптивной разностной сетке.
Бесплатно
Статья научная
Анализируются недостатки, присущие классическим гидравлическим дросселирующим устройствам, применяемым в различных прецизионных системах. Авторами рассматриваются существующие методы управления потоком жидкой среды посредством изменения гидродинамического сопротивления рабочей жидкости гидравлической системы. Описываются физические основы реализации управления гидродинамическим сопротивлением магнитореологических и электрореологических рабочих сред. Производится анализ преимуществ использования подобных систем по сравнению с классической запорно-регули-рующей гидравлической аппаратурой. Оцениваются преимущества применения магнитореологических регулирующих устройств по сравнению с электрореологическими регулирующими устройствами. На примере магнитореологических систем приводится метод расчета статических характеристик дросселирующих устройств, работающих за счет изменения гидродинамического сопротивления рабочей среды гидравлической системы. Приводится перечень исследований физико-химических свойств частиц магнетика, необходимых в определении параметров, требуемых для расчета управляющего сигнала. Представлены результаты, полученные при проведении сканирующей электронной микроскопии пробы магнитных частиц и спектроскопии магнитных частиц. Авторами описываются методы комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред. Рассматривается прикладное значение исследований неньютоновских свойств рабочих сред. Авторы приводят пример моделирования требуемых неньютоновских свойств магнитореологической жидкости за счет применения в качестве жидкости носителя дилатантной среды. Указываются преимущества, достигаемые при использовании подобных методов комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред и простейшие способы реализации описанных методов. Предлагается более эффективный метод комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством вращающегося управляющего поля и дается обоснование возникающему физическому эффекту.
Бесплатно
Статья обзорная
Предложена и обоснована концепция построения кинематической схемы трансмиссии быстроходной гусеничной машины с центральной коробкой передач и регулируемой гидрообъемной передачей в механизме передач и поворота. Схемное решение позволяет использовать в трансмиссии гидрообъемную передачу с минимально возможной установочной мощностью
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются структура, принцип действия и результаты компьютерного моделирования трехфазного нагрузочно-питающего устройства (НПУ) c интегрирующей системой управления, предназначенного для испытания и исследования электротехнического оборудования, в том числе и преобразователей электрической энергии. В отличие от известных нагрузочных устройств, предложенное НПУ обеспечивает двунаправленный поток мощности. Это делает возможным испытывать и исследовать преобразователи электрической энергии, как в выпрямительном, так и инверторном режимах. Кроме того, НПУ обладает высокими энергетическими показателями, а также является энергосберегающим.
Бесплатно
Удельное тяговое усилие колесного трактора, оптимальное по тяговому кпд
Статья научная
В результате исследования потенциальной тяговой характеристики колесного трактора получено аналитическое выражение удельного тягового усилия, оптимального по тяговому КПД
Бесплатно
Улучшение нагрузочных характеристик радиальной опоры со сжимаемым смазочным слоем
Статья научная
Рассматривается задача об улучшении трибологических характеристик смазочных жидкостных и газовых слоев различных узлов трения за счет нагнетания среды в слой путем перистальтического действия встречно направленных бегущих волн колебаний. Рассматривается модель течения жидкости в зазоре с волнообразующими поверхностями при наличии в нем жидкости с различной величиной содержания газа, и в том числе, чистый газ и несжимаемая жидкость. В качестве основного объекта исследования выбран цилиндрический слой, так как в этом случае можно отдельно изучить жесткостные и нагнeтaтeльныe характеристики типового «замкнутого» слоя. При составлении математической модели приняты основные допущения теории гидродинамической смазки, при этом влияние температуры и учет сжимаемости смазки проводится путем введения в модель определяющей температуры и дополнительного параметра газосодержания. Показано, что действие бегущих волн в слое определяет появление радиальной и угловой жесткости, зависимости которых повторяют аналогичные зависимости цилиндрического вибронесущего слоя с равномерным вибрационным сдавливанием сжимаемой смазки. Добавочное вращение ограничивающих слой поверхностей с достаточно большой угловой скоростью приводит к появлению развитого гидродинамического эффекта, который в комбинации с нагнетанием смазки от действия бегущей волны приводит к появлению комбинационных мультипликативных эффектов. В частности, в диапазоне частот бегущей волны, в котором наблюдается максимум нагнетаемого давления, происходит существенное увеличение жесткости и несущей способности смазочного слоя. Аналогичный мультипликативный эффект возникает от комбинации эффекта нагнетания смазки и вибрационного сдавливания слоя и др.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ улучшения экологической безопасности автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями, заключающийся в одновременном воздействии постоянными магнитными потоками различной полярности на топливо и воздух, поступающие через базовые системы питания. Представлена методика и результаты экспериментальных и теоретических исследований по влиянию магнитных полей на процесс смесеобразования и горния топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания. Для создания магнитных потоков заданной конфигурации и интенсивности на автомобиле с карбюраторным бензиновым двигателем, не оборудованным системой нейтрализации отработавших газов, исследовались различные варианты установки постоянных магнитов разных форм и напряженности. Были рассмотрены наиболее неблагоприятные по токсичности режимы холостого хода, минимальной частоты вращения коленчатого вала и повышенной частоты вращения. Контролировались температура и состав отработавших газов. В результате проведенных экспериментальных исследований получено снижение в отработавших газах таких токсичных компонентов, как монооксид углерода от 16 до 40 %, углеводородов от 2 до 20 %, оксидов азота от 1,25 до 35 % для минимальной частоты вращения коленчатого вала и снижение СО от 0,2 до 20 %, СН от 12 до 40 %, NOx от 10 до 14,9 % для повышенной частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, были получены зависимости, описывающие влияние магнитных потоков на токсичные компоненты отработавших газов. Предложенный способ улучшения экологической безопасности автомобилей, оборудованных бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, наряду с ранее известными, является одним из наиболее простых и дешевых.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены физические основы управления процессом сгорания топлива в дизелях разделением цикловой подачи на составляющие и впрыскиванием их в цилиндр в различные периоды рабочего цикла. Оценена эффективность разделенного впрыскивания топлива в снижении выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля.
Бесплатно
Статья научная
На основе разработанной автором методики сопоставления и согласования расчетных и экспериментальных значений несущей способности слоистых оболочек, работающих при сжимающих нагрузках, осуществлена процедура корректировки расчетных значений по имеющимся экспериментальным данным. При этом полученная уточненная расчетная зависимость позволяет снижать статистические характеристики, определяющие разброс расчетных и экспериментальных значений, оцениваемых по коэффициенту K. А это, в свою очередь, дает возможность более обоснованно подходить к назначению коэффициентов безопасности при проектировании металлокомпозитных конструкций.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается методика уточнения расчетных значений осевых моментов инерции тведого тела на основе измерения параметров его динамической неуравновешенности при вращении вокруг трех заданных осей.
Бесплатно
Статья научная
Срок службы коробок передач и раздаточных коробок транспортных машин лимитируется, в основном, контактной прочностью зубьев шестерен. В статье в расчетном плане исследуется распределение нагрузки и напряжений по длине зуба, работающего с перекосом. Предлагается уточнение расчетной формулы для определения коэффициента неравномерности распределения нагрузки в формуле Герца для расчета усталостной прочности по контактным напряжениям зубьев шестерен.
Бесплатно
Физические концепции и математические модели процесса сгорания топлива в дизеле
Статья научная
Рассмотрены физические концепции и кратко проанализированы математические модели процесса сгорания топлива, используемые при синтезе и анализе рабочего цикла в дизеле. Отмечается, что выделение в процессе сгорания топлива характерных периодов необходимо для изучения особенностей выгорания топлива и прогнозирования его развития во времени. Приведена оригинальная математическая модель процесса сгорания и оценена ее эффективность при синтезе рабочего цикла дизеля.
Бесплатно
Статья научная
Представлена попытка выработки обобщенного подхода к рассмотрению механизмов, как частного случая механических систем, содержащих кинематические, гибкие и динамические связи. На основе теорем о структуре рациональных механизмов рассчитаны все коды замкнутых кинематических цепей без избыточных связей. Приведенные теоремы и коды могут быть использованы для анализа и синтеза одноподвижных и многоподвижных механизмов, содержащих простые и сложные шарниры, кинематические пары различной подвижности, гибкие и динамические связи.
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 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
