Рассмотрен технологический процесс изготовления фторопластовых уплотнительных колец путем наматывания ленточной заготовки на цилиндрическую оправку-калибр с последующей выдержкой под нагрузкой и дальнейшим разрезанием спирали на кольца, а также исследована возможность получения изделий методом холодного формоизменения заготовки, исключающая операцию термофиксации. Такая технология, учитывая, что фторопласт даже при очень низких температурах является высокопластичным материалом, представляется вполне реальной. Поэтому намотка ленты на оправку, выдержка спиральной заготовки без нагрева, но в условиях силового воздействия в течение времени, необходимого для завершения релаксационных процессов, и последующая разрезка на кольца позволят получать готовые кольцевые изделия требуемых размеров. Однако фторопласт имеет специфику механических свойств и обладает целым рядом особенностей, проявляемых при деформировании. Его деформационное поведение значительно отличается от поведения низкомолекулярных материалов, а поэтому требует обоснованного подхода при использовании существующей теоретической базы и разработке расчетных методик. Учитывая, что фторопласт – высокоплотный материал и имеет структуру с высокой степенью кристалличности, механизм протекания в нем деформаций в условиях силового поля во многом подобен поведению металлов, что позволяет использовать для расчета фторопластовых изделий методы и подходы, принятые в механике твердых тел. Однако применяемые расчетные формулы требуют определенной коррекции и адаптации к особенностям механических свойств фторопласта, одна из которых – его различная жесткость при растяжении и сжатии, что проявляется при наматывании ленточной заготовки на оправку. Фторопласт – разномодульный материал, его жесткость при сжатии больше, чем при растяжении, и вследствие этого при изгибе ленты нейтральная ось сечения смещается от центра тяжести в область сжатых волокон, а область растяжения возрастает. Высокая упругость при растяжении и возрастание этой области приводят к большему накоплению упругих деформаций, вызывающих пружинение после разгрузки и изменение размеров готового изделия. Это необходимо учитывать при расчете и проектировании инструмента-оправки, учитывая в расчетных формулах разномодульность материала или рассматривая сечение, приведенное к единой жесткости, но принимающее при этом некоторую другую форму. Разработанные авторами расчетные методики для обоих вариантов сечения, учитывающие прямо или косвенно разномодульность материала, не противоречат друг другу и достаточно точно подтверждаются опытными данными.
Наука и техника
2019. — Выпуск 3
Содержание:
В машиностроении в подвижных соединениях используются различные типы подшипниковых узлов, причем достаточно широко – пары скольжения (подшипники скольжения, направляющие, втулки). Это позволяет повысить жесткость узлов, уменьшить их габаритные размеры, улучшить теплоотвод и обеспечить снижение шума и вибраций. Однако в ряде случаев при использовании пар трения скольжения возникают более высокие по сравнению с подшипниками качения потери на трение, повышается вероятность возникновения ситуаций, когда происходит заедание трущихся поверхностей. Большое значение эти проблемы имеют при применении подшипников скольжения в прецизионном оборудовании, которое, как правило, функционирует при стабилизированных по температуре и влажности внешних условиях. Поэтому целью исследований являлась разработка методических подходов к созданию и рациональному конструированию и изготовлению пар трения скольжения на основе применения покрытий из композиционных антифрикционных материалов, используемых в вертикальных прецизионных программно-управляемых электрошпинделях для скоростной механической обработки. Рассмотрены вопросы разработки и создания подшипниковых узлов прецизионных электрошпинделей повышенной жесткости с парами пар трения скольжения на основе композиционных материалов. Диаметры подшипников скольжения могут быть достаточно большими, что позволяет достигнуть требуемой сверхвысокой точности механической обработки и нанометрической шероховатости обрабатываемой поверхности. Приемлемые с позиций качества обработки алмазоподобным инструментом скорости резания (750 м/мин и более) могут быть достигнуты при размещении режущей кромки инструмента на диаметре 200 мм, что позволяет использовать в конструкции шпинделя смазываемые подшипники скольжения. Вследствие этого комплексно решаются две задачи: достигается необходимая для сверхвысокой точности механической лезвийной обработки жесткость электрошпинделя; обеспечивается высокая плавность работы, позволяющая достичь нанометрической шероховатости поверхности при снижении макроотклонений до 1 мкм от средней линии поверхности, что в совокупности чрезвычайно важно для ряда специальных применений.
Ключевые слова
Электрохимическое полирование (ЭХП) поверхности металлов и сплавов в настоящее время является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов повышения качества поверхности, несмотря на то, что используется в промышленности на протяжении многих десятилетий. В основном это связано с рядом существенных преимуществ процесса по сравнению с механическим полированием с применением свободного или связанного абразива. Однако ЭХП в его классическом виде имеет ряд существенных недостатков. Один из них – зависимость режимов обработки и составов электролита от обрабатываемого материала. Кроме того, для ЭХП применяются агрессивные дорогостоящие электролиты, требующие специальных технологий по утилизации. Электролиты при ЭХП часто разогреваются до температуры 60–90 °С. Обработка при таких температурах наносит значительный вред окружающей среде и производственному персоналу. Для устранения существующих недостатков процесса ЭХП и расширения его технологических возможностей предложен способ обработки с применением импульсных униполярных и биполярных режимов. В результате разработаны принципиально новые процессы импульсного ЭХП с длительностью импульсов 0,05–20,00 мс, обеспечивающие по сравнению традиционной обработкой на постоянном токе снижение энергетических затрат на процесс и высокую эффективность полирования, при котором скорость сглаживания микронеровностей обрабатываемой поверхности, отнесенная к общему съему металла, значительно возрастает. Применение импульсных режимов по сравнению с традиционным ЭХП позволяет выполнять обработку в универсальных электролитах простых составов на основе серной и ортофосфорной кислот без добавления хромового ангидрида. Применение разработанных импульсных режимов, которые при малом съеме металла обеспечивают существенное изменение шероховатости поверхности, наиболее целесообразно при ЭХП точных деталей, изделий или деталей малого сечения и жесткости, например, медицинских изделий для малоинвазивной хирургии, деталей точного машиностроения и др. В статье приводятся результаты исследования влияния импульсных униполярных и биполярных режимов ЭХП на качество поверхности образцов из коррозионностойкой стали, а также сравнительный анализ эффективности использования импульсных режимов ЭХП вместо постоянного тока. Установлены технологические параметры ЭХП с применением импульсных режимов, обеспечивающие наиболее качественное полирование поверхности с высокой эффективностью сглаживания микронеровностей и низкими энергозатратами.
Ключевые слова
Электрическая отвертка была разработана для автоматической работы на сборочных линиях. Характерной особенностью отвертки является использование двигателя малой мощности по сравнению с обычно применяемыми устройствами. Работа по натяжению резьбового соединения происходит за счет кинетической энергии компонентов системы привода и рабочей отвертки. Доказано, что способность отвертки выполнять затяжные работы определяется суммой массового момента инерции системы рабочих компонентов и массового момента инерции ротора двигателя, приведенного к оси наконечника отвертки. Процесс затягивания характеризуется количеством импульсов завинчивания, значениями момента завинчивания в конце каждого импульса и временем процесса завинчивания. Ограничение величины передаваемого момента затяжки происходит через применяемую перегрузочную муфту. Строительным работам по отвертке предшествовала разработка математической модели процесса завинчивания и балансировки крутящих моментов, действующих на каждом этапе работы. Это позволило рассчитать значение кинетической энергии компонентов привода и операционной системы в переводе на затяжные работы. Кинематические условия, которые должны быть выполнены отверткой в конце одного импульса затяжки, были определены для накопления кинетической энергии и запуска другого импульса затяжки.
Ключевые слова
Для современного промышленного производства Республики Беларусь характерны отсутствие собственной сырьевой базы и существенная зависимость от импортных энергоносителей и материальных ресурсов, поставляемых по мировым ценам. При работе в таких условиях эффективность производства может быть достигнута за счет всемерной экономии и создания современных энерго- и ресурсосберегающих технологий. Однако реализация ряда таких технологий, например, лазерной резки и сварки, плакирования, газопламенного напыления, покраски и т. д., напрямую зависит от качества очистки металлических поверхностей от коррозии. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные на кафедре «Кораблестроение и гидравлика» БНТУ, показали, что весьма экономично можно удалять с металлических поверхностей продукты коррозии, используя новую технологию реверсивно-струйной очистки. В основу технологии реверсивно-струйной очистки положен физический принцип, заключающийся в том, что струя рабочей жидкости (пульпа на основе речного песка либо бентонитовой глины) при соударении с очищаемой поверхностью разворачивается на 180º, что приводит к усилению струйного воздействия на очищаемую поверхность в 1,5–2 раза за счет возникновения реактивной составляющей. Для обеспечения отмеченного разворота струи была разработана оригинальная конструкция корпуса, отличающаяся патентной новизной. Одним из основных элементов в этой конструкции является струеформирующее устройство, имеющее форму конфузора. Приведенные в статье теоретические исследования потерь напора рабочей жидкости в канале конфузора, основанные на исследовании функционала на экстремум, позволили получить зависимость для расчета оптимального угла конусности при турбулентном режиме движения в диапазоне чисел Рейнольдса с учетом влияния плотности рабочей жидкости, ее динамической или кинематической вязкости, средней скорости движения рабочей жидкости
Ключевые слова
Результаты анализа научно-технической и патентной литературы показывают, что при всем многообразии конструктивного исполнения предложенных ловителей отсутствуют сравнительно простые по конструкции, эффективно действующие и достаточно надежные устройства для улавливания конвейерной ленты при ее обратном ходе. Это подтверждается практикой предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых, а также других отраслей. В Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук разработана и прошла испытания в промышленных условиях новая конструкция ловителя конвейерных лент, удовлетворяющая большинству требований, предъявляемых к устройствам такого назначения. В конструкции предусмотрено удержание конвейерной ленты при обратном ее ходе за свободные от транспортируемого материала края. Улавливающие устройства устанавливаются с обеих сторон ленты. Торможение ленты при обратном ходе происходит за счет ее фрикционного взаимодействия с фрикционным башмаком ловителя, расположенным над лентой, и эксцентриком, установленным на раме под лентой. Фрикционный башмак выполнен с вогнутой криволинейной поверхностью, обращенной к ленте. Приведена методика расчета основных параметров предлагаемой конструкции ловителей конвейерных лент, позволяющая определить силу, скатывающую ленту конвейера вниз, а также в каждом периоде торможения – пройденный лентой путь, величину ее сжатия, величину тормозной силы, время торможения и ускорение движения ленты, время и длину пути, проходимого лентой до ее полной остановки, параметры ловителя и несущих металлоконструкций и прочие параметры. Приведены результаты расчета основных конструктивных параметров улавливающих устройств для наклонного конвейера с шириной ленты 1400 мм по двум вариантам конструктивного исполнения ловителя: с расположением эксцентрика под лентой, а тормозного башмака над лентой (вариант I) и с расположением эксцентрика над лентой конвейера, а тормозного фрикционного башмака под лентой (вариант II).
Ключевые слова
Сегодня область применения изделий из полимерных материалов постоянно увеличивается. Такие изделия находят широкое применение в наиболее наукоемких отраслях, таких как автомобильная, аэрокосмическая и медицинская отрасли. Современные тенденции развития автомобильной промышленности прогнозируют к 2020 году 75 % общей массы автомобиля заменить полимерными материалами. Схожие тренды демонстрируют и другие отрасли. В связи с этим инженерным компаниям, проектирующим детали автомобильной промышленности, для прогнозирования их работоспособности необходимо иметь характеристики полимерных материалов во всем диапазоне деформаций – вплоть до разрушения. Однако прочностные характеристики изделий из полимеров различны и зависят не только от марки полимера, но и от технологии производства детали. Подробная информация в отечественной литературе встречается достаточно редко и в сжатом виде. Авторами статьи была поставлена задача определить и проанализировать механические характеристики широко применяемого полимера PPH030GP, полученного экструзивным методом, и полимеров ABS и PLA, применяемых при изготовлении образцов аддитивным методом (3D-печать) в зависимости от скорости деформации. Для этого были выполнены образцы согласно требованиям ГОСТ 11262–80 и подвергнуты одноосному растяжению на разрывной машине UIT STM 050/300 при разных скоростях раздвижения зажимов. По результатам экспериментальных исследований получены диаграммы растяжения в условных координатах s–e вплоть до момента разрушения для различных скоростей раздвижения зажимов. Показано, что при аддитивном методе значительное влияние на прочность изделия оказывают направление слоев и адгезия между ними, которая зависит от параметров 3D-печати. Параметры печати указаны в зависимости от выбранного режима и конструкции 3D-принтера. В результате обработки данных в достаточно полной мере определены прочностные характеристики полимеров PPH030GP, ABS и PLA в зависимости от направления слоев печати и скорости деформации. Эти данные можно применять для расчета прочности изделий численным методом и методом конечных элементов в различных программных продуктах.
Ключевые слова
Предложен вариант дискретно-континуального упрочнения контактирующих элементов машиностроительных конструкций. Одна из деталей упрочняется дискретно, а ответная – континуально. Получаемая пара сочетает положительные качества двух разнотипных методов упрочнения. Исследование напряженно-деформированного состояния обработанных фрагментов дает основание для вывода о высокой эффективности предложенного комбинированного метода упрочнения. При его использовании, в отличие от традиционных вариантов технологий упрочнения, задействуются механизмы отрицательной обратной связи между этапами «нагружение – контактное взаимодействие – трение – износ». В результате получается положительный интегральный эффект от применения разработанной технологии упрочнения. Данный эффект существенно превышает сумму эффектов от использования каждой из технологий упрочнения. При этом обеспечивается благоприятное распределение контактных давлений между контактирующими телами. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению износа, что препятствует резкому возрастанию действующих между телами нагрузок. Таким образом происходит стабилизация исследуемых процессов. Для демонстрации положительных эффектов, возникающих при контакте упрочненных тел, рассмотрено напряженнодеформированное состояние представительного фрагмента исследуемой системы. Результаты расчетов свидетельствуют о справедливости прогнозных предположений. Действительно, упрочненные зоны воспринимают большие нагрузки. Однако в силу высоких трибомеханических свойств материала в упрочненных зонах трение и износ в них намного ниже, чем у основного материала. За счет этого формируются все положительные компоненты суммарного эффекта. Данный эффект подкрепляется тем, что ответная деталь обработана континуально. В частности, металлы из материалов типа алюминия покрываются тонким слоем оксидов путем их образования в сильном электрическом поле в специальной среде. Образуемые твердые фазы оксидов служат структурной основой формирования поверхностных слоев. В сочетании с дискретно упрочненными поверхностями ответных деталей образуемая пара приобретает высокие прочностные, антифрикционные и противоизносные свойства.
Ключевые слова
Во многих странах в эксплуатации находится большое количество бронетехники, которая разрабатывалась и выпускалась десятки лет назад. В связи с этим возникает необходимость ее постоянной модернизации. Объектом исследования выбран двигатель внутреннего сгорания для наземной транспортной машины с дизельным двигателем типа 12ЧН15/18. Приведена внешняя скоростная характеристика этого дизеля, на основании которой произведен расчет составляющих его теплового баланса. Выполнен анализ теплового баланса дизеля наземной транспортной машины типа 12ЧН15/18 с разделением по: отведенной теплоте в окружающую среду от жидкости системы охлаждения; масла системы смазки двигателя внутреннего сгорания; эффективно использованной теплоте; теплоте, отведенной с отработавшими газами; остаточной части теплоты. Приведены характеристики изменения тепловыделения на нагрузочных режимах работы дизеля, показано влияние нагрузки дизеля на количество теплоты, отведенной охлаждающей жидкостью и маслом системы смазки дизеля. Рассмотрены два варианта исполнения системы охлаждения: с регулированием и без регулирования. Выполнена оценка влияния системы регулирования на характеристики системы охлаждения дизеля, параметры эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива. Доказана необходимость модернизации штатной вентиляторной системы охлаждения наземной транспортной машины с дизелем типа 12ЧН15/18. На режимах нагрузки 60 и 80 % исследовано влияние средней температуры охлаждающей жидкости и масла дизеля на эффективную мощность силовой установки с системой охлаждения вентиляторного типа. Определенно, что повышение средних температур охлаждающей жидкости и масла дизеля типа 12ЧН15/18 позволяет улучшить экономичность и повысить мощность дизеля.
Ключевые слова
Приведенные в статье методы исследования нацелены на повышение точности при определении параметров движения транспортных средств в процессе реконструкции дорожно-транспортных происшествий. Решены задачи, направленные на усовершенствование способа расчета скорости движения транспортных средств и координат расположения в различные моменты времени. Для более точного установления характера повреждений транспортных средств и их расположения на проезжей части применен метод лазерного сканирования, который позволяет снизить погрешность при определении размеров и расстояний, сократить время осмотра места дорожно-транспортного происшествия. Наличие сканированного изображения в трехмерном виде предоставляет возможность более точно моделировать характер и угол сближения транспортных средств перед столкновением. Разработано методическое обеспечение определения параметров движения транспортных средств по данным записей с видеорегистраторов. Установлено, что погрешность измерения скорости движения транспортных средств будет зависеть от качества изображения видеозаписи, протяженности исследуемого участка и диапазона возможных скоростей. Относительная погрешность будет тем выше, чем меньше диапазон скорости движения транспортных средств и длина участка. Составлена и решена математическая модель изменения скорости движения транспортного средства в дифференциальном виде. Модель позволяет рассчитать скорость движения в различные моменты времени применительно к записи с видеорегистратора, а также более точно рассчитать координаты расположения транспортных средств на фотои видеоизображении. Особенно это важно при определении места наезда или места столкновения относительно края проезжей части. В отличие от субъективных методов, когда исходные данные для проведения автотехнических исследований устанавливаются путем опроса свидетелей и обвиняемых, предложенные авторами способы дают возможность выполнить реконструкцию дорожно-транспортного происшествия исключительно объективными методами с помощью автоматизированных технических средств.