Предложен новый подход к проектированию длинномерных каркасно-панельных кузовов транспортных средств заданной долговечности с применением соединений на эластичных клеях с трансверсальным армированием. В процессе изготовления каркасно-панельного кузова производится вклеивание готовых сэндвич-панелей со стеклопластиковыми обшивками в стальной каркас. Используемые при этом соединения можно отнести к группе нахлёсточных. Для стальных каркасов, имеющих существенные отклонения от проектной геометрии (переменные зазоры между вклеиваемыми панелями и каркасом), высокие требования к долговечности конструкции при ее минимальном весе требуют выравнивания нагрузок на композитные панели и каркас за счет регулирования жесткости клеевого шва переменной толщины. Предложена новая концепция управления жесткостью при помощи самонарезающих винтов малого диаметра. Концепция реализована за счет использования разработанных номограмм, связывающих между собой толщину клеевого слоя, шаг армирования самонарезающими винтами и погонную жесткость соединения, определяемую в расчете на единицу длины соединения. Номограммы позволяют определять требуемый шаг армирования при заданной толщине клеевого слоя и жесткости соединения. На примере кузова трамвайного вагона отработана методика проектирования с использованием отмеченных номограмм. После подбора необходимого шага армирования в рамках методики производится оценка нагруженности армированных соединений и каркаса. Нагрузки определяются с помощью метода конечных элементов (МКЭ), используя упрощенную модель кузова и поправочных коэффициентов, вычисленных на основе детализированного МКЭ моделирования типовых каркасно-панельных конструкций. Проверка статической прочности и долговечности соединений реализована соответственно на основе верифицированных МКЭ моделей армированных соединений и аналитических экспериментальных зависимостей.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
2016. — Выпуск 3
Содержание:
This research aims to build a finite element model of oil or gas steel pipelines transmission. The model has been developed in that crack propagation in pipes can be reduced as possible to avoid the failure. The suggestion that is taken into consideration for this purposeis to stopping crack propagation as possibly, is by using ribs as arresters. Different thicknesses have been tested for the ribs used in this study. The first one was of 0.02 m, while as the second thickness was of 0.05 m. The dimensions of pipe are of 0.01 m thickness, and diameter of 0.5 m. The model of pipe consists of three parts. The first part has two different lengths 2 m and 3 m. The second, which is the rib, is of length of 0.15 m. The third part of pipe has the length of 1 m. So all the three parts are made up the case study that was studied in this work. The value of stress intensity factor K1 for different lengths of cracks has been calculated by the finite element model developed by using ANSYS package. These calculations were applied with and without ribs. The results showed that when using the ribs, the stress intensity factor would be reduced significantly. This leads to reduce the possibility of failure.
Ключевые слова
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.
Ключевые слова
Обобщен накопленный практический опыт в области разработки технических решений, направленных на поиск экономически выгодных путей интеграции технологий лазерной обработки в современное производство и решение вопросов их автоматизации в условиях многономенклатурного выпуска изделий машиностроения. На основе проведенного анализа спроса на технологии лазерной обработки - показано, что для условий современного производства актуальны разработки комплексных технических решений в области автоматизации технологий лазерной обработки, обеспечивающих кратное снижение их стоимости в действительных рыночных условиях. В качестве одного из направлений по данной тематике в статье рассмотрен подход на основе разработки и внедрения автоматически сменных модулей, реализующих технологии лазерной обработки, в производственные циклы функционирования современного автоматизированного станочного оборудования. При этом предлагается на основе блочно-модульного принципа компонования создать комплекс автоматически сменных модулей, что позволит на практике выработать техническое решение для автоматизации технологий лазерной обработки практически под любые индивидуальные задачи промышленных предприятий. Приведена конструкция устройства для реализации технологии лазерной маркировки в рабочей зоне современного автоматизированного станочного оборудования. Представлено описание и концепция предлагаемого устройства, а также вариант его технического исполнения. Для решения вопросов автоматизации разработан алгоритм, позволяющий организовать функционирование устройства от штатной системы управления оборудованием при реализации технологий лазерной маркировки в рабочей зоне современного станка с ЧПУ. В основе конструкции модуля предложено использовать элементы стандартной и унифицированной оснастки автоматизированного станочного оборудования, а также элементы современного оптоволоконного лазера. Применительно к предложенной конструкции модуля приведены рекомендации по организации циклов автоматизированной лазер- ной маркировки деталей. По результатам представленного исследования сформулированы ожидаемые эффекты использования модуля предлагаемой конструкции в комплексном подходе к решению вопросов автоматизации технологий лазерной обработки, основные из которых – кратное снижение себестоимости продукции за счет сокращения затрат на оборудование и высокая производительность обработки деталей за счет сокращения потерь времени на подготовку производства.
Ключевые слова
Показано, что современные системы автоматизации технологического проектирования являются системами лишь операционного уровня и не позволяют объективно оценивать и использовать подобие проектных решений. Обоснована актуальность исследований, направленных на выявление и использование для повышения эффективности подготовки производства связей и количественных формальных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Изложен научно-методический подход к определению и использованию при подготовке производства деталей машин количественных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Указаны приложения оценок подобия проектных решений при подготовке производства. Показано, что соотношение оценки подобия состава маршрутных технологических процессов изготовления любых двух деталей одной группы и оценки конструктивного подобия по составу технологических комплексов этих же деталей позволяет прогнозировать ожидаемые значения оценок технологического подобия заданной детали и детали предполагаемого аналога. Это позволяет организовать автоматизированный поиск технологических процессов-аналогов, требующих минимальной корректировки при преобразовании в единичные процессы изготовления заданных деталей. Использование формально определяемых в соответствии с предложенным подходом оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений способствует повышению эффективности подготовки производства за счет: направленного поиска ближайших процессов-аналогов, объективного формирования групп технологически подобных деталей, объективного оценивания технологических возможностей производственной системы.
Ключевые слова
Несмотря на появление новых высокопроизводительных металлообрабатывающих станков с ЧПУ, в отечественном машиностроении до сих пор не решена проблема, связан- ная с существующей низкой производительностью операций, выполняемых на данных станках. Причиной этого является отсутствие нормативно-справочной литературы, САПРов и инженерных методик, позволяющих проектировать циклы для станков с ЧПУ, которые удовлетворяли бы требованиям современного автоматизированного производства. На практике данную проблему решают двумя путями: 1) покупкой режимов резания у производителей оборудования, 2) методом побора режимов резания путем обработки ряда пробных заготовок. Оба пути требуют значительных дополнительных затрат, которые в итоге накладываются на конечную себестоимость выпускаемой продукции и не решают проблемы повышения производительности операций, выполняемых на станках с ЧПУ, в целом по всему отечественному машиностроению. Решением данной проблемы является рассматриваемая в данной статье методология проектирования оптимальных циклов внутреннего шлифования, которая базируется на двух основополагающих моделях: модели составляющих силы резания и модели съема металла. Силовая модель процесса внутреннего шлифования связывает силы резания с режимами обработки и охватывает большую часть основных технологических параметров. Модель съема металла отражает взаимосвязь программного и фактического значений радиальной подачи с упругими деформациями технологической системы, а также позволяет рассчитывать величину фактически снятого припуска, текущие значения радиусов обрабатываемого отверстия, силы резания, времени съема для заданного цикла шлифования и др. В качестве математического метода оптимизации циклов шлифования используется метод динамического программирования. Применение данного метода обусловлено тем, что он не требует построения заранее границ области допустимых ограничений и не является чувствительным к свойствам моделей управления и ограничений. Методология проектирования оптимальных циклов внутреннего шлифования позволяет с математической точностью рассчитывать оптимальные значения радиальной и осевой подач на всех ступенях цикла, оптимальное распределение снимаемого припуска по ступеням цикла для радиальной и осевой подач, при которых обеспечивается минимальное время цикла с учетом заданных технологических ограничений целевой функции.
Ключевые слова
Топография поверхности оказывает значительное влияние на её эксплуатационные показатели, в частности – на износостойкость. Наибольшим сопротивлением износу обладает поверхность с перекрещивающимся типом направлений неровностей. Для получения таких поверхностей на цилиндрической поверхности разработан абразивный инструмент в форме диска с торцовой некруговой рабочей поверхностью. Такой инструмент имеет широкие возможности по формированию на цилиндрической поверхности микрорельефов различной направленности. Тем не менее, прогнозирование шероховатости, получаемой в результате этого сложного процесса, с целью управления им, является задачей, требующей отдельного рассмотрения. В статье приводится обзор проблематики прогнозирования шероховатости обработанной поверхности при шлифовании некруговым торцовым инструментом. Ставится задача разработки математической модели прогнозирования шероховатости, указываются основные особенности процесса, учитываемые при моделировании. Разработанная модель строится на основе представления единичного абразивного зерна произвольной формы совокупностью отдельных режущих элементов, имеющих различные условия контакта с обрабатываемой поверхностью. Для каждой точки определяются режущая, деформирующая и не контактирующая с поверхностью детали. Таким образом формируется царапина от единичного зерна, а совокупность таких царапин образует обработанную поверхность с перекрещивающимся типом направления неровностей. Модель дает возможность прогнозировать параметры шероховатости обработанной поверхности и определять характеристики контакта с сопрягаемой поверхностью. Для проверки адекватности разработанной модели проведен ряд экспериментов, выполненных в промышленных условиях на валках листопрокатных станов. Эксперимент показал, что износостойкость поверхности, обработанной торцовым абразивным инструментом, выше на 30–40 % по сравнению с обработанной по традиционной технологии.
Ключевые слова
В современном машиностроении при обработке штампов и пресс-форм широко используется фрезерование как один из наиболее производительных и универсальных методов обработки. Производительность фрезерования обусловлена высокой концентрацией режущих кромок, одновременно участвующих в процессе резания и возможностью нелинейного согласования между отдельными движениями. Но при фрезеровании сложных фасонных поверхностей имеют место проблемы, связанные с большими объемами удаляемых слоев металла, что приводит к быстрому износу инструмента и низкой производительности обработки. Применение многокоординатных станков с числовым программным управлением позволило использовать в обработке фасонных поверхностей сложную кинематику с нелинейным согласованием движений по нескольким координатам одновременно, но эти возможности используются недостаточно. В статье рассмотрены наиболее известные методы обката с нелинейным движением формообразования. Выбран универсальный высокопроизводительный способ обработки сложных криволинейных поверхностей, осуществляемый инструментом с двумя коническими и тороидальной поверхностями, описан процесс обкатки сложного профиля комбинированным инструментом. Представлена кинематическая модель согласования для кинематических схем с тремя нелинейно-согласованными движениями, лежащими в одной плоскости, а также выделены три вида согласования движения. Первый – служит для обработки вогнутого дугообразного участка поверхности при значении угла образующих инструмента α < β – угла между касательными к противоположным сторонам профиля обрабатываемой поверхности в точках их сопряжения с вогнутыми участками профиля. Второй вид согласования применяется для обработки выпуклых и прямолинейных участков профилей методом огибания образующей без проскальзывания (р = 1) и с постоянным по величине проскальзыванием p = const. Третий вид согласования используется только при обработке участков обрабатываемой поверхности вблизи точек сопряжений профилей при значении угла между касательными в точках сопряжений менее 90°.