Preview

Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация

Расширенный поиск
№ 3 (2017)

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

1-14 262
Аннотация

Результатом стремительного развития электротехнических отраслей промышленности для авиации является постепенный переход к автономным электрогидравлическим приводам, наиболее совершенным из которых на настоящий момент считается электрогидростатический привод. Однако высокие требования к динамическим показателям современных неустойчивых и малоустойчивых самолетов ограничивают внедрение электрогидростатических приводов в промышленность.

Проблема низких динамических показателей решается в гидроприводе с комбинированным регулированием, являющегося развитием электрогидростатического привода. Высокая динамика при комбинированном регулировании достигается за счет применения двойного (дроссельного и электромоторного) регулирования с преобладанием каждого из них в зависимости от величины входного сигнала.

 В связи с малой изученностью привода с комбинированным регулированием предлагается применение метода многокритериальной оптимизации с целью получения оптимальных результатов при его разработке. Это позволит адекватно оценить показатели привода для его сравнения с аналогами, а также обосновать целесообразность проведения дальнейших исследований.

В статье описаны все этапы проведения многокритериальной оптимизации привода с комбинированным регулированием методом ЛП-поиска. Оптимизация ведется с учетом требований, предъявляемым к современным летательным аппаратам. В качестве критериев были взяты три величины, наиболее полно, по мнению авторов, описывающих качество всего привода (энергопотребление привода в «нейтрали», КПД гидравлической части привода в режиме электромоторного регулирования, величина ITAE при отработке приводом малого сигнала). В результате оптимизации был получен фронт Парето в трех координатах, соответствующий эффективным решениям, после чего был найден компромисс между критериями и выбрано оптимальное решение.

Полученное после проведения оптимизации проектное решение привода с комбинированным регулированием удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным самолетам и имеет как высокие энергетические показатели, так и высокую динамику. Тем не менее данное исследование следует считать неполным ввиду неучета ряда показателей, среди которых массогабаритные показатели и показатели надежности привода.

15-34 181
Аннотация

Важнейшей тенденцией развития аэрокосмической отрасли является повышение нагрузочной способности механизмов, узлов и деталей без увеличения их габаритов и массы. Это относится и к широко применяемым в летательных аппаратах наиболее перспективным на сегодняшний день планетарным роликовинтовым механизмам (ПРВМ), преобразующим вращательное движение в поступательное. Ранее (в опубликованной статье) было предложено повысить нагрузочную способность (примерно на 15%) за счет уменьшением угла профиля витков резьбовых деталей ПРВМ с 90° до 70°.

Однако такая модернизация ПРВМ приведет к изменению размеров деталей механизма и к изменению его параметров и характеристик (КПД, положения начальной точки контакта сопрягаемых витков и параметров их контактного взаимодействия, кинематических параметров), для чего потребуются дополнительные исследования. Если учитывать приоритет этих исследований, то, безусловно, надо начать с разработки методики определения размеров основных деталей ПРВМ и полей допусков на них, потому что для изготовления модернизированного ПРВМ и его испытаний нужны чертежи. Разработана методика расчета размеров основных деталей ПРВМ и полей допусков на них, учитывающая изменение угла профиля витков резьбовых деталей механизма и радиуса дуги окружности, по которой выполнен профиль витков роликов. Поэтому предложенная методика является общей по сравнению с разработанными ранее.

В этой методике для определения размеров деталей и полей допусков на них используются различные условия и уравнения. Например, гайка охватывает винт с роликами, а их размеры образуют замкнутую размерную цепь, в которой размеры и допуски на них должны быть такими, чтобы с одной стороны обеспечить сборку ПРВМ, а с другой стороны люфт механизма должен быть минимальным для обеспечения высокой нагрузочной способности, кинематической точности и жесткости ПРВМ. Используются: условия отсутствия заострений витков винта, роликов и гайки; условие размещения витка ролика с наименьшей толщиной во впадине гайки с максимальной шириной; условие размещения витка ролика с наименьшей толщиной во впадине винта с максимальной шириной с учетом конструктивных особенностей ПРВМ. При этом учитывается возможный износ резьбовых поверхностей деталей ПРВМ.

35-45 386
Аннотация

Выполнен анализ возможности применения топологической оптимизации (ТО) при проектировании зубчатых передач перспективных двигателей.

Целью ТО является определение оптимального распределения материала в области проектирования при заданных нагрузках с удовлетворением критериев и ограничений оптимизации. В данной работе расчёты проводились в 3D постановке с применением метода конечных элементов.

Проведена оптимизация нескольких шестерен в различных постановках. Для расчётного случая №1 в качестве критерия задавалось повышение жесткости диафрагмы косозубого зубчатого колеса при снижении массы. Результат оптимизации и последующей конструктивной проработки представляет собой два конусных участка, переходящие в одну тонкую стенку, соединенную с зубчатым венцом у торца, со стороны которого действует осевая сила. Похожее конструктивное исполнение диафрагмы косозубого колеса встречается в некоторых схемах авиационных двигателей и вертолетных трансмиссий. Для расчётного случая №2 проводилась отстройка собственных частот колебаний от возможных резонансов в рабочем диапазоне частот. В результате получена сложная конструкция, имеющая внутренние замкнутые полости, что сильно затрудняет изготовление с применением традиционных методов. Для случая №3 решалась задача повышения крутильной жесткости прямозубой цилиндрической шестерни для сопротивления потере устойчивости с учетом ограничений по массе. Оптимизированная конструкция имеет разветвление диафрагмы у венца и внутреннюю замкнутую полость.

Поверочный расчет проведен для постановки №1, в результате которого для исходного и оптимизированного вариантов шестерен получены максимальные перемещения. Анализ и сравнение результатов показали, что жесткость венца в осевом направлении повышена более чем в два раза в сравнении с исходной конструкцией при выигрыше в массе в 10% и снижении максимальных эквивалентных напряжений на 13%.

Анализ полученных результатов показал возможность применения ТО при проектировании зубчатых передач с учётом требований по массе, жесткости, собственным частотам колебаний. Рекомендуется уточнять конструктивный облик деталей с помощью параметрической оптимизации после проведения ТО и проработки результатов.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

46-54 294
Аннотация

С развитием техники осушения сжатого воздуха на этапе проектирования все чаще возникает задача численного моделирования динамических процессов сорбции-регенерации. Динамическая задача не имеет аналитического решения и может быть решена только с помощью численных методов.

В настоящей работе разработан численный метод и программа расчета динамики тепло- и массопереноса при адсорбционном осушении сжатого воздуха.

За основу принимается упрощенная физическая модель кинетики сорбции, которая предполагает, что внутри гранулы адсорбента в любой момент времени имеет место полное выравнивание таких параметров, как температура и содержание влаги, т.е. параметры теплопроводности и диффузии внутри гранул адсорбента несравнимо выше аналогичных параметров на поверхности гранул.

На основе термодинамического подхода разработаны физическая и математическая модели адсорбции для расчета динамических неизотермических процессов в аппаратах адсорбционного осушения. Представленные результаты расчетов подтверждают возможность проводить анализ динамики процессов тепло и массопереноса в колонне осушителя в режиме адсорбции влаги при различных начальных и граничных условиях, в том числе и изменяющихся в рамках цикла работы осушителя.

ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

55-69 182
Аннотация

Параметры теплофизики и температура резания относятся к выходным показателям, характеризующим процесс и позволяют рационально выбрать режимы и условия обработки. При обработке труднообрабатываемых материалов предельная температура резания является технологическим ограничением и определяет скорость и интенсивность изнашивания инструмента. Температура резания также влияет на тепловое удлинение инструмента и погрешность чистовой обработки.

Предметом исследования являются параметры теплофизики и температура резания при обработке пластичных материалов твердосплавным инструментом. Целью исследований является разработка методики для расчета этих параметров. Использован расчетный метод для анализа параметров процесса.

Результаты расчетов по температуре резания сравнивались с опубликованными в литературных источниках экспериментальными данными. Новизна предложенной методики заключается в том, что для расчета теплофизических параметров не требуется проведения экспериментальных исследований. Расчет основан на использовании известных механических и теплофизических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: интенсивности тепловых потоков в условной плоскости сдвига, на контактных поверхностях инструмента, температуры этих поверхностей, усредненная температура резания – в зависимости от скорости резания, толщины среза, величины износа инструмента.

Последовательность расчетов реализована в разработанной программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в предметной области механической обработки резанием.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2412-592X (Online)