Вісник № 02. Машинознавство та САПР

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/60077

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 12 з 12

Жорсткісні властивості пружних втулок високообертових елементів двигунів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ткачук, Микола Миколайович; Грабовський, Андрій Володимирович; Прокопенко, Микола Вікторович; Шуть, Олександр Юрійович; Пінчук, Наталія Володимирівна; Ткачук, Микола Анатолійович; Клочков, Ілля Євгенович; Ліпейко, Андрій Іванович; Цендра, Георгій Вікторович; Шевченко, Андрій Валерійович; Коба, Андрій Миколайович
У роботі створено теоретичні основи аналізу поведінки пружних втулок високообертових елементів сучасних двигунів під навантаженням. Запропоновано декілька варіаційних постановок. Перша з них базується на моделі тонкого кільця. Друга модель сформована на плоскій постановці. Третя модель – тривимірна постановка контактної задачі. Установлено, що у ході навантаження радіальною силою відбувається нерівномірне деформування пружного проміжного кільця. При цьому зони контактування поступово змінюють свою локалізацію у напрямку дії радіальної сили. Залежність радіального переміщення від навантажувальної сили є суттєво нелінійною. Установлено, що статична характеристика пружного кільця має складний вигляд. На відміну від традиційної лінійної характеристики, вона складається із трьох ділянок. Перша відповідає нульовій реакції на дію навантаження. Друга – лінійна частина. Третя – жорстка ділянка. Таким чином, розроблено нові постановки задачі про визначення напружено-деформованого стану пружного проміжного кільця із урахуванням контактної взаємодії. Це формує, на відміну від традиційних лінійних, суттєво нелінійні моделі напружено-деформованого стану. Вони є більш адекватними та враховують чинники, які раніше не враховувалися. Зокрема, беруться до уваги зазори, натяг та контакт у спряженні пружного проміжного кільця із іншими деталями конструкції опори роторної системи.
Цільова функція параметричної оптимізації швидкодії замкнутого планетарного механизму, утвореного двома простими планетарними механізмами Джеймса
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Матусевич, Володимир Анатолійович; Шарабан, Юрій Володимирович; Шехов, Олександр Володимирович
Представлені результати побудови математичної моделі оцінки швидкодії проєктованої конструкції замкнутого планетарного механізму, утвореного з двох простих планетарних механізмів Джеймса. Швидкодія проєктованої конструкції механізму оцінюється величиною приведеного до його вхідного валу моменту інерції ланок механізму. Модель є безрозмірною функцією (аналог приведеного моменту інерції) двох змінних – передаточних відношень простих планетарних механізмів і набору числових параметрів. Параметри враховують значення коефіцієнтів, що характеризують моделі інерції мас зубчастих коліс і водилів, конструктивні та міцнісні обмеження зовнішніх зубчастих зачеплень простих планетарних механізмів Джеймса, а також структуру цих механізмів. Набір значень параметрів і діапазон варіювання можливих значень передаточних відношень простих планетарних механізмів впливають на положення мінімуму аналога приведеного моменту інерції. Виконаний аналіз впливу чисел сателітів простих планетарних механізмів і моменту інерції водила диференціального механізму на положення мінімумів аналогів приведеного моменту інерції замкнутого планетарного механізму при розрахунках на контактну і згинальну міцності. На основі функції аналога приведеного моменту інерції будується цільова функція параметричної оптимізації проєктної швидкодії конструкції замкнутого планетарного механізму.
Контактна взаємодія тіл близької форми за малого збурення розподілу початкового зазору
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Анатолійович; Кохановська, Ольга Владиславівна; Ткачук, Микола Миколайович; Дьоміна, Наталя Анатоліївна; Ткачук, Ганна Володимирівна; Саверська, Марія Сергіївна; Куценко, Сергій Володимирович; Клочков, Ілля Євгенович; Волошина, Ірина Олександрівна; Третяк, Владислав Володимирович
У роботі на розвиток попередніх досліджень побудована модель контактної взаємодії тіл близької форми. Розглядається контакт у системі «пуансон – матеріал, що штампується – матриця». Між матеріалом, що штампується, та матрицею задано зазор, який змінюється за коловою координатою. Визначено закономірності зміни контактного тиску та контактних областей за варіювання закону розподілу початкового зазору. Також визначено вплив рівня навантажень на ці параметри. Зокрема, здійснено аналіз впливу кількості хвиль у розподілі початкового зазору у коловому напрямку на характер розподілу областей контакту та контактного тиску. Установлено, що за малого рівня навантажень реалізується суттєва нерівномірність розподілу контактного тиску за коловою координатою. Надалі зі зростанням рівня навантажень ця нерівномірність знижується. Розподіл контактного тиску при цьому прагне до випадку контакту із номінально співпадаючими поверхнями матриці та матеріалу, що штампується, тобто за нульового зазору. Таким чином, розроблено аналітично-чисельний метод дослідження контактної взаємодії тіл близької форми за малого збурення розподілу початкового зазору. Також установлені закономірності впливу конструктивних і технологічних параметрів на контактну взаємодію цих тіл на прикладі елементів штампового оснащення.
Синтез параметрів електрогідравлічного слідкуючого привода виходячи з заданої точності позиціювання робочого органа, швидкодії і характеру перехідного процесу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Крутіков, Геннадій Анатолійович; Стрижак, Мар'яна Георгіївна
Викладено методику динамічного синтезу електрогідравлічного слідкуючого приводу для забезпечення заданої швидкодії, заданої форми перехідного процесу і точності позиціювання робочого органа. Отримано математичну модель привода і його структурну схему. Визначено первинні і вторинні помилки і отримані вирази для коефіцієнта добротності системи. На підставі заданих вимог до точності позиціювання визначена заборонена область у низькочастотній частині логарифмічних амплітудно-частотних характеристик. Також визначена заборонена область у средньочастотній частини логарифмічної амплітудно-частотної характеристики на основі заданих динамічних характеристик приводу. Побудовано дійсні і необхідні логарифмічні амплітудно-частотні та фазочастотні характеристики. Оскільки існуюча структура приводу не може повністю задовольнити вимогам, було вирішено ввести корегуючу ланку в структурну схему, сформулювати вимоги до структури корегуючої ланки і її передавальної функції. Визначено параметр, який підлягає налаштуванню в системі - коефіцієнт підсилення електронного підсилювача і розраховано його значення для випадків, коли потрібно використовувати корегуючі ланки та коли в цьому немає потреби. Це дало можливість отримати привод, якій повністю відповідає установленим вимогам до точності позиціювання робочого органа, до його швидкодії і форми перехідного процесу.
Розвиток підходів, моделей та методів дослідження міцності та довговічності торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ткачук, Микола Миколайович; Заворотній, Антон Валерійович; Зінченко, Олена Іванівна; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Анатолійович; Пінчук, Наталія Володимирівна; Шевченко, Андрій Валерійович; Цендра, Георгій Вікторович
Розвиток підходів, моделей та методів дослідження міцності та довговічності торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин. Здійснений аналіз матеріалів з питань підходів, моделей та методів дослідження міцності та довговічності торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин. Зроблено висновок про те, що попри значні існуючі теоретичні розробки аналіз пружно-пластичного деформування матеріалів високонавантажених конструкцій, включаючи торсіонні вали, потребує розвитку та адаптації відповідних моделей. Також потребує розвитку сам підхід до здійснення низки досліджень з цього питання. У результаті низки здійснених досліджень була розроблена така модель напружено-деформованого стану торсіонного валу, здійснена варіаційна постановка задачі та виконане чисельне моделювання напружено-деформованого стану. Узагальнений параметричний опис напружено-деформованого стану торсіонного валу містить при цьому варійовані проєктно-технологічні чинники та параметри технологічного процесу. Математична модель напружено-деформованого стану торсіонного валу сформована у прирощеннях. Це дає можливість врахувати контакт і пружно-пластичні деформації матеріалу торсіонного валу. При цьому напружено-деформований стан стає залежним від історії навантаження. Параметрична модель надає переваги при обґрунтуванні раціональних технічних рішень. Це стосується і проєктних, і технологічних рішень. Також враховуються усі значущі чинники на всіх етапах життєвого циклу торсіонних валуів. Ці чинники впливають один на одного. Відповідно, визначаються такі проєктні, технологічні та експлуатаційні параметри, які задовольняють умовам підвищення міцності та довговічності торсіонних валів. Також важливим аспектом є обґрунтування механічних та фізико-механічних властивостей матеріалів для виготовлення торсіонних валів за цими критеріями. Відповідно, забезпечується комплекс заходів при створенні та удосконаленні торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин із підвищеними технічними характеристиками.
Конструктивно-силові параметри та експлуатаційні характеристики кулькової обгінно-запобіжної муфти з модифікованими пазами
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Проценко, Владислав Олександрович; Малащенко, Володимир Олександрович
У статті досліджено силову взаємодію елементів кулькової обгінно-запобіжної муфти з нахилом бічних сторін пазів до радіуса при спрацьовуванні запобіжної частини. За рахунок аналізу силової взаємодії елементів муфти отримано вирази для обчислення навантаження її деталей, характерних моментів муфти – номінального, початку та кінця спрацьовування. Отримано також співвідношення для визначення основних експлуатаційних показників – коефіцієнтів точності, чутливості, а також перевищення номінального моменту. Проаналізовано вплив конструктивних параметрів на експлуатаційні показники муфти при роботі в режимі еревантаження. Показано, що у високонавантажених та швидкохідних приводах слід встановлювати муфти з нахиленими до радіуса бічними сторонами пазів. Така модифікація пазів забезпечує: контакт кульок з пласкими поверхнями пазів незалежно від точності виготовлення деталей муфти і зазорів між ними; можливість одночасно з високою навантажувальною здатністю забезпечити вищу точність спрацьовування і нижчі крутильні навантаження при спрацьовуванні запобіжної частини; зменшення прояву тертя при роботі на великих частотах обертання. Отримано значимі для практики конструювання муфт співвідношення для виконання проектувальних та перевіркових розрахунків деталей цих пристроїв.
Динаміка бойових модулів легкоброньованих машин: моделювання перехідних та усталених процесів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Троценко, Володимир Володимирович; Набоков, Анатолій Володимирович; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Анатолійович; Храмцова, Ірина Яківна; Рікунов, Олег Миколайович; Васильєв, Антон Юрійович; Коба, Андрій Миколайович
У роботі описано загальний підхід до моделювання динамічних процесів при дії імпульсних реактивних сил віддачі при здійсненні пострілів із озброєння бойових модулів. На основі розробленого підходу до аналізу динамічної реакції бойового модуля легкоброньованої машини, оснащеної малокаліберною автоматичною гарматою, на дію реактивних сил віддачі пропонується на першому етапі здійснювати якісний аналіз на спрощених моделях. Аналізується вплив одиночного пострілу та стрільби чергою на відхилення осі каналу ствола від напряму на ціль. Для цього побудована тестова спрощена модель. Надалі на отриманих спрощених моделях результати співставляються із результатами аналізу на більш складних моделях. Введена кусочно-лінійна апроксимаційна залежність часового розподілу реактивної сили віддачі дає можливість запараметризувати такий розподіл сили одним параметром. Як свідчать результати досліджень, на характер відгуку досліджуваної динамічної системи чинить сильний вплив рівень демпфірування. Якщо рівень демпфірування високий, а частота дії імпульсів не кратна власній частоти коливань, то вплив окремих імпульсів можна розглядати ізольовано один від одного. Визначені характерні особливості перехідних та усталених режимів руху бойових модулів легкоброньованих машин. Ці якісні особливості визначають характер відгуку динамічної системи на дію одиночного імпульсу та на дію серії таких імпульсів. Такі ж особливості притаманні також і системам із великою кількістю ступенів вільності, а також системам із розподіленими параметрами.
Огляд сучасного використання генетичних та еволюційних алгоритмів. Стратегії, можливості (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бондаренко, Олексій Вікторович; Устиненко, Олександр Віталійович; Протасов, Роман Васильович; Клочков, Ілля Євгенович; Воронцов, Борис Сергійович; Матюшенко, Микола Васильович; Калінін, Павло Миколайович
Сучасні тенденції оптимально-раціонального проєктування технічних об’єктів перетинають велику кількість напрямів їх реалізації. Одним із цікавих та перспективних напрямів є генетичні та еволюційні алгоритми (ГА та ЕА). Автори просувають використання ГА та ЕА у якості апарата розв’язання задач оптимально-раціонального проєктування складних механічних систем. Описано актуальність освітлення сучасних методів, підходів та стратегій реалізації ГА та ЕА, а також розглянуто їх прикладну реалізацію, що дало змогу виявити цікаві напрями досліджень, які з подальшою адаптацією чи модифікаціями можуть бути використані для розв’язання задач оптимально-раціонального проєктування редукторів, коробок передач та трансмісій. Освітлено основні загальні напрями літератури стосовно ГА та ЕА, а також на прикладах висвітлено практичне використання ГА та ЕА в: технічній та технологічній діяльності, фізиці, будівництві, водних системах, нанотехнологіях, аналітичному та імітаційному моделюванні, електричних та електронних системах, моделюванні штучного інтелекту та нейронних мережах, інформаційних технологіях, економічній теорії, управлінні та менеджменті, маркетингу, соціології, біології та медицині. Це дало змогу зрозуміти сучасні наукові тенденції стосовно цього питання, визначити переваги та недоліки існуючих напрямів і підходів та допомогло обрати вектор подальшої наукової думки, визначитися з цікавими підходами, стратегіями та методами. Зважаючи на певні особливості ЕА, автори віддають перевагу саме їм. А з огляду стратегій, то перспективними є гібридизація з іншими методами, максимальна насиченість всіх етапів «випадковістю» та можливість навчання (організації пам’яті) алгоритму подібно до нейронних мереж.
Проблема підвищення працездатності ненапружених шпонкових з'єднань
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Гайдамака, Анатолій Володимирович; Музикін, Юрій Дмитрович; Кулик, Геннадій Григорович; Бородін, Дмитро Юрійович
Для уникнення економічних втрат виробництва через зупинки щодо проведення ремонтних робіт виникає необхідність дослідження з розробкою заходів підвищення їх надійності. Було проведено відповідний аналіз літератури з метою пошуку напрямків методів підвищення працездатності шпонкових з’єднань. В роботі проаналізовано особливості праці найбільш поширених ненапружених з'єднань призматичними шпонками. Аналіз стану експлуатації ненапружених шпонкових з'єднань, напрямків удосконалення їх конструкцій та сучасного спрощеного методу розрахунку пояснює актуальність досліджень працездатності і підвищення надійності. Розглянуто шляхи підвищення надійності з’єднань призматичними шпонками. В цій роботі виконано огляд деяких останніх найбільш цікавих, на думку авторів, досліджень з контактної взаємодії деталей. Сформульовано вимоги щодо розробки і дослідження нових шпонкових з'єднань. За базову прийнято конструкцію з’єднання з циліндричними робочими поверхнями шпонки. Проаналізовано відомі методи визначення контактних деформацій різними науковими школами. Сформульовано вимоги щодо розвитку методу розрахунку ненапружених шпонкових з'єднань. За базовий прийнято метод наукової школи Волгоградського державного технічного університету.
Нові фізичні чинники за контактної взаємодії пружних тіл уздовж поверхонь близької форми
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ткачук, Микола Миколайович; Пінчук, Наталія Володимирівна; Ткачук, Ганна Володимирівна; Клочков, Ілля Євгенович; Ткачук, Микола Анатолійович; Грабовський, Андрій Володимирович; Сєриков, Володимир Іванович; Гречка, Ірина Павлівна; Куценко, Сергій Володимирович; Цимбал, Ганна Іванівна; Коба, Андрій Миколайович
У роботі міститься узагальнення та розвиток підходів, моделей та методів дослідження контактної взаємодії складнопрофільних тіл. У випадку контактування уздовж поверхонь близької форми виникає низка проблем. Вони стосуються, по-перше, того, що аналітичні методи при цьому втрачають межі застосовності. По-друге, за малих зазорів між поверхнями контактуючих тіл різко зростає внесок у баланс переміщень деформування проміжних та поверхневих шарів. По-третє, при застосуванні традиційних чисельних методів також різко зростає внесок похибок апроксимації форми контактуючих поверхонь. Усі перелічені чинники викликають необхідність розвитку нових підходів, моделей та методів дослідження контактної взаємодії складнопрофільних тіл. Для цього залучаються варіаційні принципи із застосуванням апарату теорії варіаційних нерівностей та принципу Калькера. Крім того, розроблено новий принцип побудови множини моделей контактної взаємодії складнопрофільних тіл. Він полягає у поступовому нарощуванні кількості фізичних чинників, які враховуються припобудові цих моделей. Це дає можливість формувати послідовність варійованих параметричних моделей, при цьому природним чином удається уникати конфліктних ситуацій при урахуванні нових чинників. Крім того, це забезпечує спадковість у послідовності моделей різного рівня.. У кінцевому підсумку забезпечується також визначення чутливості характеристик контактної взаємодії до варіювання тих чи інших параметрів, а також розв’язання задачі обґрунтування раціональної форми контактуючих поверхонь за критеріями міцності. Запропоновані удосконалені підходи, моделі та методи проілюстровані на прикладі дослідження контактної взаємодії тіл із розташованими між ними проміжними шарами.
Фрикційні властивості МДО–покриттів на алюмінієвих сплавах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Субботін, Олександр Володимирович; Білозеров, Валерій Володимирович; Волков, Олег Олексійович; Субботіна, Валерія Валеріївна; Шевцов, Вадим Михайлович
Досліджені фрикційні характеристики покриттів на алюмінієвому сплаві Д16, які сформовані методом мікродугового оксидування (МДО) в лужно-силікатному електроліті при катодно-анодному режимі. Досліджена структура та морфологія робочого шару поверхні МДО МДО–покриття, який працює в парах тертя з чавуном, сталлю та МДО–покриттям в умовах змащування дизельною оливою та водою. Показана користь від наявної пористості робочого шару МДО МДО–покриття, яка складає 5–10% та сприяє утримуванню мастила в зоні тертя. Вивчено фазовий склад, твердість покриттів та визначено коефіцієнт тертя ковзання на машині тертя СМЦ-2 за схемою «диск–колодка» при використанні в якості мастила води і дизельної оливи; навантаження змінювалось від 0,2 до 2 кН, номінальний тиск від 1 до 11 МПа. Встановлено, що МДО МДО–покриття має кристалічну будову, фазовий склад – високотемпературні модифікації окислу алюмінію (α- Аl₂О₃ і γ- Аl₂О₃), твердість – 18000 – 20000 МПа. Встановлено, що коефіцієнт тертя ковзання пари сірий чавун – МДО–покриття, сталь – МДО–покриття та МДО по МДО знижується до значення 0,01 - 0,013 в умовах мастила. Виявлено, що в парі МДО–покриття – МДО–покриття антифрикційні властивості проявляються в умовах змащування як оливою, так і водою. Низький коефіцієнт тертя для пари покриття-покриття у випадку змащування водою пояснюється високими гідрофільними властивостями оксидних контактуючих поверхонь, що дозволяє рекомендувати їх до використання у підшипниках ковзання (вкладишах) гідротурбін. Зроблено висновок щодо причин, які обумовлюють низький коефіцієнт тертя досліджуваних зразків.
Оптимальне проєктування евольвентних циліндричних прямозубцевих передач з підвищеним коефіцієнтом перекриття: цільова функція, змінні проєктування та обмеження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Устиненко, Олександр Віталійович; Черельов, Станіслав Володимирович; Бошанскі, Мірослав; Протасов, Роман Васильович; Бондаренко, Олексій Вікторович; Левін, Нікіта Олександрович
Зниження маси та габаритів евольвентних циліндричних прямозубцевих передач є актуальною задачею сучасного машинобудування. Одним із перспективних шляхів її розв'язання є застосування зачеплення зі збільшеною робочою висотою зубців та коефіцієнтом торцевого перекриття εα ≥ 2. Дослідження присвячено розробці методів оптимального проєктування саме таких передач. Критерій оптимальності сформульовано наступним чином: контактні напруження у полюсі зачеплення повинні приймати мінімально можливе значення при виконанні усіх конструктивних, геометро-кінематичних та технологічних обмежень, насамперед, при забезпеченні коефіцієнта торцевого перекриття εα ≥ 2. Визначені змінні проєктування: коефіцієнти висоти головки зубців вихідних контурів шестерні та колеса h˟ₐ₁ , h˟ₐ₂ ; кут профілю вихідного контуру α; коефіцієнт зміщення вихідного контуру шестерні X₁. Сформовано систему обмежень на змінні проєктування: основне функціональне обмеження на мінімальну величину коефіцієнта торцевого перекриття – εα ≥ 2; обмеження на коефіцієнти висоти головки зубців вихідних контурів шестерні та колеса h˟ₐ₁, h˟ₐ₂ ; обмеження на кут профілю вихідного контуру α; обмеження на значення коефіцієнтів зміщення вихідного контуру X₁, X₂; відсутність підрізання ніжок зубців шестерні та колеса; відсутність загострення вершин зубців шестерні та колеса; відсутність інтерференції у зачепленні; умова забезпечення згинальної міцності зубців шестерні та колеса. Обрано метод розв’язання задачі оптимального проєктування. З усього різноманіття було обрано метод зондування простору параметрів проєктування. У якості пробних точок використовуються точки ЛПt-послідовності. Метод дає змогу оперувати значною кількістю параметрів – до 51, забезпечує достатньо велику кількість рівномірно-розподілених пробних точок – до 2 ²°. У подальших дослідженнях планується розробити методики та алгоритми розв'язання задачі, а також провести тестові та перевірочні розрахунки з метою підтвердження та оцінки отриманих теоретичних результатів.