авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«А. П. БОЛШТЯНСКИЙ УДК 621.512:621.651 ...»

-- [ Страница 3 ] --

r — радиус, м;

mТ — кинематическая турбулентная вязкость, м2/с;

lT — длина вихревой камеры, м;

G — расход газа, кг/с.

Индексы 1 — вход в вихревую трубу;

x — осевая координата;

j — окружная координата;

r — радиальная координата.

Рис. 1. Схема вихревой трубы:

1 — входное тангенциальное сопло;

Библиографический список 2 — корпус камеры энергетического разделения (усеченный гиперболоид);

3 — вентиль;

4 — диафрагма;

1. Кузнецов, В. И. Теория и расчет эффекта Ранка : науч.

5 — патрубок для отвода охлажденного потока газа изд. / В. И. Кузнецов. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 1994. – 217 с.

(в виде усеченного гиперболоида) 2. Справочник машиностроителя. В 6 т. T. 1 / под ред. Н.

С. Ачеркана. – М. :Изд-во машиностроительной литературы, 1960. – 592 с.

Значения коэффициентов a12 и a33 подставляют в уравнение (28) C xy = = C1. (29) КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических 2 0, наук, профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение».

ЧЕРЕВКО Евгений Александрович, аспирант кафед Определяется тип кривой ры «Авиа- и ракетостроение», инженер учебно J1= a11+ a22= 0+0=0;

методического центра «Мультимедийные технологии в образовании».

a11 a12 Адрес для переписки: piloteg@list.ru J2 = = a11a22 a12a21 = 0 0 0,5 0,5 = 0,25, a21 a Статья поступила в редакцию 09.12.2011 г.

т.е. J20. © В. И. Кузнецов, Е. А Черевко Книжная полка Рыжонков, Д. И. Наноматериалы : учеб. пособие / Д. И. Рыжонков, В. В. Левина, Э. Л. Дзидзигури. – 2-е изд. – М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. – 365 c. – ISBN 978-5-9963-0345-8.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов — механические, физи ческие, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов.

В. С. КУШНЕР УДК 669. М. Г. СТОРЧАК ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Омский государственный технический университет Штуттгартский университет ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СТАЛЕЙ БОЛЬШИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМАЦИЯМ Анализируются различные гипотезы, использовавшиеся для определения характеристик сопротивления сталей пластическим деформациям. Приведены результаты экспери ментальной проверки этих гипотез. Обоснована необходимость использования харак теристик сопротивления сталей большим пластическим деформациям, учитывающих взаимовлияние термомеханических факторов и соответствующих выравниванию интен сивностей деформационного упрочнения и температурного разупрочнения обраба тываемого материала.

Ключевые слова: стали, характеристики материалов, сопротивление деформациям.

1. Состояние вопроса и задачи исследования С позиций термомеханической концепции сопро тивления материалов, учитывающей влияние на Проблема выбора и обоснования модели сопро- предел текучести не только деформации, но скорости тивления материалов большим пластическим дефор- и температуры деформации, зависимости предела мациям имеет большое значение для условий дефор- текучести от деформации tТ(ep) вследствие влияния мирования, в которых температура, вызванная этими температуры должны описываться выпуклыми кри деформациями, может оказывать влияние на предел выми [3], причем при выравнивании интенсивностей текучести материала. К технологическим способам, деформационного упрочнения и температурного раз в которых осуществляются большие пластические упрочнения материала предел текучести достигает деформации материала, способные привести к суще- максимума. Согласно этой концепции, изменение ственному повышению температуры, относится ре- условий резания влияет на средние значения предела зание. текучести в зоне стружкообразования А и в застой В отношении моделей и характеристик сопротив- ных зонах Б и Г, но не влияет на максимальный ления материала деформациям при резании в насто- предел текучести. В связи с этим для определения ящее время имеются различные точки зрения. Со- характеристик сопротивления материалов большим гласно одной из них, на предел текучести tТ матери- пластическим деформациям целесообразно исполь ала влияет только деформация ep, причем зависи- зовать условие максимума зависимостей tТ(ep).

мость tТ(ep) описывается степенной функцией [1]: Целью настоящей работы является эксперимен тальное обоснование термомеханического подхода p m Sb к определению характеристик сопротивления мате Т = А p = m. (1) 3 3 ln( 1 + 100 ) риалов большим пластическим деформациям, осуще ствляющимся в зоне стружкообразования, а также По другой версии сопротивление деформации в застойных зонах на передней и задней поверх при резании характеризуется касательным напря- ностях.

жением tу в условной плоскости сдвига, которое МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 2. Условия проведения опытов остается постоянным при изменении условий реза ния: tу =А [2]. и экспериментальные результаты Вышеупомянутые гипотезы ограничиваются рас смотрением закономерностей сопротивления мате- Обрабатывались отожженные заготовки из стали риала пластическим деформациям только в зоне твердосплавными резцами при строгании на специ стружкообразования А (рис. 1). альном строгальном станке и при точении на токар Однако большие пластические деформации осу- ном обрабатывающем центре в лаборатории инсти ществляются и в застойных зонах Б и Г, а на участке тута металлорежущих станков Штуттгартского уни пластического контакта деформации на порядок верситета. Силы резания измерялись динамометром больше, чем в зоне стружкообразования, причем фирмы «Кинцлер».

условия деформирования в этих зонах иные, чем в В опытах по ортогональному свободному строга нию и точению с углом резца в плане j=90° измеря зоне стружкообразования.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Рис. 1. Схема зоны деформации в плоскости стружкообразования при образовании сливной стружки:

A — зона стружкообразования, Б — застойная зона на передней поверхности, Г — застойная зона на задней поверхности, В — зона пластических контактных деформаций на передней поверхности, Д — зона упруго-пластического контакта на задней поверхности, F, N — касательная и нормальная составляющие сил на передней поверхности, Pt — составляющая сил на передней поверхности, касательная к условной плоскости сдвига, F1, N1 — касательная и нормальная составляющие сил на задней поверхности, hз — ширина фаски износа задней поверхности, jу — угол наклона условной плоскости сдвига, Rx — проекция сил на передней поверхности на направление скорости резания, Rn — проекция сил на передней поверхности на основную плоскость МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ а) б) Рис. 2. Зависимости сил резания от толщины срезаемого слоя при свободном ортогональном строгании резцами g=–20° и различных числах Ре (а) и от скорости резания при точении резцами с упрочняющей фаской и без фаски (б) 3000 ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Силы Pz, Pxy, Н Силы Pz, Pxy, Н 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0, Толщина срезаемого слоя, мм Pz при Pe=60 и ro=30 Pxy при Ре=60, r0= 0,0 0,1 0,2 0,3 0, Толщина срезаемого слоя, мм Pz при Pe=60, ro=150 Pxy при Ре=60, ro= Pz при Pe=40 и G= 8,, r=50 мкм Pxy при Ре=40, gamma 8, r=50 мкм Pz при Ре=40, гамма 8, r=150мкм Pxy при Ре=40, гамма 8, r=150 мкм а) б) Рис. 3. Зависимости сил от толщины срезаемого слоя при свободном ортогональном строгании (а) и при свободном ортогональном точении (б) резцами с различным округлением режущей кромки 3,0 2, Силы Pz, Pxy, Н 2,8 2, Усадка 2,6 2, 2,4 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1, Ширина фаски, мм 2, 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1, Pz Pxy Ширина фаски, мм а) б) Рис. 4. Зависимости усадки стружки и сил резания от ширины фаски на передней поверхности при свободном ортогональном точении стали 45, а=0,2 мм, v=96 м/мин лись проекции Pz и Px равнодействующей силы реза- на участке пластического контакта стружки постав ния на технологические оси Z и X и усадка стружки. лены опыты с постепенным последовательным умень Удельные касательные силы в зоне стружкообра- шением ширины f фаски от 1,2 мм до 0,4 мм (рис. 4).

зования и на передней поверхности инструмента рассчитывались после исключения сил на задних 3. Анализ результатов эксперимента поверхностях инструмента. Силы на задней поверх ности резца определялись экстраполяцией на нуле Удельные касательные силы tу в условной плос вую толщину срезаемого слоя зависимостей сил кости сдвига определялись на основании известной Pz и Px от толщины срезаемого слоя при постоянных [3] схемы сил (рис. 1) для зоны стружкообразования значениях критерия Ре, что обеспечивало посто с единственной плоскостью сдвига.

янство усадки стружки (рис. 2).

Как показали выполненные на основании полу МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Число Ре в опытах изменялось от 20 до 80. С це ченных экспериментальных результатов расчеты, лью расширения диапазона изменения истинного при резании стали 45 зависимость удельных каса сдвига и температуры деформации передний угол g тельных сил tу в зоне стружкообразования может изменялся от –20° до +20°. Высота hзз застойной быть аппроксимирована выпуклой кривой (рис. 5).

зоны Г на задней поверхности регулировалась путем Установлено, что удельные касательные силы на изменения радиуса округления режущей кромки участке hзз застойной зоны Г, по своему уровню вы (r=30, 50 и 150 мкм) и ширины упрочняющей фаски fy ше удельных касательных сил в зоне стружкообра на передней поверхности (рис. 3).

зования. Учитывая, что в застойных зонах Б и Г условия деформирования примерно одинаковые, (2) hзз=r/tg(45°–gf /2)+(tgg–tggf ).

можно предположить, что и на участке застойной С целью анализа распределения касательных на- зоны Б на передней поверхности удельные касатель пряжений и определения удельной касательной силы ные силы также выше, чем в зоне стружкообразо Удельная касательная сила, Мпа ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 150 250 350 450 550 650 Температура, град. Ц Удельные касательные силы в плоскости стружкообразования Удельные касательные силы на задней поверхности застойной зоны Рис. 5. Зависимости удельных касательных сил в зоне стружкообразования от температуры деформации и удельных касательных сил в застойной зоне Г от температуры режущей кромки при строгании и точении стали Рис. 6. Сопоставление удельных касательных сил на участке упругого контакта (при сходе стружки по поверхности фаски), средних удельных сил на участке пластического контакта и предполагаемым распределением удельных касательных сил (напряжений) Отношение касательных 0, 0, напряжений Усадка стружки 0, 0, 0,4 0, 0, 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0, 600 700 800 900 Отношение удельных касательных сил Температура передней поверхности а б МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Рис. 7. Зависимость отношения удельных сил qF/tу от температуры передней поверхности и усадки стружки z от отношения qF/tу вания. Это предположение согласуется с образовани- нию» стружки при уменьшении ширины фаски, ем нароста на режущем лезвии, срезающего струж- равна 400 МПа (рис. 6).

ку и, следовательно, имеющего более высокую твер- Среднее значение удельной касательной силы дость [4]. на участке пластического контакта несколько выше, Удельная касательная силы на границе упругого чем на его границе с участком упругого контакта и пластического участков контакта стружки с рез- (»470 МПа). На участке застойной зоны вблизи ре цом определялась как максимальная удельная сила жущей кромки удельные касательные силы еще 120 на упругом участке, соответствующая «опрокидыва- выше (»700 МПа).

С целью проверки предположения о постоянстве такта стружки с резцом не может быть принято равно касательных напряжений tу в зоне стружкообразо- мерным. В начале участка пластического контакта вания и на передней поверхности qF [4] по получен- имеет место наибольшее уменьшение предела ным экспериментальным результатам измерения сил текучести, что соответствует наибольшему росту ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) резания и усадки стружки рассчитывались отноше- температуры [3]. Более пологое распределение пре ния qF/tу. Они сопоставлялись с расчетными темпе- дела текучести на основном участке пластического ратурами qп передней поверхности и с эксперимен- контакта согласуется с соответствующим более равно тально полученными значениями усадки стружки z мерным распределением температуры на этом участ (рис. 7). ке [3].

Как следует из рис. 7а, с увеличением средней Неоднородность распределения температуры в температуры передней поверхности от 720 до 940 °С, зоне деформации вызывает соответствующие изме которое соответствует увеличению критерия Ре от нения удельных касательных сил, которые, в свою 20 до 80, отношение касательных напряжений qF /tу очередь, вызывают изменения наклона зоны струж существенно уменьшается (от 0,58 до 0,33). кообразования, усадки стружки, длины контакта стружки с резцом, соответствующих условиям рав 4. Заключение новесия и минимуму мощности.

Выполненные экспериментальные исследования Библиографический список доказывают, что удельные касательные силы в зоне стружкообразования и на передней поверхности 1. Малинин, Н. Н. Прикладная теория пластичности и пол инструмента, а также их отношение, не остаются зучести : учебник для студентов вузов / Н. Н. Малинин. – постоянными, а изменяются при изменении условий Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 1975. – резания. В связи с этим удельные касательные силы 400 с.

(или напряжения) в зоне стружкообразования и на 2. Развитие науки о резании металлов / В. Ф. Бобров [и др.] ;

передней поверхности инструмента нецелесообразно под ред Н. Н. Зорева. –М. : Машиностроение, 1967. – 415 с.

использовать в качестве характеристик сопротивле- 3. Верещака, А. С. Резание материалов : учебник / А. С. Ве ния материалов пластическим деформациям при рещака, В. С. Кушнер. – М. : Высш. шк., 2009. – 535 с.

резании. 4. Зорев, Н. Н. Вопросы механики процесса резания метал Установлено, что на участке застойной зоны, при- лов / Н. Н. Зорев. –М. : Машгиз, 1956. – 368 с.

легающей к линии срезаемого слоя, предел теку чести достигает более высоких значений, чем удель КУШНЕР Валерий Семёнович, доктор технических ные касательные силы в зоне стружкообразования.

Это также свидетельствует о том, что предел теку- наук, профессор (Россия), профессор, заведующий чести материала на передней поверхности достигает кафедрой «Материаловедение и технология конст вблизи режущей кромки столь же высоких значе- рукционных материалов» Омского государственного ний, как и на задней поверхности застойной зоны. технического университета.

СТОРЧАК Михаил Григорьевич, доктор техни Полученные экспериментальные данные о высо ких значениях предела текучести на участке за- ческих наук (Федеративная Республика Германия), стойной зоны вблизи линии среза доказывают необ- научный сотрудник института металлорежущих ходимость учета источника теплоты на этом участке станков Штуттгартского университета.

при расчете температуры на задней поверхности Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

режущего лезвия.

Согласно полученным результатам, распределе- Статья поступила в редакцию 15.12.2011 г.

ние предела текучести по длине пластического кон- © В. С. Кушнер, М. Г. Сторчак Книжная полка Коршак, А. А. Обслуживание и ремонт оборудования насосных и компрессорных станций [Текст] : учеб. пособие / А. А. Коршак, В. А. Бикинеев. – Уфа : ДизайнПолиграфСервис, 2008. – 150 с. – ISBN 978-5-94423-160-4.

Рассмотрены виды износа оборудования, основы теории надежности, а также типичные дефекты (отказы) и методы ремонта насосов, резервуаров, нагнетателей газа, запорной арматуры и другого оборудования.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Бочаров, Ю. А. Кузнечно-штамповочное оборудование [Текст] : учеб. для вузов по направлению подгот. «Машиностроительные технологии и оборудование» и специальности «Машины и технология обработки металлов давлением» / Ю. А. Бочаров. – М. : Академия, 2008. – 479 с. – ISBN 978-5-7695-3746- Приведены основные сведения по проектированию, математическому моделированию, методам расчета, конструирования, испытания, управления и диагностики кузнечно-штамповочных машин. Рассмотрены современные конструкции гидравлических, винтовых, кривошипных прессов и автоматов, пневматических, паровоздушных и гидравлических молотов, ротационных, радиально-обжимных и роторных машин, вибрационных, электрогидравлических, магнитно-импульсных и других импульсных машин и установок.

С. Н. ЛИТУНОВ УДК 532.5. Омский государственный ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) технический университет О МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ Рассматривается течение вязкой жидкости в пространстве между оболочкой и форми рующей поверхностью. Выводится уравнение, описывающее движение жидкости в узкой щели переменной толщины.

Ключевые слова: вязкая жидкость, упругая оболочка, узкая щель переменной тол щины.

В современной промышленности широко приме- няются различные покрытия специального назначе ния, которые наносятся на плоскую гибкую подлож ку тонким равномерным слоем. К таким покрытиям относятся, например, фотополупроводники, исполь зуемые в производстве солнечных батарей, покрытия светофильтров и многие другие. Чаще всего слой наносится способом распыления или окунания. При Рис. 1. Схема нанесения жидкости на поверхность:

распылении необходимо снизить вязкость жидкости 1 — прямоугольное основание с заделкой оболочки;

и наносить ее несколько раз, что усложняет процесс. 2 — упругая мембрана;

3 — гибкая подложка;

4 — наносимый слой;

5 — формирующее стекло В случае окунания слой получается неравномерной толщины.

Возможно нанесение равномерного слоя вязкой жидкости на гибкую подложку с помощью упругой нанесения жидкости на подложку необходимо по оболочки, закрепленной на прямоугольном основа- лучить решение двух взаимосвязанных динамичес нии, и формирующего стекла. Под оболочку подает- ких и нелинейных задач, заключающихся в опреде ся сжатый воздух и, деформируясь в сторону фор- лении:

мирующего стекла, оболочка заставляет жидкость — деформации оболочки, которая зависит от гидро растекаться в направлении заделки оболочки (рис. 1). статического давления, расстояния между стеклом При этом прямоугольное основание также поднима- и заделкой, положения жидкости в пространстве ется в направлении формирующего стекла до полного между стеклом и оболочкой;

заполнения жидкостью покрываемого изделия. — величины и направления перемещения фронта Как правило, подложка имеет форму прямоуголь- растекания жидкости, которое зависит от гидроста ника и при нанесении слоя возникает сложность при тического давления и деформации оболочки.

заполнении углов. Причина этого заключается в том, Совместное решение поставленных задач связано что основание, на котором закреплена оболочка, со значительными трудностями, среди которых не представляет собой прямоугольник, а фронт растека- обходимо отметить следующие:

ния жидкости при равномерном нагружении обо- — оболочка деформируется под действием гидро лочки — овал. Поэтому для заполнения полимером статического давления и формирующего стекла, и всей площади необходимо, чтобы на поверхность при опускании стекла на оболочку происходит изме оболочки было нанесено избыточное количество нение деформации;

полимера. При этом площадь овала, описанного во- — течение жидкости происходит в пространстве круг прямоугольника, на 40–45 % больше площади с изменяющейся нелинейно границей.

самого прямоугольника. Следовательно, столько же Для решения разработана пошаговая схема рас жидкости вытечет за пределы подложки и может чета перемещения фронта растекания, алгоритм ко стать непригодным к употреблению. Таким образом, торого заключается в определении:

одним из требований к такому способу нанесения — расстояния между стеклом и заделкой при за слоя является заполнение жидкостью поверхности данных размерах пятна контакта;

подложки с минимально необходимым ее количест- — деформации оболочки при заданных условиях МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ вом. Исходя из этого требования, следует, что фронт (гидростатического давления, предварительного на растекания жидкости должен достигать сторон пря- пряжения оболочки и т.п.), при фиксированном рас моугольного основания почти одновременно. Это стоянии от стекла до заделки;

возможно, если скорость перемещения будет рас- — распределения давления в жидкости;

пределена по фронту растекания неравномерно. Для — скорости и направления перемещения фронта изучения процесса нанесения жидкости на подложку растекания при ванной деформации оболочки;

нужно составить математическую модель растека- — новой границы фронта растекания;

ния жидкости в пространстве между стеклом и обо- — новой границы пятна контакта;

лочкой. Жидкость и оболочка перемещаются, воз- — расстояния между формирующим стеклом и действуя друг на друга, и величина перемещения заделкой для следующего шага.

фронта растекания пропорциональна перемещению Далее алгоритм повторяется с п. 2 до тех пор, 122 оболочки. Таким образом, для построения модели пока фронт растекания не достигнет заделки.

Определение расстояния между формирующим стеклом и заделкой Из ранее проведенного эксперимента известно, ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) что размеры пятна контакта изменяются обратно пропорционально расстоянию между стеклом и Н, мм заделкой. Поэтому в качестве величины, по которой можно определить расстояние между стеклом и за- делкой, использовано расстояние от начала коорди нат, помещенных в центр оболочки, до границы пятна контакта по оси, расположенной вдоль длин ной стороны. График зависимости расстояния меж- ду стеклом и заделкой от размеров пятна контакта 0 50 100 150 200 для различных вариантов нагружения оболочки, по- В, мм казан на рис. 2. Если абсцисса равна нулю, то касание между стеклом и оболочкой происходит в точке, а величина, отложенная на оси ординат, представляет Рис. 2. Изменение расстояния между центром и границей пятна контакта в направлении оси ОУ:

собой деформацию свободной оболочки. Прямые, — равномерное предварительное напряжение 1 %, показанные на рис. 2, описываются уравнением давление под оболочкой 5.103 Па;

прямой. Таким образом, для нахождения расстояния p — равномерное предварительное напряжение 1 %, между стеклом и заделкой необходимо знать лишь давление под оболочкой;

деформацию свободной оболочки при заданных на- — без предварительного напряжения, давление под оболочкой чальных условиях нагружения. Эту величину легко получить в результате опытов.

W Z Определение деформации оболочки ?

Для определения деформации оболочки использо Y вана теория деформации плоской пластины, закреп- q П ленной на прямоугольном контуре предварительно растянутой. В этом случае деформация описывается X уравнением [1]:

Рис. 3. Расчетная схема для определения деформации упругой оболочки 2 D( 22 ) = Nx 2 + Ny 2 q, (1) x y где Nx, Ny — начальные напряжения;

w — деформа ция пластины;

D — жесткость пластины;

D — опе ратор Лапласа. Учитывая, что жесткость оболочки близка к нулю, уравнение (1) запишется в виде:

2 + Ny 2 = q, Nx (2) x y где q — гидростатическая нагрузка на оболочке.

Вследствие малой жесткости при деформации обо лочка не имеет реактивного момента на заделке и граничные условия запишутся в виде:

= 0, = 0, 0XA x (3) = 0, 2 = 0, 0 Y B, y Рис. 4. Изменение кривизны линии с изменением показателя степени где А, В — длины сторон заделки. Считаем, что на границе пятна контакта оболочка закреплена жест на двух контурах, один из которых представляет МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ко. Тогда граничные условия на границе пятна кон собой прямоугольник, другой — криволинейную такта можно записать в виде:

границу пятна контакта. Причем внутренняя область находится на высоте Н над внешней. Расчетная схема = 0, x, y (4) для определения деформации оболочки показана на n рис. 3.

= H, x, y, При таком подходе к решению задачи необхо где g — граница пятна контакта;

W — внутренняя димо знать форму и размеры пятна контакта, кото рую при заданных условиях определить затрудни область пятна контакта;

Н — расстояние между тельно. Анализ предварительно проведенных экспе стеклом и заделкой. Величина Н является заданной риментов показывает, что форма пятна контакта при заранее и определяется экспериментально. Таким уменьшении величины Н изменяется от эллипса с образом, система уравнений (2), (3), (4) представляет малым коэффициентом сжатия, до прямоугольника собой задачу о деформации оболочки, закрепленной с закругленными краями. Поэтому для задания на- q1, q2, q3, которые являются известными функциями чальной границы пятна контакта использована функ- от декартовых [4]. Так как кровля щели прямоли ция вида нейна, совместим координатные оси q1 и q2, с кров лей, при этом они совпадут с декартовыми коорди ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) натами Х, У. Криволинейную координату q3 совмес X + Y, (5) тим с поверхностью оболочки. Отнесем члены урав a b нения (6) к криволинейным координатам и получим где а, b — размеры полуосей пятна контакта;

a — проекцию градиента давления на криволинейные оси:

произвольный показатель степени. При увеличении P показателя степени линия, описываемая этим урав- (gradP )i =, (8) нением, будет приближаться к четверти прямоуголь- H i qi ника, расположенного в первом квадранте. Изме нение кривизны линии, описываемой уравнением (5) а также проекцию лапласиана скорости на те же с изменением a показано на рис. 4. Численные координатные оси, первая из которых равна:

значения a, А, В определяются экспериментально.

Уравнение (3) с граничными условиями (4) и (5) 1 (V )1 решается численно, например, с помощью прог- H1 q1 H1H 2 H 3 раммного модуля МАFCG2 [2], который рассчиты вает значение деформации оболочки в каждом узле ( H 2 H 3V1 ) ( H1H 3V2 ) ( H 2 H1V3 ) сеточной функции.

+ + q1 q 2 q Определение величины и направления скорости перемещения фронта растекания H 2H Будем считать, что:

— жидкость настолько вязкая, что можно прене H 3 ( H 2V2 ) H 3 ( H1V1 ) + бречь силами инерции, возникающими во время q H H 1 2 q1 q 2 H1H 2 q движения по сравнению с силами вязкого трения при, (9) H 2 ( H 3V3 ) H 2 ( H11V2 ) скоростях растекания жидкости в предложенном H H q 3 3 1 q1 q 3 H 3 H1 q устройстве (порядок скорости растекания — санти- метры в секунду);

— при указанных скоростях движение считаем где Hi — коэффициент Ламэ, равный безвихревым;

— перепад давлений в зоне течения полимера 2 2 X Y Z невелик, поэтому считаем, что жидкость несжимаема. Hi = + +. (10) qi qi qi С учетом сделанных допущений уравнение Навье Стокса [3] примет вид:

Остальные проекции лапласиана скорости на кри волинейные оси получаются циклической переста gradP V,. (6) новкой коэффициентов. Для слоя малой толщины изменение скоростей V1 и V2 вдоль координатной линии q3=const должно происходить быстрее, чем Уравнение неразрывности для данного случая вдоль координатной линии q1=const и q2=const выглядит как вследствие того, что q 3 q 2 и q 3 q1. Это V x Vy значит, что производными в уравнении (10) вида + = 0. (7) X Y Vi Vi Vi, можно пренебречь по сравнению с.

q1 q 2 q Пространство между стеклом и оболочкой пред ставляет собой цель переменной толщины, кровлей Это же справедливо по отношению и ко вторым про которой является стекло, а подошвой — поверхность изводным. С учетом сказанного, уравнение движения оболочки. Схематичное изображение щели, в кото- жидкости в узкой щели переменной толщины запи рой происходит течение, показано на рис. 5. Перей- шется в виде:

дем к криволинейным ортогональным координатам H 2 ( H1V1 ) 1 1 P H q = H H q 3 H 3 H1 q Z 1 1 2 1 1 P H1 ( H 2V2 ).

1 (11) = q 3 H 2 H 3 q H 2 q 2 H1H 3 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ P = x(q1) q q y(q2 Первое из уравнений (11) интегрируется в виде:

H 3 P q 2 H 3 H 2 C1 (q1, q 2 ) +C 3 (q1, q 2 ). (12) H1V1 = + q1 2 H Функций C1 и С2 определяются из граничных Рис. 5. Схематичное изображение условий прилипания жидкости к стенкам щели при 124 узкой расширяющейся щели q3=0, q3=1. Отсюда 1 H 2 H 3 P C1 =, Г 2 H 3 H1 µ q1 C 2 = 0. (13) П G ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Следовательно, 1 H P q 3 (1 q 3 ), V1 = (14) H1 2µ q и аналогично 1 H 3 P q 3 (1 q 3 ), V2 = (15) H 2 2µ q Средние по толщине скорости равны:

Рис. 6. Изображение двусвязной области для нахождения потенциала 1 1 H3 H V1 = V1dq 3 V2 = средних по толщине скоростей:

V2dq 3, (16) П — объемлющий прямоугольник;

0 G — область растекания;

Г — внешняя граница области растекания;

Так как g — внутренняя граница области растекания q (1 q 3 )dq 3 =, (17) Проделав те же операции по отношению к j, то получим:

H 3 1 P H 1 P V1 =, V2 = 3, (18) 12µ H1 q1 12µ H 2 q 2 3 + = 0.

H3 H3 (26) q1 q1 q 2 q существует связанный с давлением в жидкости потенциал средних по толщине скоростей Сделанные ранее допущения позволяют задать p(q1, q 2 ) значения потенциала средних по толщине скоростей (q1, q 2 ) =, (19) в точке А и В, т.е. на границе области, в которой 12µ ищется значение функции j:

такой, что H 3 H 3 Patm q V1 = V2 =,. Г =, Г, =,.

(20) (27) H1 q1 H 2 q 2 12µ 12µ Так как оси q1 и q2 совмещены с осями X и У, то Таким образом, задача сводится к решению следу ющей: необходимо найти значение функции j(q1, q2) Н1=Н2=1. Тогда в двусвязной области G с внешней границей Г и внут ренней границей g (рис. 6) посредством решения V1 = H 3, V2 = H 3. (21) q1 q 2 системы уравнений (26) и (27).

Аналитическое решение поставленной задачи не Вводя на основании уравнения неразрывности получено. Поскольку выражения (2) и (26) являются функцию тока средних скоростей Y такую, что: эллиптическими дифференциальными уравнениями, будем решать систему (26), (27) численно так же с помощью программного модуля MAFCG 2, который 1 V1 =, V2 = (22) в данном случае позволяет получить численное зна H1H 3 q 2 H 2 H 3 q 2 чение потенциала средних по толщине слоя скорос тей. Для определения направления перемещения и приравнивал полученные значения для средних по жидкости в области воспользуемся функцией тока.

толщине скоростей, имеем:

Функция тока ортогональна функции потенциала средних по толщине скоростей. Физически это озна 1 1 = = чает, что жидкость перемещается перпендикулярно,. (23) H1 q1 H 2 H 3 q 2 H 2 q 2 H1H 3 q 3 линии равного напора, т. е. перпендикулярно линии равных значений потенциала средних по толщине Поскольку сетка координатных линий на поверх- скоростей. Следовательно, для определения направ ности основания слоя изометрична, то ления перемещения жидкости необходимо опреде лить линии равных значений потенциала. Зная рас МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 1 1 пределение потенциала по площади, это легко сде =3 =,. (24) лать. Непосредственно направление перемещения q1 H 3 q 2 q 2 H 3 q фронта растекания находится следующим образом.

Линии равного значения потенциала (к которым Продифференцировав первое уравнение (24) по относятся граница пятна контакта и линия фронта растекания жидкости), заменяется отрезками. Из, а второе по, и приравнивая правые части q 2 q 1 середины отрезка (рис. 7), соединяющего две соседние точки, принадлежащие границе пятна кон получившихся уравнений запишем:

такта, проводим перпендикуляр до пересечения с ближайшей линией равного значения потенциала.

1 + = 0.

3 3 Затем из полученной точки продолжаем линию пер (25) q1 H 3 q1 q 2 H 3 q 2 пендикулярно отрезку, соединяющему две соседние [АD] — расстояние между оболочкой и стеклом в A точках А и А’ соответственно. Таким образом, тре буется найти расстояние [B’B], на которое перемес тится точка В, принадлежащая границе пятна кон ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) такта.

A Из условия неразрывности жидкости следует, что для заполнения площади А’ACD необходимо, чтобы площадь ABD уменьшилась на величину площади А’ACD. Это возможно, например, при параллельном переносе линии BD. Из элементарной геометрии известно, что в этом случае для равенства площадей А’AGD и B’BGD отрезки [А’A] и [B’B] должны быть Рис. 7. Построение линии тока равными. Следовательно, точки А и В, принадлежа щие фронту растекания и границе пятна контакта А В соответственно, переместятся на одинаковую вели A B чину. При этом необходимо учесть, что направление Е перемещения точек А и В могут не совпадать.

Анализ математических зависимостей показал, G что главным фактором, влияющим на процесс рас D текания жидкости в пространстве между форми С рующим стеклом и оболочкой, является распреде ление потенциала средних по толщине скоростей.

Рис. 8. Расчетная схема В свою очередь, этот фактор, согласно (26), зависит для определения новой границы пятна контакта от коэффициента Ламэ. Так как криволинейные координатные оси q1, и q2 совпадают с декартовыми координатами X и У, то коэффициент Ламэ пред точки линии равного значения потенциала до пере- ставляет собой расстояние между стеклом и оболоч сечения со следующей линией равного значения по- кой. Следовательно, процесс растекания зависит от тенциала. размеров щели. Предложенный пошаговый алгоритм Продолжая таким образом построение находим решения задачи о растекании вязкой жидкости в точку пересечения линии тока с фронтом растекания узкой щели переменной толщины содержит большое (на рис. 7 точка А). Скорость перемещения получен- количество вычислений. Вследствие этого целесо ной точки будет направлена перпендикулярно от- образным является проведение теоретических экс резку, на котором лежит последняя точка пересече- периментов с помощью ЭВМ, в которых должен ния. Концы векторов скорости являются границей быть реализован алгоритм, показанный выше.

нового фронта растекания. На основании получен ных значений координат фронта растекания, а также Библиографический список новой границы пятна контакта, показанные операции повторяются до тех пор, пока фронт растекания не 1. Тимошенко, С. П. Пластинки и оболочки / С. П. Тимо достигнет одной или нескольких сторон заделки. шенко, С. Войновский-Кригер. – М. : Гос. изд-во физ.-мат.

литературы, 1963. – 635 с.

Определение новой границы пятна контакта 2. Программный модуль MAFCG2 / под ред. Е. С. Нико лаева // Сб. программ для решения сеточных уравнений. – Рассмотрим сечение щели, в котором происходит М. : МГУ, 1984. – С. 48–56.

течение жидкости, вертикальной плоскостью, про- 3. Лаврентьев, М. А. Проблемы гидродинамики и их мате ходящей через начало координат, помещенных в матические модели / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. – 2-е центр пятна контакта. Точка А, принадлежащая изд. – М. : Гл. ред. физ.-мат. литературы изд-ва «Наука», фронту растекания жидкости, и точка В, принад- 1977. – 408 с.

лежащая границе пятна контакта, расположены в 4. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа : учеб.

этой плоскости. Точка С находится на поверхности для вузов / Л. Г. Лойцянский. – 7-е изд., испр. – М. : Дрофа, оболочки (рис. 8). 2003. – 804 с.

Для упрощения считаем участок ВС оболочки прямой. Примем следующие допущения: ЛИТУНОВ Сергей Николаевич, доктор технических — давление в жидкости в точке В равно давлению наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Обо под оболочкой, а в точке А равно атмосферному;

рудование и технологии полиграфического произ — участок ВС оболочки считаем жестким и водства».

неподвижным в данный момент времени. Адрес для переписки: litunov@rambler.ru Отрезок [А’A] представляет собой вычисленное МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ расстояние, на которое переместится точка А, при- Статья поступила в редакцию 12.12.2011 г.

надлежащая фронту растекания. Отрезки [А’A] и © С. Н. Литунов А. П. МОРГУНОВ УДК 621. Е. Ю. ЧХЕТИАНИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Омский государственный технический университет ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ НА ПРИМЕРЕ ТОНКОСТЕННОГО СТУПЕНЧАТОГО КОЛЬЦА Данная статья посвящена исследованию вопросов технологического обеспечения точ ности при обработке тонкостенных колец. В качестве интегральной характеристики принята площадь опорной поверхности. Определение плотности прилегания кольцевой заготовки и элементов приспособления предлагается осуществить методом ультразву ковой дефектоскопии.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, нежесткие детали, ультразвуковой дефектоскоп.

Точность обработки деталей как обеспечение за данных параметров поверхности является критерием, на основе которого определяются наиболее целесо образные методы и средства технологической подго товки и обработки детали.

Разные отрасли машиностроения отличаются требованиями точности изготавливаемых деталей, сборки узлов и т.д. Это зависит от заданных эксплу атационных характеристик изделия, от условий его эксплуатации, от нагрузки, воспринимаемой кон кретной деталью в составе изделия. Одни из наибо лее жестких требований точности предъявляются к деталям авиационных двигателей.

Требования точности обработки нежестких де Рис. 1. Схема закрепления заготовки в приспособлении:

талей делают главной задачей технологической под 1 — опорный сектор приспособления;

готовки производства минимизацию погрешностей, 2 — обрабатываемая заготовка;

в том числе тех, которые могут возникнуть при 3 — привод перемещения секторов установке заготовки в станочном приспособлении. в радиальном направлении Объектом исследования выбрано тонкостенное ступенчатое кольцо большого диаметра, входящее в наружный корпус авиационного двигателя. Осо бенностью конструкции детали является изменение жесткости от минимального до максимального зна чения пропорционально изменению толщины сту пеней. В связи с этим, возникает необходимость учета величин деформаций каждой ступени. На рис. представлена схема закрепления заготовки в при способлении.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ В результате снятия припуска в процессе обра Рис. 2. Конфигурация детали после снятия припуска:

ботки уменьшается толщина стенок, соответственно, 1, 2 — нежесткие элементы кольца уменьшается и жесткость каждой ступени. На рис. показана конфигурация исследуемой детали после снятия припуска. занных поверхностей является площадь опорной Наличие погрешностей элементов приспособле- поверхности [1], которая может быть определена по ния, наличие допусков на диаметральные размеры формуле:

элементов приспособления и обрабатываемой заго товки вызывают неплотности контакта базовых по- SK=mP n, (1) верхностей приспособления и заготовки.

Как показывают исследования, интегральной где m — коэффициент, учитывающий микро- и характеристикой контактного взаимодействия ука- макрорельеф контактирующих поверхностей;

Р — усилие прижатия элементов приспособления и рону контролируемого изделия. Применяют импуль заготовки сное или (реже) непрерывное излучение и анализи руют сигнал, прошедший через контролируемый Р = Рпр + Ру объект.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Осуществление контроля ультразвуковым мето n — коэффициент, учитывающий физико-механи дом производится с помощью ультразвуковых де ческие свойства контактирующих поверхностей фектоскопов. Ультразвуковые дефектоскопы об (в данном случае — микротвердость ).

щего назначения позволяют осуществить:

Площадь опорной поверхности SK можно изме — неразрушающий контроль продукции на нали рить одним из косвенных методов. Для этой цели чие дефектов типа нарушения сплошности и одно наиболее подходящими являются методы неразру родности материала в деталях, а также в сварных, шающего контроля, т.к. они позволят определить паяных, болтовых, клепаных и других соединениях;

точность сопряжения поверхностей заготовки и — измерение глубины и координат залегания посадочных элементов приспособления без наруше дефектов;

ния технологического процесса изготовления детали.

— измерение толщины различных изделий при Известно несколько способов неразрушающего одностороннем доступе к ним;

контроля: акустический, капиллярный, рентгенов — измерение отношений амплитуд сигналов, от ский, магнитный, радиационный, радиоволновый, раженных от дефектов;

тепловой, электрический, электромагнитный, конт — измерение эквивалентных размеров дефектов;

роль с помощью течеискателей.

— оценку скорости распространения ультразву В авиамоторостроении все эти методы широко ковых колебаний в различных материалах.

применяются для контроля качества деталей и сбо Ультразвуковая дефектоскопия предусматривает рочных единиц. Целесообразность применения того использование упругих волн, характеризуемых дли или иного метода контроля в каждом конкретном ной волны l, частотой колебаний f и скоростью рас случае определяется рядом параметров. Это габа пространения С. Связь этих величин определяется риты и конфигурация детали (соединения);

свойства зависимостью: l=С/f [2].

материала, из которого изготовлена деталь;

характер В ультразвуковой дефектоскопии на производ возможных дефектов и т.д.

стве в настоящее время используются частоты Общей особенностью всех видов неразрушаю ультразвуковых колебаний в интервале 500 КГц – щего контроля является то, что в процессе контроля 20 МГц. Волны в основном применяются в форме измеряются непосредственно физические пара высокочастотного импульса. В процессе контроля метры, например, электропроводность, степень по используются такие свойства ультразвуковых коле глощения рентгеновских лучей, характер отражения баний, как эхо, «звуковая тень», расщепление, пре и поглощения колебаний и др. Изменение значений ломление волн. Последнее свойство позволяет фоку этих параметров позволяет определить наличие де сировать звуковую энергию посредством акусти фекта, что дает возможность принять необходимые ческих линз, а также выбрать для использования меры для исключения преждевременного износа или наиболее эффективный вид волн (поперечные, выхода из строя элементов конструкции в процессе продольные или поверхностные). Разные волны от эксплуатации двигателя.

личаются скоростями распространения и, следова Для обеспечения качества выпускаемой продук тельно, по-разному отражаются от поверхности ции, контроля технического состояния оборудования дефектов.

и продления срока его эксплуатации наиболее ши В рассматриваемом случае контроль предлагается рокое распространение, наряду с другими методами осуществлять при помощи ультразвукового де неразрушающего контроля, получил ручной ультра фектоскопа с раздельно-совмещенным преобразова звуковой контроль.

телем. При настройке чувствительности дефекто Для определения фактической площади опорной скопа для контроля деталей используются контроль поверхности в рассматриваемом случае предлагается ные образцы, представляющие собой часть детали с использовать именно этот метод. К его достоинствам плоскодонным отражателем.

относятся:

На участке, где будет производиться контроль, — высокая чувствительность, позволяющая вы требуется контактная смазка. В качестве контактной являть мелкие дефекты;

смазки могут использоваться различные масла — большая проникающая способность, позволя (трансформаторное и др.), смазка ЦИАТИМ. Шеро ющая обнаруживать внутренние дефекты в крупно ховатость поверхности ввода ультразвукового конт габаритных изделиях;

роля должна быть не ниже 2,5. Контроль шерохо — возможность определения места и размеров ватости определяется при помощи образцов качества дефекта;

поверхностей.

— возможность контроля при одностороннем до Для определения плотности прилегания обрабаты ступе к изделию;

ваемой заготовки к элементу приспособления иска МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ — безопасность работы оператора и окружаю тельную головку дефектоскопа устанавливают со щего персонала.

стороны обрабатываемой поверхности детали, как Методы ультразвукового контроля делят на две показано на рис. 3.

большие группы — активные и пассивные. Активные Одним из источников появления погрешностей методы основаны на излучении и приеме упругих при обработке нежестких заготовок — тел вращения волн, пассивные — только на приеме волн, источ являются отклонения формы исходной заготовки, ником которых служит сам контролируемый объект.

которые в результате технологического наследова Активные методы делят на методы прохождения, ния проявляются на обрабатываемой поверхности отражения, комбинированные (использующие как практически до последней операции из-за недоста прохождение, так и отражение), импедансные и точной жесткости технологической системы. В ка методы собственных частот. Методы прохождения честве критерия оценки точности формы нежест используют излучающие и приемные преобразо 128 ватели, расположенные по разные или по одну сто- кого кольца на этапе реализации технологической ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Рис. 3. Неразрушающий контроль плотности контакта:

1 — контролируемое соединение детали и элементов приспособления;

Рис. 5. Схема контактного взаимодействия 2 — раздельно-совмещенный преобразователь;

тонкостенного кольца с учетом неплотности контакта 3 — ультразвуковой дефектоскоп Окружные напряжения sQ1 и sQ2 определяют следующим образом:

Е1ф 1 1Е1 = (6), 2R1 (1 + 2 ) Е 2 ф 2 2Е2 = (7), 2R2 (1 + 2 ) где e1, e2 — относительная деформация кольца и элемента приспособления соответственно;

ei=DRi / Ri (DRi — изменение радиуса кольца).

Рис. 4. Варианты контактного взаимодействия Наибольшая допустимая величина погрешности поверхностей детали и приспособления:

формы Dф из условия допустимого утонения кольца:

а — полное прилегание поверхностей при Кзп=1, Sоп=Sк;

б — неполное прилегание поверхностей при Кзп1, SопSк Ri 1 + (1 — контурная поверхность, 2 — опорная поверхность) фmax = 2ir (8), Ei где sir — наименьшее значение (из двух) предела операции можно принять коэффициент заполнения текучести материала.

профиля Кзп в сопряжении внутренней поверхности В рассматриваемом случае точность выполняемо кольца и наружной поверхности элемента приспо го размера должна обеспечиваться при условии l1l2.

собления. Рассмотрим два варианта: первый — когда Выводы:

площадь опорной поверхности Sоп равна площади 1. Наследование отклонений формы исходной за контурной поверхности Sк, второй — при неполном готовки реализуется на обрабатываемой поверхности прилегании поверхностей, когда SопSк (рис. 4).

Отклонение формы Dф кольца эквидистантно его детали и приводит к снижению жесткости рассматри ваемого элемента технологической системы.

наружной поверхности. Поэтому при воздействии силы резания Ру в процессе обработки отклонение Dф 2. Результаты предварительных теоретических и экспериментальных исследований подтвердили воз будет уменьшаться на величину упругой дефор мации кольца Dу. Известно, что сила резания Ру воз- можность минимизации погрешностей обработки методом предложенной технологической наладки.

растает пропорционально снимаемому припуску.

3. В качестве эффективного метода неразруша Известно, что деформации наружной поверхности ющего контроля целесообразно применять ультра могут изменяться от нуля до некоторого максималь звуковой контроль.

ного значения. При этом (рис. 5) изменение радиусов колец определяется следующим образом:

Библиографический список ф 1, (2) R1 = U1 = 1. Моргунов, А. П. Технологическое обеспечение прочности 2 1 + 2 профильных неподвижных соединений : монография / А. П. Мор гунов, В. Б. Масягин, И. В. Ревина. – М.: Технология ма ф 2, шиностроения, 2004. – 300 с.

(3) R2 = U 2 = 2 1 + 2 2. Рети, П. Неразрушающие методы контроля металлов / П. Рети ;

сокр. пер. с венг. – М. : Машиностроение, 1972. – где U1, U2 — радиальное перемещение колец, равное МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 208 с.

соответственно –ql1 и –ql2 (q — контактное давле ние, l1 и l2 — коэффициенты радиальной податли МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор техни вости);

Dф — отклонение формы.

ческих наук, профессор, заведующий кафедрой В свою очередь:

«Технология машиностроения».

R12, ЧХЕТИАНИ Екатерина Юлоновна, аспирантка ка (4) 1 = федры «Основы теории механики и автоматического E1h управления».

R2 2 Адрес для переписки: ekaterina-chkhetiani@yan 2 = (5), dex.ru.

E 2 h где Е1 и Е2 — модули упругости тонкостенного кольца Статья поступила в редакцию 16.12.2011 г.

и элемента приспособления. © А. П. Моргунов, Е. Ю. Чхетиани А. П. МОРГУНОВ УДК 621. Е. Ю. ЧХЕТИАНИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Омский государственный технический университет ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В статье рассмотрены проблемы изготовления тонкостенных колец авиационных двигателей, а именно обеспечение заданной точности в условиях деформаций нежесткой технологической системы. Для расчета деформаций применена методика расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат.

Ключевые слова: точность, тонкостенные детали, деформации, погрешности обработки.

Тонкостенные детали получили широкое приме- Рассмотрим способ закрепления тонкостенной нение в ряде отраслей машиностроения, особую кольцевой заготовки в планшайбе со сменными сек роль они играют в авиационном моторостроении. торами, имеющими ход в радиальном направлении, При этом если в других отраслях использование позволяющий менять диаметр посадочного места с тонкостенных конструкций при проектировании целью использования приспособления для обработки изделий мотивировано снижением металлоемкости, однотипных деталей с различными внутренними то при проектировании авиационных двигателей эта диаметрами.


тенденция вызвана, в первую очередь, снижением Существующая планшайба представляет собой общей массы для улучшения эксплуатационных весьма удачное конструктивное решение, однако характеристик двигателя. имеет и недостатки. В частности, она не исключает Изготовление деталей авиационных двигателей возникновение овальности обрабатываемой детали, имеет ряд особенностей, отличающих его от других так как сменные сектора могут иметь перекос в ради сфер машиностроительной отрасли. Одна из таких альном направлении. Особенно этот случай вероятен особенностей — высокие требования к точности и при длительной эксплуатации приспособления и, как качеству обрабатываемых поверхностей. Зачастую следствие, при износе элементов, ограничивающих достижение заданных требований точности оказы- сектора.

вается сложной производственной и технологичес- В качестве решения этой проблемы могут слу кой задачей. жить датчики динамометрического типа, которые В таких условиях главной задачей технологи- будут определять точность прилегания кулачков ческой подготовки производства становится макси- планшайбы по внутреннему диаметру обрабатыва мально точная оценка и прогнозирование погреш- емой детали посредством измерения усилия прижатия ностей, которые могут возникнуть в процессе техно- контактирующих элементов.

логической наладки и в процессе обработки заго- Другим недостатком существующей конструкции товки. Если же говорить о непосредственной кор- приспособления является сложность и длительное ректировке параметров по ходу технологического время наладки для точного закрепления детали в процесса, то такой способ обеспечения качества приспособлении. Это вызвано тем, что регулировка деталей влечет за собой дополнительные затраты перемещения сменных секторов осуществляется времени и материальных средств, и, как следствие, вручную. Для сокращения времени наладки, ее увеличение общей трудоемкости и затратности упрощения, а также исключения возникновения по обработки. грешности при ручной наладке, и, следовательно, В данной статье рассмотрена проблема механи- повышения точности обработки тонкостенного коль ческой обработки тонкостенных деталей типа колец ца предлагается оснастить приспособление электро МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ больших диаметров (например, кольца, фланцы, приводом, который позволит производить регули ребра корпусов камеры сгорания и других узлов ровку автоматически.

двигателя) на токарном станке типа мод.163. Для реализации данного проекта необходимо Главной проблемой при механической обработке выполнить аналитическое обоснование. Моделью таких деталей является то, что деталь нежесткая. детали служит тонкостенная оболочка вращения, Следовательно, для достижения заданных параметров закрепленная в приспособлении, описанном выше.

необ ходимо ма ксим ально ж естко и т очно При этом принимаются во внимание основные фак базировать деталь в приспособлении. Кроме того, торы, влияющие на точность прилегания наружного приспособление должно обеспечивать надежную диаметра сектора к внутреннему диаметру заготовки.

фиксацию заготовки, чтобы исключить возникнове- Эти факторы следующие:

1) dS — допуск на изготовление сектора приспо ние дополнительных погрешностей в процессе обра 130 ботки вследствие воздействия сил резания. собления, т.е. допуск на выполнение наружного ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Рис. Рис. 3. Схема прилегания заготовки и сектора планшайбы:

а — идеальный случай;

б — с учетом действующих факторов — нежесткость технологической системы в целом;

— погрешность установки приспособления на ста нок, т.е. возможно возникновение эксцентриситета между осями приспособления и шпинделя станка.

Таким образом, для полной оценки влияния пере численных факторов на конечный результат обра ботки, необходимо определить величину суммарной погрешности. Из всей совокупности погрешностей, возникающих в процессе технологической наладки и механической обработки кольцевой заготовки, наиболее существенны те погрешности, которые воз никают в результате деформаций нежесткой техно Рис. 2. Схема воздействия сил при обработке:

логической системы в целом и ее элементов в част Py —сила резания;

PS — сила закрепления от секторов ности. Эти деформации возникают на всех трех эта пах технологического процесса: при закреплении детали в приспособлении и технологической наладке, диаметрального размера (диаметр посадочного непосредственно при механической обработке де места) (рис. 1);

тали и после снятия обработанной детали со станка.

2) dК — допуск на выполнение внутреннего диа Следует отметить, что при определении суммар метра обрабатываемой детали (рис. 1);

ной погрешности принимаются во внимание только 3) РУ — сила резания;

особо важные факторы. То есть некоторые погреш 4) РS — сила закрепления от каждого сектора ности настолько несущественны, что ими можно планшайбы.

пренебречь. Это, например, температурные дефор Схема распределения сил при механической мации в зоне резания, износ режущего инструмента обработке детали показана на рис. 2.

и др.

Допуски dS и dК имеют в данном случае относи Для определения деформаций заготовки исполь тельно малые величины, однако при неудачном сте зуется методика расчета полей перемещений, раз чении совокупности факторов они могут способ работанная для тонкостенной втулки большого диа ствовать искажению геометрической формы детали метра [1]. Для этого принимаем некоторые допу в процессе обработки.

щения:

Детали рассматриваемого типа, как правило, — цилиндрическую втулку заменим плоской, т.е.

изготавливаются из особо прочных сплавов, в част ширину кольца будем считать пренебрежимо малой;

ности титановых. Этот класс материалов относится — принимаем, что площадь контакта кольца и к труднообрабатываемым, поэтому в зоне резания секторов планшайбы не имеет разрывов по всему возникают значительные усилия, которые могут диаметру;

влиять на отклонение геометрической формы обра — будем считать постоянными упругопластичес батываемой детали от заданной.

кие свойства материала, из которого изготовлена На рис. 3а показан идеальный случай прилегания деталь.

заготовки к сектору — в этом случае площадка кон Эти допущения делают возможным определение такта не имеет разрывов. Однако на практике обес МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ поля перемещений в прямоугольной системе коор печение такой точности невозможно. На рис. 3б изо динат в линейной постановке.

бражена схема прилегания с учетом действия пере Дифференциальное уравнение энергии в этом численных факторов. Из схемы видно, что учитывая случае будет иметь вид:

воздействие основных факторов при обработке тонкостенного кольца, получаем искажение профиля u(x, y, z, ) детали в радиальном направлении. = Кроме того, погрешность обработки тонкостен ного кольца может возникать и в процессе техноло 2 u(x, y, z, ) 2u(x, y, z, ) 2u(x, y, z, ) гической наладки. На этой стадии влияние оказы = + +, (1) вают: x 2 y 2 z — зазоры, которые могут возникнуть вследствие перемещения сменного сектора планшайбы;

где u — перемещение по осям координат.

тому же времени tк, в выражении (1) принимаем Dt=0. Таким образом, из соотношения (1) можем получить функции для всех точек о, а, б, в, г, д, е.

Основная рабочая формула для определения ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) перемещений после преобразований будет иметь вид:

u i,n,m,k +1 = [1 2(Fox + Foy + Foz )]u i,n,m,k + + Fox (u i 1,n,m,k + u i +1,n,m,k ) + + Foy (u i,n 1,m,k + u i,n +1,m,k ) + Foz (u i,n,m1,k + u i,n,m +1,k ), (3) где Fox=aDt/Dx2, Foy=aDt/Dy2, Foz=aDt/Dz2.

С помощью выражения (3) и при известных перемещениях в точках О, а, б, в, г, д, е в момент времени tк, становится возможным найти перемеще ние в точке О в последующий момент времени tк+1.

Рис. 4. Схема для расчета перемещений в прямоугольной системе координат Таким образом, вычисляя перемещение по форму ле (3) в разных точках пространственной сетки, на ходим искомое поле деформаций.

Для того чтобы заменить дифференциальное урав нение (1) уравнением в конечных разностях [2, 3], Выводы:

построим пространственную прямоугольную сетку 1. На обрабатываемую деталь воздействует боль рядом плоскостей, параллельных координатным шое количество факторов, которые могут способст плоскостям с расстоянием между ними Dх, Dу, Dz вовать возникновению погрешностей при обработке.

соответственно (рис. 4). Наиболее существенными являются те погрешности, Точки сетки пронумеруем в направлении оси х:.

которые возникают в результате деформаций.

0, 1, 2, 3 …, i–1, i, i+1, …;

в направлении оси у: 0, 1, 2. Для расчета деформации обрабатываемой за 2, 3, …, n–1, n, n+1, …;

в направлении оси z: 0, 1, 2, готовки используется методика расчета полей пере 3, …, m–1, m, m+1, …. Шаги интегрирования по мещений, интерпретированная в прямоугольной соответствующим координатным осям принимаем Dх, системе координат. Она позволяет определить де Dу, Dz. формацию в любой точке сопрягаемых поверхностей.

Внутри данной области выделим пространствен- 3. В дальнейшем предполагается углубить иссле ную сетку, ее узловые точки обозначим: о, а, б, в, г, дование, расширив область рассматриваемых факто д, е. Перемещения в этих точках в момент tк: ров, воздействующих на точность механической ui, n,m, k — перемещение в точке о с координатами обработки тонкостенного кольца большого диа (хi, yn, zm);

метра. Кроме того, будут разработаны практические ui–1, n, m, k — перемещение в точке а с координа- рекомендации по устранению (компенсации) неже тами (хi-1, yn, zm);

лательных воздействий путем усовершенствования ui+1, n, m, k – перемещение в точке б с координа- станочного приспособления.

тами (хi+1, yn, zm);


ui, n–1, m, k — перемещение в точке в с координа- Библиографический список тами (хi, yn-1, zm);

ui, n+1, m, k — перемещение в точке г с координа- 1. Моргунов, А. П. Технологическое обеспечение прочности тами (хi, yn+1, zm);

профильных неподвижных соединений : монография / А. П. Мор ui, n, m–1, k — перемещение в точке д с координа- гунов, В. Б. Масягин, И. В. Ревина. – М. : Технология маши тами (хi, yn, zm-1);

ностроения, 2004. – 300 с.

ui, n, m+1, k — перемещение в точке е с координата- 2. Бахвалов, Н. С. Численные методы : учеб. пособие для ми (хi, yn, zm+1);

студентов вузов / Н. С. Бахвалов. – М. : Наука, 1973. – 632 с.

Обозначим перемещение в сетке О в момент 3. Кузьмин, М. П. Нестационарный тепловой режим эле tк+1=tк+Dt через ui, n, m, k+1. ментов конструкции двигателей летательных аппаратов / Искомая функция перемещения u(x, y, z, k) в М. П. Кузьмин, И. М. Лагун. – М. : Машиностроение, 1988. – любой точке поверхности может быть представлена 240 с.

формулой Тейлора для функции четырех независи мых переменных: МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор техничес ких наук, профессор, заведующий кафедрой «Техно u i +1,n +1,m +1,k +1 = u i,n,m,k + логия машиностроения».

1 ЧХЕТИАНИ Екатерина Юлоновна, аспирантка ка + ( x + y + z + )u i,n,m,k + 1! x y z федры «Основы теории механики и автоматического МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ управления».

1 + ( x + y + z)2 u i,n,m,k + 1 (2) Адрес для переписки: ekaterina-chkhetiani@ 2! x y z yandex.ru.

Так как все функции ui+1, n, m, k, ui, n+1, m, k, ui, n, m+1, k, Статья поступила в редакцию 23.11.2011 г.

ui–1, n, m, k, ui–1, n–1, m, k, ui, n, m–1, k отнесены к одному и © А. П. Моргунов, Е. Ю. Чхетиани Е. А. ПАВЛЮЧЕНКО УДК 621.512:621. М. П. АЛТЫНЦЕВ Г. С. АВЕРЬЯНОВ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) В. И. СУРИКОВ В. С. ВИНИЧЕНКО Омский государственный технический университет ОАО «АК «Омскагрегат»

ВЛИЯНИЕ ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НАГНЕТАНИЯ К ДАВЛЕНИЮ ВСАСЫВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ ПОЛОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРШНЕВОГО НАСОС-КОМПРЕССОРА В статье представлены результаты параметрического анализа влияния отношения давления нагнетания к давлению всасывания компрессорной полости на характеристики поршневого насос-компрессора. Это позволяет конструктору обоснованно назначать режимные параметры проектируемого агрегата.

Ключевые слова: поршневой насос-компрессор, режим работы.

Р Проектируемое отношение давления нагнетания А D к давлению всасывания eК = РН/РВ при создании РН А компрессоров объемного действия имеет большое значение, т.к. этот параметр существенно влияет на температурный режим работы (с увеличением eК растет температура сжимаемого газа и деталей ком- РВ прессора) и увеличивает претензии к величине мерт- C B вого пространства компрессора в поршневом испол,… нении. В одноступенчатом поршневом компрессоре D А общего назначения эта величина находится в преде- РНН лах 3–8, а оптимальное значение с точки зрения КПД лежит в пределах 3–4.

В насос-компрессоре, подробное описание уст ройства и работы которого дано в [1], осуществля- B C C РВН ется сразу два цикла — компрессорный и насосный (рис. 1), т.к. объем цилиндра разбит телом поршня,… 0 на два объема — компрессорную и насосную по лости, каждая из которых имеет свои распредели- Рис. 1. Развернутые по углу поворота коленчатого вала j тельные органы (самодействующие клапаны) и со- индикаторные диаграммы компрессорной (вверху) и насосной (внизу) полостей единены соответственно с источниками и потребите поршневого насос-компрессора:

лями газа и жидкости. Основное отличие рассматри А–В — процесс расширения из мертвого пространства, ваемого агрегата от собственно компрессора или В–С — всасывание, C–D — сжатие, D–A — нагнетание насоса состоит в том, что насосная и компрессорная МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ полости соединены друг с другом через гладкое ще левое уплотнение, допускающее перетечки газо образной среды из компрессорной полости в насос- вого уплотнения 60 мм, радиальный зазор уплотне ную в процессе сжатия-нагнетания и наоборот. ния — 20 мкм, относительный мертвый объем ком Целью данной работы является выяснение осо- прессорной полости — 0,05, линейное мертвое прост бенностей протекания процессов в компрессорной ранство насосной полости — 30 мм, давление вса полости в зависимости от степени повышения в ней сывания компрессорной и насосной полостей — давления газа. Анализ проводился с применением 0,1 МПа, давление нагнетания насосной полости математической модели работы насос-компрессора, 1,0 МПа, частота возвратно-поступательного движе ния поршня — 500 мин–1.

описанной в [1, 2]. При этом использовались следу ющие основные параметры агрегата: диаметр ци- Численное моделирование работы насос-компрес линдра — 40 мм, ход поршня 45 мм, длина поршне- сора позволило сделать следующие выводы.

А/А · МСЖ 108, кг 10, Нагнетание 3, ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 8, 2, 6, Всасывание 4, 1, 2, К 3 5 0, К 3 Рис. 4. Зависимость относительных потерь работы Рис. 2. Зависимость утечек и перетечек газа в процессе всасывания и нагнетания в процессе сжатия от отношения давления нагнетания от отношения давления нагнетания к давлению всасывания компрессорной полости к давлению всасывания компрессорной полости nР рН/рН· 1, 2, 1, 2,0 1, 1, 1, 1, 1, 1,0 К 3 5 К 3 Рис. 5. Зависимость изменения показателя Рис. 3. Зависимость относительных потерь давления DрН политропы конечных параметров в процессе нагнетания от отношения давления нагнетания в процессе обратного расширения к давлению всасывания компрессорной полости от отношения давления нагнетания к давлению всасывания компрессорной полости С увеличением eК удлиняется процесс сжатия в АР/А компрессорной полости и заметно растет коли чество теплоты, отводимой от сжимаемого газа к 0, поверхности рабочей полости, а также существенно растут утечки и перетечки рабочего тела в процессе сжатия через неплотности полости — неплотности 0, клапанов и поршневое уплотнение (рис. 2), и, соот ветственно, энергия, потраченная на сжатие этих 0, потерь. Несмотря на то, что количество отводимой от газа теплоты с увеличением eК растет, значение 0, показателя политропы конечных параметров также, К 5 3 хотя и незначительно, увеличивается — на 0,005 от 1,383 при eК=3 до 1,388 при eК=8. Рис. 6. Зависимость относительной работы Рост eК приводит к снижению как абсолютных, в процессе расширения от отношения давления нагнетания так и относительных потерь давления в процессе на к давлению всасывания компрессорной полости гнетания (рис. 3). Из рассмотрения графика можно сделать вывод о том, что при увеличении eК от 3-х до 8-ми наблюдается снижение относительных по С увеличением eК.растет относительная работа, терь давления нагнетания от 2,7 % до 1,44 %, что свя зано со снижением скорости истечения газа через подводимая в процессе сжатия, данная зависимость нагнетательный клапан при росте eК. В то же время имеет параболический характер, и при eК=8 работа, увеличение eК приводит к росту давления нагнетания подводимая в процессе сжатия, более чем на 25 % и соответственно — к увеличению индикаторной превышает работу цикла.

работы цикла компрессорной полости. В процессе расширения работа отводится от газа, МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ и с увеличением eК происходит рост как абсолютной Изменение величины РН весьма незначительно величины работы расширяющегося газа DАР, так сказывается на относительных потерях давления в процессе всасывания, обусловлено увеличением при- и относительное ее значение. Эта зависимость пред течек в компрессорную полость рабочего тела через ставлена (рис. 6), имеет выраженный параболический неплотности нагнетательного клапана. характер и демонстрирует увеличение относитель Потери работы в процессе всасывания и нагнета- ной работы расширения в рассматриваемом диапа ния с увеличением eК уменьшаются и мало изменя- зоне eК более чем на 100 %.

Рост eК приводит к увеличению процесса обрат ются (рис. 4).

С увеличением eК. происходит рост показателя ного расширения и сокращению процесса всасыва ния, т.е. к снижению коэффициента подачи l0.

политропы конечных параметров процесса обрат Кроме того, с увеличением eК происходит рост уте ного расширения nР, причем гораздо в более широ 134 ком диапазоне, чем в процессе сжатия (рис. 5). чек сжимаемого газа (уменьшается коэффициент Проведенный численный анализ также позволил установить, что изменение давления нагнетания в компрессорной полости и, соответственно, отноше 0, ние в ней давления нагнетания к давлению всасыва ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) ния eК при выбранном радиальном зазоре в цилиндро 0, поршневой паре (20 мкм) никак не сказывается на работе насосной полости. Так, изменение объемного 0,60 КПД последней во всем исследованном диапазоне К 5 3 4 eК колеблется в пределах 0,1%, изменение индика торной мощности практически отсутствует, утечки Рис. 7. Зависимость коэффициента подачи и перетечки жидкости не изменяются.

от отношения давления нагнетания к давлению всасывания компрессорной полости Необходимо также отметить, что при увеличении eК свыше 6-ти поступление жидкости из насосной полости в компрессорную через гладкое щелевое ИН уплотнение цилиндропоршневой пары прекращается.

В то же время сжимаемый газ во всем рассмот 0, ренном диапазоне eК не прорывается из компрес ИН.АД сорной полости в насосную.

0,75 Библиографический список 1. Виниченко, В. С. Конструкция и расчет поршневого ИН.ИЗ насос-компрессора : дис. … канд. техн. наук / В. С. Винниченко. – 0, Омск : ОмГТУ, 2011. – 157 с.

2. Математическое моделирование рабочих процессов К 5 3 поршневого насос-компрессора / В. Е. Щерба [и др.] // Вакуум ная наука и техника : матер. XVII науч.-тех. конф. – М. :

Рис. 8. Зависимость индикаторного изотермического и адиабатического КПД МИЭМ, 2010. – С. 117–122.

от отношения давления нагнетания к давлению всасывания компрессорной полости ПАВЛЮЧЕНКО Евгений Александрович, кандидат подачи lР) и увеличению подогрева всасываемого технических наук, старший преподаватель кафедры газа (снижается коэффициент подачи lt). Все выше- «Гидромеханика и транспортные машины» Омского перечисленные факторы приводят к существенному государственного технического университета.

снижению общего коэффициента подачи компрес- АЛТЫНЦЕВ Михаил Поликарпович, доктор техни сорной полости (рис. 7). Так, при eК=3 значение коэф- ческих наук, главный инженер ОАО «АК «Омск фициента подачи составляет 0,86, а при eК=8–0,69. агрегат».

Как уже отмечалось выше, с увеличением eК АВЕРЬЯНОВ Геннадий Сергеевич, доктор техни растет энергия, потраченная на сжатие газа, поте- ческих наук, профессор, заведующий кафедрой рянного с утечками и перетечками в процесса сжа- «Авиа- и ракетостроение» Омского государственного тия и расширения, увеличивается отклонения про- технического университета.

цесса сжатия от наиболее экономичного — изотер- СУРИКОВ Валерий Иванович, доктор технических мического, уменьшаются потери в процессе нагнета- наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой ния. Большинство отрицательных факторов приво- физики Омского государственного технического дит к уменьшению индикаторного изотермического университета.

и индикаторного адиабатического КПД (рис. 8). ВИНИЧЕНКО Василий Сергеевич, ассистент ка Необходимо отметить, что зависимость hИН.ИЗ от федры «Гидромеханика и транспортные машины»

eК имеет существенный диапазон. Так, при еК=3 Омского государственного технического универси значение hИН.ИЗ составляет 76, а при eК=8 величина тета.

hИН.ИЗ=0,62, т.е. снижение индикаторного изотерми- Адрес для переписки: scherba_v_e@list.ru ческого КПД составляет 14,5 %, в то время как диа пазон изменения адиабатического КПД невелик — Статья поступила в редакцию 07.12.2011 г.

при eК=3 величина hИН.АД=0,89, а при eК 8 — hИН.АД © Е. А. Павлюченко, М. П. Алтынцев, Г. С. Аверьянов, равна 0,84. В. И. Суриков, В. С. Виниченко МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Книжная полка Лопаев, Б. Е. Физические основы технологических процессов [Текст] : конспект лекций / Б. Е. Ло паев ;

ОмГТУ. – Омск, 2010. – 58 с.

Приведены положения об атомном и кристаллическом строении металлов, объясняющие образование неразъемного соединения, диффузии атомов, кристаллизации металла сварочной ванны, дефектах сварочного шва, технологической прочности металла.

А. Е. РЕМИЗОВ УДК 621. Рыбинская государственная ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) авиационная технологическая академия им. П. А. Соловьёва НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В МЕЖТУРБИННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ КАНАЛАХ ГТД В статье представлены результаты экспериментального исследования моделей меж турбинных переходных каналов с различными вариантами установленных в проточной части профилированных стоек и соплового аппарата. Выявлена зависимость аэродина мической интерференции от величины закрутки потока на входе в канал.

Ключевые слова: газовые турбины, переходные каналы, стойки, сопловые аппараты, аэродинамическая интерференция, канальный вихрь.

дены в табл. 2. Геометрия модели канала соответ Отличительной особенностью газотурбинных ствовала типичным параметрам реальных межтур двигателей пятого и шестого поколений [1, 2] стало бинных переходников: меридиональная диффузор значительное усложнение (искривление) формы ность составляла 1,41 с эквивалентным углом рас проточной части. В большинстве двигателей согласо крытия стенок 7°. Продувка осуществлялась с числом вание проточных частей каскадов высокого и низ Рейнольдса, определенным по входным параметрам кого давления конструктивно осуществляется с по потока и хорде стойки, равным 2,78·105. Коэффи мощью межкаскадных переходных каналов. В пере циент внутренних потерь энергии в диффузорном ходных каналах турбин, компрессоров, в затурбин переходном канале ном устройстве ГТД, как правило, устанавливаются дополнительные элементы, выполняющие роль сило P1 P вых стоек, либо коммуникаций для подвода или от = 1c вода масла и воздуха. Эти элементы являются допол- нительными источниками потерь и оказывают суще- ственное влияние на структуру течения в канале.

На выходе из межтурбинного переходного канала определялся по результатам траверсирования потока располагается первый сопловой аппарат турбины во входном и выходном сечениях. Потери, осред низкого давления, который вместе с переходным ненные по площади выходного сечения переходника каналом во многом определяет форму меридиональ- в пределах одного шага по стойкам, характеризуют ся коэффициентом внутренних потерь zп=0,2173.

ных образующих турбины и условия её работы. При проектировании турбины низкого давления необхо- Для того чтобы выяснить, какую долю в общий ба димо учитывать взаимодействие всех элементов про- ланс потерь вносят стойки, а какую переходный точной части, определяющих состояние и структуру канал, был продут отдельно канал без стоек и от потока на входе в турбину: переходного канала, сто- дельно стойка без канала. Коэффициент внутренних потерь для чистого канала составил zк=0,183, а для ек и соплового аппарата.

изолированной стойки в свободном потоке zст= При испытаниях в натурных условиях в силу ограниченных возможностей штатной системы =0,01897. Распределение потерь по выходному сече измерений ГТД делать выводы о структуре течения нию канала представлено на рис. 1. Нетрудно заме и причинах изменения газодинамической эффек- тить, что величина коэффициента внутренних потерь в канале со стойками zп больше суммы zк+zст= тивности переходного канала приходится по косвен ным данным, что, естественно, уменьшает ценность =0,2017 на величину 0,0156, сопоставимую с величи ной коэффициента профильных потерь стойки zст.

эксперимента и достоверность результатов и выво МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ дов. Улучшить ситуацию может только прямой экс- Эти дополнительные потери можно считать резуль перимент. С этой целью были проведены независи- татом аэродинамической интерференции стойки и мые продувки профилей силовых стоек и чистого канала.

(без стоек) канала, после чего получены результаты Отмеченные интерференционные явления, по продувок канала со стойками, позволившие сделать всей видимости, возникают в результате взаимодей сравнение различных параметров течения у состав- ствия входных вихрей с пограничными слоями на ляющих канала и в системе канал–стойка. Модели стойках и на участках, ограничивающих канал по стоек имели несимметричный профиль, координаты верхностей, примыкающих к стойкам. Именно вли которого приведены в табл. 1, а модель переходного янием вторичных вихрей, «снимающих» погранич канала была выполнена в виде плоской секции из ный слой с ограничивающей поверхности, объясня трёх стоек, размещённых в канале с профилирован- ется минимум потерь в непосредственной близости 136 ными образующими, координаты которых приве- от стойки (примерно 15–20 мм в обе стороны от Таблица Координаты и геометрические параметры профиля стойки x, мм 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) yc, мм 1,43 3,90 5,22 6,02 6,66 7,07 7,45 7,65 7,66 7, yк, мм –1,37 –3,46 –4,52 –5,12 –5,59 – 5,88 –6,19 –6,35 –6,34 –6, x, мм 50 55 60 65 70 75 80 85 90 yc, мм 7,46 7,23 6,91 6,42 5,78 5,08 4,26 3,42 2,53 0, yк, мм –6,19 –6,01 –5,76 –5,36 –4,85 –4,26 –3,58 –2,89 –2,16 –0, сmax, % xc, % xf, % fmax, мм 1, град 2, град 2,5 0,8 14 37,5 0,7 0, Таблица Координаты меридиональных образующих модели канала относительно его средней линии x, мм 5 10 15 20 25 30 35 40 45 yпер, мм 11,4 11,5 11,8 12,0 12,2 12,5 12,7 13,0 13,0 13, – – – – – yвт, мм – 13,7 –14,3 –14,9 –15,2 –15, 11,5 11,9 12,3 12,8 13, x, мм 55 60 65 70 75 80 85 90 96 yпер, мм 13,0 13,0 13,0 13,0 13,0 13,0 13,0 13.0 12,6 12, yвт, мм –15,9 –16,3 –16,5 –16,8 –17,1 –17,5 –17,8 –18,1 –18,5 –18, y, мм Рис. 1. Изменение коэффициента внутренних потерь по выходному сечению переходного канала со стойками () и без стоек (r) Рис. 2. Изолинии коэффициента внутренних потерь энергии в выходном сечении канала со стойками выходной кромки стойки), который отчетливо виден канале этот локальный максимум потерь сместится МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ на рис. 1. ближе к периферийной зоне), причём максимальное Ещё одним доказательством определяющей роли значение коэффициента потерь в указанной области составляет zп=0,62, что почти в три раза превышает вторичных вихрей в интерференционных явлениях, возникающих при течении в диффузорном канале, уровень средних потерь в переходнике. В закромоч оснащенном стойками является экспериментально ном следе стойки минимальные потери сосредото полученное поле изолиний коэффициента внутрен- чены у торцевой ограничивающей поверхности, что них потерь энергии в выходном сечении прямого указывает на перенос из этой области заторможен канала со стойками (рис. 2). Распределение потерь ных пристеночных масс воздуха в центральную часть по выходному сечению носит нетрадиционный ха- канала. По мере удаления от стойки распределение рактер. В области следа стойки наблюдается локаль- потерь по высоте канала принимает традиционный ный максимум потерь, расположенный в средних по вид с максимальными потерями в пристеночной высоте сечениях канала (естественно, в кольцевом области и минимальными потерями в ядре потока.

Таблица Профильные потери в решетках модельных стоек, установленных в диффузорном канале ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) Коэффициент 6 стоек 12 стоек внутренних потерь z =12 0,115 0, z 0,093 0, = z 0,025 0, = Таблица Полные потери в диффузорном канале с шестью стойками Входная закрутка потока a 0 18 Коэффициент внутренних потерь z 0,178 0,193 0, Таблица Приращение коэффициента внутренних потерь энергии в результате аэродинамической интерференции кольцевого канала и стоек Закрутка входного потока 0° 10° 18° При аэродинамической интерференции (абсолютная величина) 0,185 0,066 0, При аэродинамической интерференции (относительно потерь в чистом канале) 92,5 % 30 % 0,3 % Таблица Потери энергии в системе «переходный канал–сопловой аппарат»



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.