CC BY
31
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» Литература
1. Костенко Г.С., Кутепов А.М., Жихарев А.С. Исследование сепарации вторичных паров методом частичной конденсации в режиме поперечного тока // Журнал прикладной химии, №8,1982, Т.55, .С.1780.
2. Костенко Г.С, Кутепов А.М., Жихарев А.С., Касьяненко М.К. Исследование сепарации вторичных паров методом частичной конденсации при продольном обтекании одиночного элемента // Журнал прикладной химии, 1982. №8, с.1801.
3. Жихарев А.С. Сепарация пара методом частичной конденсации на трубном пучке // Известия МГТУ "МАМИ" №3(17), 2013, т.2, с. 69-73.
4. Жихарев А.С., Черепанова О.А. Расчёт эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями //Известия МГТУ "МАМИ" №1(15), 2013, т. 4, с. 86-89.
Способ внутрициклового регулирования кинематических параметров
рычажного механизма
К.т.н. доцент Иванов В.А., к.т.н. доцент Бровкина Ю.И.
Университет машиностроения 8(499)267-07-12, [email protected] 8(499)267-07-12, [email protected]
Аннотация. Рассмотрена возможность получения любого требуемого закона движения выходного звена в четырёхзвенном рычажном механизме путем внут-рициклового изменения длины какого-либо звена. Выведены аналитические зависимости для определения закона изменения длин звеньев, обеспечивающего требуемые кинематические характеристики выходного звена. Приведён пример осциллограммы перемещений и скоростей рабочего звена опытного образца машины с кривошипно-ползунным приводом, обеспечивающим постоянство скорости рабочего звена в заданном диапазоне перемещений.
Ключевые слова: внутрицикловое изменение длин звеньев, требуемый закон движения.
Современное машиностроение отличается многообразием машин и механизмов, выполняющих самые разнообразные комплексы технологических операций. Качественные характеристики этих операций и производительность машин в значительной мере зависят от законов движения их исполнительных органов. Однако в ряде случаев практическая реализация требуемых законов движения приводит к значительному усложнению кинематических схем проектируемых механизмов, что часто снижает работоспособность, надёжность, технологичность конструкций. В этих условиях целесообразно использовать простейшие схемы рычажных механизмов с регулируемым движением выходных звеньев [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Одним из эффективных методов регулирования кинематических параметров рабочих звеньев является периодическое, подчиняющееся определённому закону, изменение размеров одного или нескольких звеньев внутри цикла работы устройства - внутрициклового изменения длин звеньев.
Если, например, в синусном механизме (см. рисунок 1) перемещения, скорости и ускорения описываются зависимостями
£0 = г0 (1 - соб^), V0 =ю-го ■ (3, а0 = ю2 ■ го ■ СОБ^, (1)
то при внутрицикловом изменении длины кривошипа зависимости (1) примут вид:
£ = гД1 - соб^), (2)
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология»
V = w\rv-sin j + rj-(1 - cosj)], (3)
a = W - [r j - cos j + 2 - j sin j + r j(1 - cos j)], (4)
где rj - изменяющаяся длина кривошипа, dj d2r
r j = —-, rj = —j - первая и вторая производные длины кривошипа по углу его пово-dj dj
рота.
Рисунок 1. Схема синусного механизма
Длина кривошипа переменна и меняется по некоторому закону р = /(р) (рисунок 2).
к
А
U
В
|>-^ 'о -1-v. j------. Д г
->
в
Рисунок 2. Схема изменения длины звена
Величины коррекций кинематических параметров AS = S — S0, AV = V — V0, Aa = a — a0 в кулисном механизме пропорциональны изменению длины кривошипа A r j = r j — r 0. В дальнейшем задача может быть сведена к синтезу закона изменения длины кривошипа r j с целью обеспечения требуемого закона движения S j ведомого звена 3.
Остановимся более подробно на кривошипно-ползунном механизме. В общем случае для регулирования закона движения ползуна можно вводить внутрицикловые изменения длин кривошипа r, шатуна l и дезаксиала е. В качестве примера будем рассматривать влияние изменения длины шатуна l (j) или безразмерного параметра l(j) = l/r0 на кинематические параметры механизма. Вопрос о способах изменения длины шатуна за цикл движения механизма затрагиваться не будет.
Расчётная схема кривошипно-ползунного механизма представлена на рисунке 3. AB0C0 и ABKCK - соответственно крайние начальное и конечное положения. ABC - текущее поло-
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» жение механизма. Текущее перемещение £ ползуна определяется разностью:
Я = Р0С -Р0С = (РС -РС0) -Р0с0,
где
РС 12 - (ее + Г0 • sin Ь)2; Р0С0 =4(¡0 - г0У Р С0 = г0 • собф; Р = arcsin е0/
\2 2 -в0 :
(10 - Г0)
Ф
(5)
(6) (7)
Г 0 - неизменная длина кривошипа,
¡о и I - соответственно начальная и текущая (изменяемая) длины шатуна, которым соответствуют безразмерные параметры 10 = — и 1 = —,
е0 - неизменная величина дезаксиала, которой соответствует безразмерный параметр У0 = —,
Г0
ф - текущий угол поворота кривошипа (обобщённая координата).
После подстановки выражений (6) и (7) в (5) формула для расчёта перемещений рабочего звена примет вид:
Я =
Г0
л/12-(П0 + бШЬ)2 -СОБр-4(10-1)
2 2 У0
Рисунок 3. Расчётная схема кривошипно-ползунного механизма
Перепишем зависимость (8) в функции обобщённой координаты ф:
Я =
г 0 •
(
1(Ф) -
Ув +
У0 • СОБф-
-у/и -1)
2 2
Уо • Б1Пф
Л
10 -1 д/сЮ-г)
2 2
У0 • соб ф + У0 • Б1П ф
10 -1
■у/(10 -1)
22 У0
- 1Г -1/ ^
(8)
(9)
Первая и вторая производные перемещения Я по времени I представляют собой соответственно скорости и ускорения рабочего звена. Ограничимся записью лишь уравнения для скорости, зависимость для определения ускорений достаточно громоздка и практически расчёт ускорений целесообразно проводить на ЭВМ с использованием расчётных математиче-
Г
Г
0
0
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» ских программ, например МаШСаё 14:
V =
W- r о 1о -1
(1о - 1)2 -l(j) -l(j) -
По
- (lo - 1 + COS j) -J (lo - 1)
2 ny - sin j
I
(lo -1)2 -12(j) -
n0 - sin j +
no - (10 -1 + COSj) -V (lo -1)2 -n2 - sin j
V(lo -1)
(1o)
"2 V2 - COSj
- Vo - COS j +
V(lo -1)
2 vl - sin j
dl
t di .tt d21 где l = — и 1 = —-dj dj
- соответственно первая и вторая производные параметра l по углу
ф поворота кривошипа.
Зависимости (8 - 10) справедливы и для кривошипно-ползунного механизма с постоянной длиной шатуна, когда l = lo = const, 1 = 1o = const, 1 = o, l = o.
Величины коррекций перемещений и скоростей рабочего звена, обусловленные изменением длины шатуна, определяются выражениями:
DS =
ro -
(
1(j) -
Vo +
Vo - cos j-yl(lo -1)2 -у - sin j lo -1
Л
1o
Vo +
Vo - cos j -<J(lo - 1)2 - уУ - sin j lo -1
(11)
<
DV = ■
w- ro -i (lo -1)2 -1(j) -1(j) - vo - (lo -1 + cos j) (lo -1)2 - v° - sin j -
lo -1 Juo -1)2-1(j) - no - (1o -1 + cos j) --J(lo -1)2 - V - sin j] 2
yo - sin j +
V(lo - 1)2 - Vo - COs j
-Vo
- (lo -1 + COs j) + V(lo -1)2 -V° - sin j
a/(1o - 1)2 -1 - Vo - (lo - 1 + COs j) - V(lo - 1)
2 ny - sin j
no ■ sin j + т](lo - 1)2 -Vy - COs j
(12)
Решая уравнение (9) относительно безразмерного параметра 1, получим выражение для закона изменения длины шатуна /(ф), необходимого для осуществления требуемого закона движения £(ф) ползуна кривошипно-ползунного механизма:
1(j) = — i r o
S (j) +
[(lo -1 + COs j) -V(lo -1)2 -ny + Vo - sin j] - ro
lo -1
+
[no - (lo -1 + cos j)(lo -1)2 -ny - sin j] -
r o
lo -1
(13)
2
U.5
2
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» Полученные зависимости (8 - 13) дают возможность разработчику решить задачи синтеза и кинематического анализа кривошипно-ползунного механизма, обеспечивающего требуемый технологическим процессом закон движения ползуна. Удобным и доступным способом внутрициклового изменения длины звена, на наш взгляд, является использование управляющего кулачка. Схема кривошипно-ползунного механизма и изменяемой длиной шатуна 3 с помощью кулачка 2, жёстко закреплённого на кривошипе 1, представлена на рисунке 4.
Предложенная авторами методика расчёта легла в основу создания механизма машины для раскроя листового материала, обеспечивающего постоянство скорости движения рабочего звена на заданном участке. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили правильность теоретических выводов. Осциллограмма перемещения и скорости рабочего звена устройства показана на рисунке 5.
77777
Рисунок 4. Схема кривошипно-ползунного механизма с изменяемой длиной шатуна
Рисунок 5. Осциллограмма перемещения и скорости рабочего звена экспериментального устройства
Максимальное отклонение скорости от средней (равномерной) составило 4,1%, при этом произошло снижение максимума скорости на 12% (в машине с постоянной длиной шатуна скорость рабочего звена изменялась по закону, близкому к синусоидальному). Погрешность в воспроизведении постоянной скорости связана, на наш взгляд, с наличием дополнительных элементов в приводе опытной машины в виде звёздочек, цепей, зубчатых колёс и др.
Литература
1. Еремеев Н.В. К синтезу плоских механизмов с изменяемым законом движения рабочего звена: Анализ и синтез механизмов.- М.: Машиностроение, 1966.
2. Еремеев Н.В. Об одном устройстве для преобразования движения: //Труды института механики, №10. - М.: МГУ, 1971.
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология»
3. Еремеев Н.В. О регулируемых и регулирующих механизмах // Вестник МГУ, №4. - М.: МГУ, 1975. - 183 с.
4. Боннел Р.Д., Кофер Ж.А. Кинематический синтез регулируемого четырёхзвенного механизма // Прикладная механика, №1. - М.: Мир, 1966.
5. Макговерн Д.Ф., Сандор Д.Н. Кинематический синтез регулируемых механизмов // Конструирование и технология машиностроения, №2. Труды американского общества инженеров-механиков, 1973.- 88 с.
6. Иванов В.А., Чупин Ю.Н. К вопросу внутрициклового регулирования кинематических параметров механических приводов каретки диагонально-резательных машин шинного производства // Химическое машиностроение, выпуск VI. - М.: МИХМ, 1976. - 160 с.
Метод испытаний пластмасс на выносливость
К.т.н. доц. Щербаков Ю.М., к.т.н. доц. Фролов В.Н.
Университет машиностроения 8(499)267-16-73
Аннотация. Предложен метод испытаний пластмасс на выносливость при плоском поперечном изгибе в режиме заданной циклической деформации. Получены соотношения для расчёта величин прогибов, углов поворота концевых участков образца и технологического зазора 5 между штифтами в подвижных опорах и образцом при поперечном изгибе образца, свойства которого заданы линейно-упругой и нелинейно-упругой (по степеннму закону) моделями. Для определения зависимости напряжений от числа циклов до разрушения образца предложен метод оценки напряжений с использованием зависимости деформаций от числа циклов до разрушения и зависимости напряжений от деформаций, полученных при квазистатических испытаниях в режиме "мгновенного" нагружения.
Ключевые слова: метод испытаний, поперечный изгиб, выносливость пластмасс.
Основные методы испытаний пластмасс на выносливость при изгибе
Для изучения выносливости материала обычно проводятся испытания образцов в циклическом режиме нагружения до их разрушения. В результате испытаний определяется предел выносливости [1]. Существует три основных режима испытаний на выносливость: при заданной нагрузке (напряжении), при заданной деформации и при заданной энергии деформации [2] .
В настоящее время наиболее широко применяемыми методами определения предела выносливости являются следующие:
- испытания вращающегося образца круглого поперечного сечения в условиях чистого изгиба [3];
- испытание на поперечный изгиб консольно-закрепленного вращающегося образца под действием веса груза, приложенного к краю консоли [4];
- испытания на плоский поперечный изгиб консольно-закрепленного образца в режиме заданной деформации, где используются образцы с плавным переходом сечения от рабочей зоны к зоне закрепления.
По результатам испытаний строится кривая Велера в координатах N и , где N -
число циклов до разрушения образца, - максимальное нагрузочное напряжение в образце.
В работе [5] приведена схема натурных испытаний металлических заклепочных соединений на выносливость в условиях поперечного изгиба. Образец (заклепочное соединение) закреплялся по центру на столе электромеханического возбудителя колебаний, так что центральная часть образца получала вибрационное воздействие, а сам образец за счет инерционных сил находился в условиях колебательного движения при поперечном изгибе. Эта схема 28 Известия МГТУ «МАМИ» № 1(19), 2014, т. 3
