ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Задача регулирования колебаний скоростей для любого механизма имеет существенное значение, так как временной интервал этого движения является рабочим временем, в течение которого выполняется основная технологическая операция. В этом случае может возникнуть вопрос о регулировании скоростей движения как во время разгона, холостого хода машины, так и во время выполнения основной технологической операции. Основным качественным показателем удовлетворительной работы любой машины является коэффициент неравномерности движения, величина которого зависит от отношения максимальной, минимальной и средней скорости движения вала приведения. Особенно остро ставится задача определения коэффициента неравномерности движения машины с учетом характеристики двигателя. В этом случае машину рассматривают как систему, состоящую из одной массы. Упругостью элементов, входящих в машину, пренебрегают. Анализ научной литературы по данному направлению указывает на то, что вопросам исследования неравномерности вращения и ее влияния на динамику механизмов уделено недостаточно внимания, особенного это касается решения уравнений с учетом характеристики двигателя. Целью данной работы является разработка методики, позволяющей определять и регулировать неравномерность вращения вала приведения с учетом характеристики двигателя, сил полезного сопротивления и инерции масс механизма. Актуальность исследования обусловлена отсутствием единой методики, позволяющей регулировать неравномерность вращения вала приведения на стадии проектирования механизмов подобного типа. Теория и методы. Для определения уравнения движения машины в дифференциальной форме предлагается использовать уравнение Лагранжа второго рода. Математическое моделирование проводилось с использованием пакетов прикладных программ Mathcad и КОМПАС-3D. Результаты и обсуждение. Представлена методика, позволяющая регулировать неравномерность вращения вала. Для определения величины коэффициента неравномерности средствами CAE системы Mathcad определены его значения, а также выявлены закономерности изменения данных показателей при суммарных значениях эксплуатации, находящихся в пределах 22…46 Н·м. Анализ результатов проведенных расчетов указывает на то, что коэффициент неравномерности вращения вала приведения составляет 0,101. Предусмотрена возможность изменения этого коэффициента за счет коррекции приведенного момента инерции введением дополнительного маховика или изменением вращающего момента вала электродвигателя. Полученные результаты исследований позволили выработать конкретные рекомендации по модернизации конструкций приводов машин, предназначенных для перемешивания сыпучих материалов, и наметить пути дальнейших исследований в этом направлении.

1. Hsieh J.-F. Design and analysis of indexing cam mechanism with parallel axes // Mechanism and Machine Theory. – 2014. – Vol. 81. – P. 155–165. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2014.07.004.

2. Eckhardt H.D. Kinematic design of machines and mechanisms. – 1st еd. – New York: McGraw-Hill, 1998. – 620 p. – ISBN 0070189536. – ISBN 978-0070189539.

3. Myszka D.H. Machines and mechanisms: applied kinematic analysis. – 4th ed. – Pearson, 2012. – 576 p. – ISBN 0-13-215780-2. – ISBN 978-0-13-215780-3.

4. Rao J.S., Dukkipati R.V. Mechanism and machine theory. – 2nd ed. – New Delhi: New Age International, 2008. – 600 p. – ISBN 812240426X. – ISBN 978-8122404265.

5. Design of compliant mechanisms using continuum topology optimization: a review / B. Zhu, X. Zhang, H. Zhang, J. Liang, H. Zang, H. Li, R. Wang // Mechanism and Machine Theory. – 2012. – Vol. 143. – P. 103622. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.103622.

6. Youssef H.A., El-Hofy H. Machining technology: machine tools and operations. – Hoboken: Taylor & Francis Group, 2008. – 672 p. – ISBN 9781420043396.

7. Shabana A.A. Dynamic of multibody systems. – 4th ed. – Cambridge: Cambridge University Press, 2013. – 393 p. – ISBN 978-1107042650. – ISBN 1107042658.

8. Erdman A.G., Sandor G.N. Mechanism design: analysis and synthesis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2001. – 688 p. – ISBN 0130408727. – ISBN 978-0130408723.

9. Advanced theory of mechanisms and machines / M.Z. Kolovsky, A.N. Evgrafov, Yu.A. Semenov, A.V. Slousch. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2000. – 396 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-642-53672-4. – eISBN 978-3-540-46516-4. – DOI: 10.1007/978-3-540-46516-4.

10. Astashev V.K., Babitsky V.I., Kolovsky M.Z. Dynamics and control of machines. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2000. – 235 p. – ISBN 978-3-642-53698-4. – eISBN 978-3-540-69634-6. – DOI: 10.1007/978-3-540-69634-6.

11. Hendrickson C.T., Janson B.N. A common network flow formulation for several civil engineering problems // Civil Engineering Systems. – 1984. – Vol. 1, iss. 4. – P. 195–203. – DOI: 10.1080/02630258408970343.

12. Battarra M., Mucchi E. Analytical determination of the vane radial loads in balanced vane pumps // Mechanism and Machine Theory. – 2020. – Vol. 154. – P. 104037. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.104037.

13. Neugebauera R., Denkena B., Wegener K. Mechatronic systems for machine tools // CIRP Annals. – 2007. – Vol. 56, iss. 2. – P. 657–686. – DOI: 10.1016/j.cirp.2007.10.007.

14. Design and analysis of high-speed cam mechanism using Fourier series / C. Zhoua, B. Hua, S. Chenb, L. Mac // Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 104. – P. 118–129. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.009.

15. Robust design optimization of the vibrating rotor-shaft system subjected to selected dynamic constraints / R. Stocki, T. Szolc, P. Tauzowski, J. Knabel // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2012. – Vol. 29. – P. 34–44. – DOI: 10.1016/j.ymssp.2011.07.023.

16. A semi-analytical load distribution model for cycloid drives with tooth profile and longitudinal modifications / T. Zhang, X. Li, Y. Wang, L. Sun // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, iss. 14. – P. 4859. – DOI: 10.3390/app10144859.

17. Xu L.X., Chen B.K., Li C.Y. Dynamic modelling and contact analysis of bearing-cycloid-pinwheel transmission mechanisms used in joint rotate vector reducers // Mechanism and Machine Theory. – 2019. – Vol. 137. – P. 432–458. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.03.035.

18. Theoretical analysis of compliance and dynamics quality of a lightly loaded aerostatic journal bearing with elastic orifices / V. Kodnyanko, S. Shatokhin, A. Kurzakov, Y. Pikalov // Precision Engineering. – 2021. – Vol. 68. – P. 72–81. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2020.11.012.

19. Mott R.L. Machine elements in mechanical design. – 5th ed. – Pearson, 2013. – 816 p. – ISBN ‎0135077931. – ISBN ‎978-0135077931.

20. Novotný P., Jonák M., Vacula J. Evolutionary optimisation of the thrust bearing considering multiple operating conditions in turbomachinery // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 195. – P. 106240. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106240.

21. A practical approach to motion control for varying inertia systems / T. Kaipio, L. Smelov, C. Morgan, N. Leighton // Progress in system and robot analysis and control design / ed. by S.G. Tzafestas, G. Schmidt. – London: Springer, 1999. – P. 195–204. – (Lecture Notes in Control and Information Sciences; vol. 243). – DOI: 10.1007/BFb0110545.

22. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. – Cham: Springer International, 2015. – 390 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-319-12633-3. – eISBN 978-3-319-12634-0. – DOI: 10.1007/978-3-319-12634-0.

23. Graph-based modelling in engineering / ed. by S. Zawislak, J. Rysinski. – Switzerland: Springer International, 2017. – 247 p. – (Mechanisms and Machine Science; vol. 42). – ISBN 978-3-319-39018-5. – eISBN 978-3-319-39020-8. – DOI: 10.1007/978-3-319-39020-8.

24. Synthesis of irregular motion mechanisms for production machine drives / T.G. Martynova, V.Yu. Skeeba, Yu.I. Podgornyj, D.V. Lobanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 843. – P. 012006. – DOI: 10.1088/1757-899X/843/1/012006.

25. Experimental determination of useful resistance value during pasta dough kneading / Yu.I. Podgornyj, T.G. Martynova, V.Yu. Skeeba, A.S. Kosilov, A.A. Chernysheva, P.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87, iss. 8. – P. 082039. – DOI: 10.1088/1755-1315/87/8/082039.

26. Методика уравновешивания роторов технологических машин / Ю.И. Подгорный, Т.Г. Мартынова, В.Ю. Скиба, Д.В. Лобанов, А.А. Жирова, А.Н. Бредихина, А.С. Косилов, Н.С. Печоркина // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 2 (71). – С. 41–50. – DOI: 10.17212/1994-6309-2016-2-41-50.

27. Algorithm for determining the unbalances of continuous mixers rotors / Yu.I. Podgornyj, T.G. Martynova, V.Yu. Skeeba, D.V. Lobanov, N.V. Martyushev // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1061. – P. 012071. – DOI: 10.1088/1742-6596/2061/1/012071.