ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Прессы представляют собой приводные механизмы со стационарными станинами и ползунами, которые передают скользящее движение по направлению к столу и от него, направляемое станиной. Механический пресс позволяет выполнять следующие операции с металлом: пробивку, вырезку, гибку, вытяжку и пр. Коленчатый вал является одним из основных компонентов передачи мощности, он преобразует вращательное движение привода в поступательное движение ползуна. Именно вокруг этого элемента и сосредоточены все напряжения и деформации. Цель исследования: рационализация конструкции коленчатого вала с учетом прочностных характеристик стоек, соединительных винтов и стяжных колонок. Методы включают в себя два этапа разработки конструкции коленчатого вала: 1) создание модели посредством автоматизированного проектирования; 2) анализ методом конечных элементов в программе Ansys-22R1. Существующая, а также улучшенная конструкции коленчатого вала исследованы методом КЭА с анализом топологии. Топология является частью КЭ-анализа, а также генеративного проектирования. Результаты и обсуждения. Конструкция коленчатого вала, включающая в себя подшипниковый узел, во многом зависит от максимального давления, которое будет создано в нижней точке хода, и это тщательно учитывается при проектировании других частей прессов. На основе результатов анализа топологии конструкции коленчатого вала было выявлено, что увеличение прочности данного конструктивного элемента возможно за счет добавления дополнительного материала в области потенциального разрушения. В ходе исследования удалось разработать рациональную конструкцию коленчатого вала с повышенными механическими свойствами по сравнению с существующей конструкцией, что позволит увеличить срок службы коленчатого вала, предотвращая его выход из строя.

1. Montazersadgh F.H., Fatemi A. Dynamic load and stress analysis of a crankshaft. SAE Technical Paper. – SAE International, 2007. – DOI: 10.4271/2007-01-0258.

2. Shahane V.C., Pawar R.S. Optimization of the crankshaft using finite element analysis approach // Automotive and Engine Technology. – 2017. – Vol. 2 (1–4). – P. 1–23.

3. Garg R., Baghla S. Finite element analysis and optimization of crankshaft design // International Journal of Engineering and Management Research (IJEMR). – 2012. – Vol. 2 (6). – P. 26–31.

4. Failure mode analysis of two crankshafts of a single cylinder diesel engine / M. Fonte, P. Duarte, L. Reis, M. Freitas, V. Infante // Engineering Failure Analysis. – 2015. – Vol. 56. – P. 185–193.

5. Meng J., Liu Y., Liu R. Finite element analysis of 4-cylinder diesel crankshaft // International Journal of Image, Graphics and Signal Processing. – 2011. – Vol. 3 (5). – P. 22–29.

6. Sachs J.D. From millennium development goals to sustainable development goals // The Lancet. – 2012. – Vol. 379 (9832). – P. 2206–2211.

7. Ban K.M. Sustainable development goals // News Survey. – 2016. – Vol. 37 (02). – P. 18–19.

8. Benjeddou A. Advances in piezoelectric finite element modeling of adaptive structural elements: a survey // Computers & Structures. – 2000. – Vol. 76 (1–3). – P. 347–363.

9. Gu Y., Zhou Z. Strength analysis of diesel engine crankshaft based on PRO/E and ANSYS // 2011 Third International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. – IEEE, 2011. – Vol. 3. – P. 362–364.

10. Khichadia B.N., Chauhan D.M. A review on design and analysis of mechanical press frame // International Journal of Advance Engineering and Research Development. – 2014. – Vol. 1 (6). – P. 1–7.

11. More R.S., Kulkarni S.R. Finite element analysis and optimization of ‘c’Types // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). – 2015. – Vol. 2 (3). – P. 1385–1391.

12. Dar F.H., Meakin J.R., Aspden R.M. Statistical methods in finite element analysis // Journal of Biomechanics. – 2002. – Vol. 35 (9). – P. 1155–1161.

13. Halicioglu R., Dulger L.C., Bozdana A.T. Mechanisms, classifications, and applications of servo presses: A review with comparisons // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2016. – Vol. 230 (7). – P. 1177–1194.

14. More S.T., Bindu R.S. Effect of mesh size on finite element analysis of plate structure // International Journal of Engineering Science and Innovative Technology. – 2015. – Vol. 4 (3). – P. 181–185.

15. Choi K.S., Pan J. Simulations of stress distributions in crankshaft sections under fillet rolling and bending fatigue tests // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (3). – P. 544–557.

16. Evaluation of FEM based fracture mechanics technique to estimate life of an automotive forged steel crankshaft of a single cylinder diesel engine / R.M. Metkar, V.K. Sunnapwar, S.D. Hiwase, V.S. Anki, M. Dumpa // Procedia Engineering. – 2013. – Vol. 51. – P. 567–572.

17. Guangming Z., Zhengfeng J. Study on torsional stiffness of engine crankshaft // 2009 International Forum on Computer Science-Technology and Applications. – IEEE, 2009. – Vol. 3. – P. 431–435. – DOI: 10.1109/IFCSTA.2009.345.

18. SDG 12: Responsible consumption and production – Potential Benefits and impacts on forests and livelihoods / P. Schröder, A.S. Antonarakis, J. Brauer, A. Conteh, R. Kohsaka, Y. Uchiyama, P. Pacheco // Sustainable development goals: their impacts on forests and people. – Cambridge University Press, 2019. – P. 386–418.

19. Experimental and analytical modal analysis of a Crankshaft / C. Azoury, A. Kallassy, B. Combes, I. Moukarzel, R. Boudet // IOSR Journal of Engineering. – 2012. – Vol. 2 (4). – P. 674–684.

20. Analysis of piston, connecting rod and crank shaft assembly / G. Gopal, L.S. Kumar, K.V.B. Reddy, M.U.M. Rao, G. Srinivasulu // Materials Today: Proceedings. – 2017. – Vol. 4 (8). – P. 7810–7819.

21. Optimization of a crankshaft rolling process for durability / S. Ho, Y.L. Lee, H.T. Kang, C.J. Wang // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (5). – P. 799–808.

22. Stress and failure analysis of the crankshaft of diesel engine / L. Witek, M. Sikora, F. Stachowicz, T. Trzepiecinski // Engineering Failure Analysis. – 2017. – Vol. 82. – P. 703–712.

23. Halicioglu R., Dulger L.C., Bozdana A.T. Structural design and analysis of a servo crank press // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2016. – Vol. 19 (4). – P. 2060–2072.

24. Research perspectives on responsible tourism / B. Bramwell, B. Lane, S. McCabe, J. Mosedale, C. Scarles // Journal of Sustainable Tourism. – 2008. – Vol. 16 (3). – P. 253–257. – DOI: 10.1080/09669580802208201.

25. Predicting environmentally responsible apparel consumption behavior of future apparel industry professionals: The role of environmental apparel knowledge, environmentalism and materialism / A. Sadachar, F. Feng, E.E. Karpova, S. Manchiraju // Journal of Global Fashion Marketing. – 2016. – Vol. 7 (2). – P. 76–88.

26. Miola A., Schiltz F. Measuring sustainable development goals performance: How to monitor policy action in the 2030 Agenda implementation? // Ecological Economics. – 2019. – Vol. 164. – P. 106373.

27. Boto-Álvarez A., García-Fernández R. Implementation of the 2030 agenda sustainable development goals in Spain // Sustainability. – 2020. – Vol. 12 (6). – P. 2546.

28. Boluk K.A., Cavaliere C.T., Higgins-Desbiolles F. A critical framework for interrogating the United Nations Sustainable Development Goals 2030 Agenda in tourism // Journal of Sustainable Tourism. – 2019. – Vol. 27 (7). – P. 847–864. – DOI: 10.1080/09669582.2019.1619748.

29. A systematic study of sustainable development goal (SDG) interactions / P. Pradhan, L. Costa, D. Rybski, W. Lucht, J.P. Kropp // Earth's Future. – 2017. – Vol. 5 (11). – P. 1169–1179.