Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2010, № 4. Часть 2
научный журнал
Покупка
Тематика:
Машиностроение. Приборостроение
Издательство:
Тульский государственный университет
Год издания: 2010
Кол-во страниц: 281
Дополнительно
Тематика:
ББК:
- 312: Электроэнергетика. Электротехника
- 3297: Вычислительная техника
- 34: Технология металлов. Машиностроение. Приборостроение
УДК:
- 620: Испытания материалов. Товароведение. Силовые станции. Общая энергетика
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 681: Точная механика. Автоматика. Приборостроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» ISSN 2071-6168 ИЗВЕСТИЯ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Выпуск 4 Часть 2 Тула Издательство ТулГУ 2010
ISSN 2071-6168 УДК 621.86/87 Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. 282 с. Рассматриваются научно-технические проблемы в области машиностроения и машиноведения, технологии и оборудования обработки металлов давлением, технологии и оборудования обработки металлов резанием, материаловедения, управления, вычислительной техники и информационных технологиий, транспорта, энергетики, электроснабжения, электроприводов, охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук. Редакционный совет М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ Редакционная коллегия О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь), И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, А.Э. Соловьев Подписной индекс 27851 по Объединённому каталогу «Пресса России» «Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы научные результаты диссертаций на соискание учёной степени доктора наук © Авторы научных статей, 2010 © Издательство ТулГУ, 2010
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ УДК 621.646 И.В. Лопа, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Т.С. Патрикова, асп., (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), А.И. Ефимова, асп., (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ) УЧЕТ ПОДДЕРЖИВАЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ РЕЗЬБЫ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПРОГИБОВ ВИНТОВ РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ Анализируются результаты поперечного изгиба винта. Проводится проверка адекватности предлагаемой математической модели на примере поперечного изгиба винта с учетом и без учета поддерживающего влияния резьбы. Ключевые слова: изгиб винта, поддерживающее влияние резьбы, момент инерции сечения винта, моделирование. Трубопроводный транспорт жидких грузов - весьма значимая отрасль народного хозяйства, которая обеспечивает подачу более 2/3 всего жидкого топлива в стране. Одним из важнейших элементов трубопроводов является запорная и регулирующая арматура, с помощью которой производится управление потоками перекачиваемой жидкости. Надёжность работы каждого узла трубопровода, каждой системы или арматуры обеспечивает надёжность работы всего трубопровода. Работоспособность трубопровода определяется, в первую очередь, работоспособностью насо
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 2 6 ⋅ + ⋅ ϕ ⋅ ω + ⋅ ω − − ⋅ ϕ + ⋅ ω − − ⋅ ω + ⋅ ω ω − = z c J z J z J z J a z J z J a z E P y 1 2 36 2 tg arctg 2 2 tg arctg 6 1 2 0 2 0 3 2 0 0 0 2 0 2 1 . (6) Константы интегрирования определяются из граничных условий: 0 0 ) ( ) 0 ( 2= ⇒ = = c l y y , ⋅ ω − ⋅ ω ⋅ ϕ ⋅ + + ϕ + ⋅ ⋅ ω − ⋅ ω + ⋅ ⋅ ω − = . 36 18 36 2 2 tg arctg 72 2 2 tg arctg 6 0 2 2 0 0 0 0 0 1 J l l J J a J l l J a J l c Подставляя с1 в (6) и учитывая, что J0>>1 , окончательно получим ⋅ ω ⋅ ϕ − ⋅ ω + + ϕ + ⋅ ⋅ ω + + ⋅ ω + ⋅ ⋅ ω − + + ⋅ ϕ ⋅ ω + ⋅ ω − ⋅ ϕ + ⋅ ω − − ⋅ ω + ⋅ ω ω = 0 2 2 0 0 0 0 0 0 0 2 0 3 2 0 0 0 2 0 2 36 18 36 2 2 tg arctg 72 36 2 2 tg arctg 6 2 36 2 tg arctg 2 2 tg arctg 6 1 2 ) ( J l l J J a J l J l J a J l z J z J z J z J a z J z J a z E P z y . (7) Упрощая выражение (7), исключая слагаемые, не оказывающие существенного влияния на результат вычислений, получаем
Машиностроение и машиноведение 7 ⋅ ω ⋅ ϕ ⋅ − ⋅ ω + ϕ + ⋅ ⋅ ω − − ⋅ ω + ⋅ ⋅ ω + + ⋅ ϕ ⋅ ω + ⋅ ω − ω = 0 2 2 0 0 0 0 0 0 2 0 3 2 2 36 18 2 2 tg arctg 72 36 2 2 tg arctg 6 2 36 2 ) ( J l l J a J l J l J a J l z J z J z E P z y . (8) Форма изогнутой линии балки без учета резьбы известна [2]: ( )z l z EJ P z y ⋅ − − = 2 3 18 ) ( . (9) Проведем сравнительный анализ использования уравнений (8) и (9). На рис. 1 - 3 представлены уравнения изогнутых линий для различных диаметров и шагов резьб при следующих исходных данных: мм 1000 = l ; н 1000 = P ; 2 5 н/мм 10 2⋅ = E ; 77 .0 π = ω ; 68 .0 = ϕ : а) для винта с резьбой TR20х3: 4 0 мм 5936 = J (рис.1); б) для винта с резьбой TR30х3: 4 0 мм 31340 = J (рис.2); в) для винта с резьбой TR20х1: 4 0 мм 296 = J (рис.3). Рис.1. Прогиб винта с резьбой TR20х3: y1(z) - с учетом резьбы; y2(z) - без учета резьбы
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 2 8 Рис.2. Прогиб винта с резьбой TR30х3: y1(z) - с учетом резьбы; y2(z) - без учета резьбы Рис. 3. Прогиб винта с резьбой TR20х1: y1(z) - с учетом резьбы; y2(z) - без учета резьбы Анализ графиков, представленных на рис. 1 – 3, позволяет сделать вывод, что учет поддерживающего влияния витков резьбы необходим, так как неучет существенно искажает результаты (в рассмотренных случаях реальный прогиб в 1,3 – 1,5 меньше).
Машиностроение и машиноведение 9 Таким образом, результаты моделирования показали, что при определении конструктивных характеристик винтов необходимо учитывать поддерживающее влияние резьбы при их поперечном изгибе, используя для этого предлагаемые расчетные зависимости и алгоритмы. Список литературы 1. Лопа И.В., Патрикова Т.С., Патрикова Е.Н. Определение момента инерции поперечного сечения винта// Изв. ТулГУ. Проблемы специального машиностроения. 2010. 2. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967. 560 с. I. Lopa, T. Patrikova, A. Yefimova Account supporting influences of the thread at determination sagging screw sagging screw The results transverse screw are analysed. The check to adequacy proposed mathematical model on example transverse screw with provision for and disregarding supporting influences of the thread is conducted. Key words: transverse screw, sagging screw, supporting influences of the thread. Получено 02.11.10 УДК 621.646 И.В. Лопа, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Т.С. Патрикова, асп., (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ) ВЛИЯНИЕ РЕЗЬБЫ НА ПРОДОЛЬНУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ВИНТОВ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ Анализируются результаты моделирования продольной устойчивости винта запорной арматуры. Проводится проверка адекватности предлагаемой математической модели на примере потери устойчивости шпинделем без резьбы. Ключевые слова: запорная арматура, моделирование, продольная устойчивость винтов, устойчивость конструкции. Винтовая пара «винт – гайка» в механизмах управления затворами применяется повсеместно, что объясняется значительными преимуществами этого механизма по сравнению с другими, а именно: простотой конструкции, компактностью и малыми габаритами, свойством самоторможе
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 2 10 ния, благодаря которому давление среды не может произвольно изменять заранее установленного положения затвора [1]. При определении конструктивных характеристик винтов запорной арматуры существует проблема обеспечения устойчивости конструкции или ее элементов, так как отказ затвора может произойти не только из-за нарушения прочности или жесткости, но и потому, что винт не сохранит своего первоначального равновесного состояния. При этом существует проблема учета влияния резьбы на прочност ные и жесткостные параметры винтов. Очевидно, что резьба оказывает существенное поддерживающее влияние и применять в расчетах в качестве основного геометрического параметра внутренний диаметр резьбы (диаметр впадин) недопустимо. В данной работе предлагается использовать в качестве функции, описывающей изменение момента инерции по длине винта, уравнение ) sin( ) ( 0 ϕ + ⋅ ω + = z a J z J , предложенное в работе [2]. Оно учитывает периодичность изменения момента инерции в соответствии с количеством витков резьбы. С учетом этого выражения запишем уравнение изогнутой линии винта, потерявшего устойчивость: ) sin( ) ( 0 2 2 ϕ + ⋅ ω + − = z a J z y E P dz y d , (1) где a , ϕ, ω и 0 J - аппроксимирующие коэффициенты [2]. Интегрировать (1) будем при помощи метода последовательных приближений [3]. В качестве первого приближения используем синусоиду Эйлера: l z c y ⋅ π = sin 0 1 . (2) Подставляя (2) в правую часть (1), получим обыкновенное дифференциальное уравнение: ) sin( sin 0 0 2 2 ϕ + ⋅ ω + ⋅ π ⋅ − = z a J l z E с P dz y d . (3) С учетом того, что z ⋅ ω << ϕ и между частотой колебаний ϕ и ша гом p резьбы существует следующая закономерность p π = ω 2 , уравнение (3) можно переписать в виде ⋅ π ⋅ + ⋅ π ⋅ − = l z n a J l z E с P dz y d 2 sin sin 0 0 2 2 , (4)