Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015, № 8. Часть 2

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 8 
 
 
Часть 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2015 

УДК 621.86/87                                                                             ISSN 2071-6168 
 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 8: в 2 ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 
2015. 243 с.
 
Рассматриваются научно-технические проблемы машиностроения и 
машиноведения, информатики, вычислительной техники и обработки информации, военно-специальных наук. 
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, А.Ю. ГОЛОВИН, В.Н. ЕГОРОВ, 
В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ  
 
 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков, С.С. Яковлев  
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«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, 2015 
© Издательство ТулГУ, 2015 

Машиностроение и машиноведение 
 

 
5

Таким образом, необходимо сравнить расчетную величину прогиба 
детали с допустимой и центробежной силы с допустимой по паспорту 
станка, например, как в работе [1], а также выработать (по мере необходимости) рекомендации по корректировке технологических режимов и изменению конструкции технологической оснастки.       
Определение масс-центровых характеристик (МЦХ) обрабатываемой детали производится в рассматриваемом случае при помощи САПР 
«КОМПАС-3D» фирмы «АСКОН». Упрощенно представляем поперечное 
сечение А-А в виде двух комплексных фигур «Тело» и «Отверстие» (см. 
рис. 1).  
Тогда МЦХ рассматриваемой детали:    
количество тел                              N = 1, 
количество отверстий                   N1 = 1, 
площадь                                        S = 46,122671 см2, 
центр масс                                    Xc = 0 см, 
                                                      Yc = 2,734507 см. 
Принимая во внимание только массу эксцентрического участка детали, ее МЦХ будут:    
количество тел                               N = 2, 
количество отверстий                    N1 = 0, 
плотность                                       ρ = 7,85 г/см3, 
масса                                              M = 1076,748148 г, 
объем                                             V = 137,1653692 см3, 
центр масс                                     Xc = 0  см, 
                                                       Yc = 2,734507 см, 
                                                       Zc = 3,209411 см.  
Величину центробежной силы можно определить по формуле [2] 

3,
91
30
102
,0
2
2
2
2
MRn
n
GR
g
GR
MR
Fc
=



 π
=
ω
=
ω
=
, 

где М – масса эксцентрического участка детали, кг; R – расстояние от оси 
вращения детали до центра масс детали, м; ω – угловая скорость, рад/с;  
G – вес детали, Н; g – ускорение свободного падения g=9,8 м/с2; n – частота вращения детали во время обработки. 
Результаты расчетов для рассматриваемой детали сведем в табл. 1. 
Согласно [1] могут быть определены предельно допустимые величины дисбаланса заготовки при обработке ее на станке. Пользуясь ранее 
записанной формулой, можно определить величину предельно допустимой 
центробежной силы, действующей на шпиндельный узел станка. Результаты оформлены в виде табл. 2. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2 
 

 
6

Таблица 1 
Расчет величины центробежной силы 
 
Част. вращ., 
об/мин 
Центр. сила  
Fc, Н 
Част. вращ., 
об/мин 
Центр. сила  
Fc, Н 

1 
0,000323 
750 
181,4456 

5 
0,008064 
900 
261,2817 

10 
0,032257 
1000 
322,57 

25 
0,201606 
1110 
397,4385 

50 
0,806425 
1250 
504,0156 

75 
1,814456 
1500 
725,7825 

100 
3,2257 
1750 
987,8706 

150 
7,257825 
2000 
1290,28 

300 
29,0313 
2250 
1633,011 

500 
80,6425 
2500 
2016,062 

 
Таблица 2 
Расчет величины допустимой по паспорту станка  
центробежной силы 
 

Частота вращения 
шпинделя, об/мин 

Допустимый дисбаланс 
при установке в центрах, 
М·R 

Допустимая центробежная сила  
Fc max, Н 
кг·см 
кг·м 

0…500 
150 
1,5 
4107,338 

500…1250 
18 
0,18 
3080,504 

1250…2500 
4 
0,04 
2738,226 

 
Величину прогиба заготовки, имеющей сложное поперечное сечение, удобно находить с помощью моделирующих САПР, к которым можно 
отнести прикладную программу «КОМПАС-Shaft», входящую в состав 
САПР «КОМПАС-3D». 
Исходными данными для моделирования являются: 
а) величина центробежной силы, приложенной к заготовке (вектор 
силы направлен от центра масс заготовки к ее периферии); 
б) чертеж заготовки, обрабатываемой на токарной операции; 
в) тип и характер расположения установочных элементов приспособления. 
Максимальная величина прогиба вала на токарной операции согласно рекомендациям справочников [3 и 4] при прочих равных условиях 
принимается не более 20 % одностороннего допуска на исполняемый размер. Для рассматриваемого случая это ТD=0,13 мм, 1/2ТD =0,06 мм, тогда 
допустимый прогиб   
с=0,06·0,2=0,012 мм. 

Машиностроение и машиноведение 
 

 
9

Список литературы 
 
1. Станок токарный патронно-центровой с числовым программным 
управлением 16А20Ф3. Руководство по эксплуатации 16А20Ф3. РЭ 
/Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий» им. 
А.И. Ефремова. 2000. 149 с. 
2. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с 
ЧПУ: справочник. М.: Машиностроение, 1990 512 с. 
3. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Т.1 / под ред.  
А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1986. 656 с. 
4. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением: в 2 ч. Ч. 2. Нормативы режимов резания. М.: Экономика, 1990. 474 с.  
 
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej
malikov@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, 
 
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, инженер-исследователь 
УНИР, alan-a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет 
 
ASSESSMENT OF TECHNOLOGICAL LIMITATIONS WHEN TURNING PARTS LIKE 
BODIES OF ROTATION WITH THE DISPLACEMENT OF THE CENTER OF MASS 
 
A.A. Malikov, A.V. Sidorkin 
 
The methods of calculating the value of the centrifugal force generated by the turning of parts such as bodies of rotation with a displaced center of mass, estimates of errors 
arising from the processing of their impact. Paying attention susche-governmental aspects of 
computer modeling of deformation of the workpiece under the influence of centrifugal forces. 
The recommendations for the elimination of a number of negative consequences arising in the 
process of turning workpieces. 
Key words: turning, lathe, precision centrifugal si la, center of mass, simulation, 
calculation error. 
 
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, the head of 
chair, andrej-malikov@yandex.ru, Russia, Tula State University, 
 
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of tehnical sciences, research engineer, alan
a@mail.ru, Russia, Tula State University 
 
 
 
 
 
 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2 
 

 
10

УДК 621.646.98 
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ СИСТЕМЫ 
«ЭЛЕКТРОПРИВОД – ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА»  
С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ СТАТИЧЕСКОЙ  
И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ 
 
Е. В. Плахотникова, В. Б. Протасьев 
 
Приводится методика расчета общего времени закрытия клапана, а также 
его составляющих – времени холостого хода, времени статической настройки и времени выбега системы за счет инерционных возможностей. Приведены рекомендации 
для проектирования систем. 
Ключевые слова: электропривод, запорная арматура, баланс временивыполнения рабочего цикла «закрыто», конкурентоспособность, импортозамещение. 
 
В работах [1 - 4] показано, что использование инерции останавливающегося электродвигателя в системах «электропривод – запорная арматура» позволяет существенно снизить мощность используемых электродвигателей и получить соответствующие конкурентные преимущества. 
Теоретическое обоснование, приведенное в работе [5], где на практическом примере было определено долевое влияние этапов рабочего цикла в расходе потребляемой мощности, показало возможность улучшения 
работы систем путем использования инерционного эффекта. 
В данной статье авторы, продолжая исследования упомянутых выше систем, теоретически обосновывают время срабатывания запорной арматуры, с целью определения весомости временных параметров. 
Время срабатывания – выполнение технологического цикла «открыто - закрыто» – является важной характеристикой рассматриваемых 
систем. На стадии проектирования необходимо понимать вес каждой составляющей временных затрат в общем времени. 
Используя схему (рис.1), запишем уравнение, определяющее временные затраты t в технологическом цикле «открыто - закрыто»: 

= х.х + + ин[c],  
 
 
 
(1) 

где tx.x– время холостого хода запорного органа арматуры до его соприкосновения с седлом;t0– время, за которое работающий электродвигатель 
сжимает пружину на величину Х0 [5], что соответствует закрытию запорной арматуры с деформацией ∆0,tин – время выбега системы, т.е. динамической составляющей настройки. 
С учетом кинематики (см. рис.1) запишем формулу для определения tx x, назначив предварительно величину lx x, которая обычно принимается равной или меньшей диаметра проходного сечения обслуживаемой 
системы трубопровода: