Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР

ОПЕРАТОРИ СХРЕЩУВАННЯ ТА МУТАЦІЇ В СТОХАСТИЧНИХ АЛГОРИТМАХ

Олексій Бондаренко — 2024-10-16

Описано актуальність освітлення сучасних стохастичних алгоритмів, вказано, що у останні два десятиліття спостерігається стрімкий розвиток стохастичних алгоритмів, який пояснюється збільшенням дослідницьких можливостей та зростанням обсягу даних, які обробляються. Ці алгоритми виявляються ефективними у розв’язанні складних оптимізаційних задач, що привертає увагу до них наукової спільноти та практиків у всьому світі. Освітлення ролі та огляд ключових операторів схрещування та мутації у стохастичних алгоритмах є актуальною науково-практичною задачею, яка сприятиме глибшому розумінню та популяризації цього напряму. Проведено аналіз категорії генома та надано детальний огляд основних способів кодування генів для їх застосування. На конкретному прикладі геному, що відповідає задачі оптимального проєктування двоступінчастого співвісного редуктора, розглянуті типові та адаптовані оператори схрещування та мутації, що можуть бути використані для ефективного пошуку розв’язків. До кожного оператора надано текстовий опис та графічно-ілюстроване зображення, що дає змогу чіткіше, якісніше та швидше зрозуміти сутність та послідовності роботи оператора. Розглянуто роль та значення операторів схрещування та мутації в стохастичних алгоритмах. Підкреслюється, що оператори схрещування сприяють комбінації корисних генетичних властивостей, що покращує пристосованість нащадків. Збалансоване використання цих операторів разом з іншими етапами алгоритму, такими як мутація та відбір, важливе для досягнення оптимального балансу між експлуатацією алгоритму та інтенсифікацією пошуку. Вказано на важливість та функціональність операторів мутації в стохастичних алгоритмах оптимізації. Зазначено, що мутація дає змогу уникнути «застрягання» алгоритмів у локальних екстремумах, зберігаючи генетичне різноманіття та стимулюючи пошук нових оптимальних розв’язків. Особливу вагу має використання мутацій в умовах складної структури задачі або великого простору пошуку. Таким чином, оператори схрещування та мутації є ключовими елементами для підвищення ефективності пошуку оптимальних розв’язків.

Ключові слова: стохастичний алгоритм, оператор, схрещування, мутація.

СТВОРЕННЯ РЕГУЛЬОВАНИХ КОНІЧНИХ АЕРОСТАТИЧНИХ ОПОР ДЛЯ БЕЗКОНТАКТНИХ ПРЯМИХ ПРИВОДІВ МАШИН

Олексій Брешев — 2024-10-16

Стаття присвячена вдосконаленню безконтактних прямих приводів машин різного призначення створенням регульованих конічних аеростатичних опор. Їх застосування дозволяє зменшити вагу, габарити та витрати повітря, а також завдяки регулюванню характеристик опорних систем забезпечити стійкість обертання роторів у широкому діапазоні швидкостей та навантажень. Для дослідження властивостей приводів та ефективності запропонованих шляхів технічного вдосконалення розроблені математичні моделі одно- та багатоопорних систем приводів. Теоретично визначені функціональні зв’язки між конструктивними, силовими, геометричними параметрами конічних аеростатичних опорних систем при регулюванні зазору зі змащенням, що дозволяє змінювати несучу здатність та динамічні властивості безконтактних приводів. Для аналітичного визначення статичних характеристик приводів запропоновано параметричне приведення їх конічних опор до еквівалентних за жорсткістю і несучою здатністю радіальних опор та упорних підп'ятників. Визначено аналітичний критерій стійкості руху ротора одноопорного привода при виникненні коливань та умови роботоздатності регульованих конічних опорних систем, за яких забезпечується статична стійкість приводів при робочих навантаженнях. Створено пневмошпиндель на регульованих конічних аеростатичних опорах різної геометрії. Розроблені експериментальна установка та методика натурних випробувань пневмошпинделя, які підтвердили адекватність теоретичних досліджень. Запропонована методика проєктування безконтактних приводів, а для перевірки проєктних рішень розроблено алгоритм комп'ютерного дослідження статичних характеристик і динамічних властивостей опор та всього привода.

Ключові слова: безконтактний прямий привод, конічна аеростатична опора, критерій стійкості, одно- та багатоопорні системи, статико-динамічні характеристики, обчислювальний експеримент

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЄКТНИХ РІШЕНЬ ЕЛЕМЕНТІВ БОЙОВИХ МАШИН НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Антон Васильєв — 2024-10-16

Забезпечення світового рівня тактико-технічних характеристик об’єктів броньованої техніки є надзвичайно важливою та актуальною проблемою у сфері національної безпеки та оборони. Це зумовлено колосальним потенціалом бронетанкобудування України, який не знайшов дотепер відповідної реалізації при проєктуванні та освоєнні виробництва цих машин внаслідок різних причин. Однією з основних проблем є відсутність методів та моделей для обґрунтування параметрів цих машин та властивостей матеріалів для виготовлення основних компонентів, у першу чергу – бронекорпусів і трансмісій на етапі проєктних досліджень. У цій роботі передбачається розвиток теоретичних основ та здійснення досліджень для визначення реакції елементів об’єктів броньованої техніки на дію різноманітних чинників та визначення вимог до проєктних рішень їх елементів. Вкрай важливим чинником є, наприклад, недопущення критичних деформацій, які виникають у об’єктів броньованої техніки при дії засобів ураження. Існуючі моделі не дають змоги адекватно оцінити ступінь захищеності при дії різних чинників, що призводить до принципово невірних проєктних рішень. Отже, виникає нова, актуальна та важлива науково-технічна проблема – дослідження виникаючих при бойовому застосуванні процесів та станів об’єктів броньованої техніки задля підвищення їх тактико-технічних характеристик. Теоретичні основи таких досліджень описані у цій роботі. Їх значущість особливо зростає в умовах теперішнього часу за наявності бойових дій, які потребують виготовлення та постачання військової техніки із високими тактико-технічними характеристиками. Своєю чергою, досягнення світового рівня цих характеристик неможливе без здійснення у першочерговому порядку низки досліджень, зокрема, на базі описаного в роботі підходу. Дослідження на цій основі якраз спрямовані на наукове обґрунтування прогресивних технічних рішень об’єктів військової техніки.

Ключові слова: бойова машина; об’єкт бронетанкової техніки; тактико-технічна характеристика; метод скінченних елементів; бронекорпус; трансмісія

ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ РУДОРОЗМОЛЬНИХ МЛИНІВ

Василь Гнітько — 2024-10-16

На основі розробленої методики та спеціалізованої програми розрахунку оболонок обертання вирішено задачу визначення переміщень і напружень в рудорозмельних млинах при несиметричному навантаженні. Рудорозмельні млини є складними конструкціями, які можуть розглядатися як складені розгалужені оболонки обертання, підкріплені ребрами. Методи розрахунку таких конструкцій з урахуванням меридіональних ребер за теорією конструктивно-ортотропних оболонок розроблені досить добре. У розрахункових схемах цих пакетів програм враховується власна вага барабана, вага кульового завантаження та реакція опор, тоді як у цій спеціалізованій програмі додатково враховані відцентрові сили барабана, пульпи та футеровки, реалізовано розгалуження меридіана барабана, а також розглянуто можливість спирання цапфи на один або два підшипники, рознесені у перерізі цапфи під кутом φ. Розглянуті конструкції, навантажені власною вагою, вагою футеровки у вигляді броньових плит, а також вагою руди, яка в суміші з водою подрібнюється металевими шарами чи стрижнями, що знаходяться в циліндричному барабані. Подрібнення руди відбувається внаслідок обертання конструкції, розташованої горизонтально, яка спирається на підшипники ковзання. Це вимагає врахування відцентрових сил вказаних мас, а також з боку підшипників. Детально описано обчислення навантажень та їх подання рядами Фур'є. Всебічно розглянуто питання врахування жорстких зсувів при розрахунку конструкції. У висновку представлені результати дослідження напружено-деформованого стану рудорозмельних млинів.

Ключові слова: розгалужені оболонки обертання, несиметричне навантаження, врахування відцентрових сил, ряди Фур'є

БАЗОВІ ПІДХОДИ ДО ПІДВИЩЕННЯ ТАКТИКО-ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕГКОБРОНЬОВАНИХ МАШИН ШЛЯХОМ ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРИ І ПАРАМЕТРІВ БРОНЕКОРПУСІВ ЗА ДИНАМІЧНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Андрій Грабовський — 2024-10-16

Вітчизняні легкоброньовані машини та роботизовані бойові платформи на їх основі, як свідчить досвід бойових дій проти країни-агресора, піддаються дії інтенсивних динамічних навантажень, що мають тенденцію до постійного зростання. Це змушує звертати увагу на забезпечення більш жорстких динамічних характеристик бронекорпусів цих машин як основних силових та захисних їхніх елементів. У свою чергу, це забезпечує міцність, захищеність, точність ведення вогню із власного озброєння. Задля цього розроблюються параметричні моделі та методи, а також здійснюються дослідження задля обґрунтування такої структури і параметрів бронекорпусів легкоброньованих машин та роботизованих бойових платформ на їх основі, які забезпечують їх міцність, захищеність та точність ведення вогню. Із цією метою розвиваються принципово нові підходи до аналізу та синтезу спектрів власних частот і форм коливань складних механічних систем на основі удосконалення варіаційного принципу Релея. Обґрунтовані технічні рішення реалізуються при модернізації бронекорпусів вітчизняних машин та роботизованих бойових платформ на їх основі тощо.

Ключові слова: власні частоти коливань; бронекорпус; принцип Релея; міцність; захищеність; динамічне навантаження

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ПЕРЕВАГ ТА НЕДОЛІКІВ БОЙОВОГО ЗАСТОСУВАННЯ ПЕРЕНОСНИХ ЗЕНІТНО-РАКЕТНИХ КОМПЛЕКСІВ РІЗНИХ ТИПІВ

Михайло Іванець — 2024-10-16

Аналіз характеру збройної боротьби останніх десятиліть свідчить про різке підвищення впливу сучасного озброєння та військової техніки на хід воєнних дій. На даний час озброєння та військова техніка складають основу бойової могутності збройних сил любої держави та є визначальним фактором досягнення успіху у війні чи збройному конфлікті. Однією з характерних особливостей агресивних військових дій РФ проти України є широке застосування військово повітряних сил, зокрема, літаків, гелікоптерів, безпілотних літальних апаратів, які мають на оснащенні крилаті ракети різних типів. Для ударів по території України противник використовує крилаті ракети повітряного, морського та наземного базування, балістичні, зенітні керовані ракети та ударні безпілотні літальні апарати. На сьогоднішній день одним з найбільш ефективних і поширених засобів боротьби з повітряними цілями на малих висотах при веденні бойових дій (операцій) стали сучасні переносні зенітно-ракетні комплекси. Застосування таких комплексів різко обмежує діапазон висот застосування всіх типів бойової пілотованої авіації, робить негативним вплив на точність завдання ударів по наземним і надводним цілям. Збройні Сили України активно використовують проти російської авіації переносні зенітно-ракетні комплекси радянського, польського, американського, британського та французького виробництва (надані Україні країнами НАТО та ЄС). Проведено порівняльний аналіз основних характеристик, переваг та недоліків різних типів переносних зенітно-ракетних комплексів, які знаходяться на озброєнні Збройних Сил України в теперішній час, в інтересах підвищення ефективності їх застосування в різних умовах бойової обстановки.

Ключові слова: повітряні цілі, переносний зенітно-ракетний комплекс, бойові характеристики, ефективність, порівняльний аналіз

ЗАСТОСУВАННЯ ФОТОГРАММЕТРІЇ ПРИ ЗВОРОТНОМУ ПРОЄКТУВАННІ ОБЄКТІВ МАШИНОБУДУВНОЇ ГАЛУЗІ

Євген Іванов — 2024-10-16

Для відтворення об'єкта у вигляді віртуальної моделі за наявною фізичною деталлю в роботі запропоновано використання хмарного сервісу Autodesk ReCap Photo. Використовуючи який можна створювати віртуальні тривимірні моделі за допомогою лазерного сканування реального об'єкта або за допомогою цифрової камери і подальшого цифрового відтворення цього об'єкта в цифровому просторі. Але широке використання лазерних сканерів та програмного забезпечення дуже обмежене через їхню дорожнечу. В роботі запропоновано більш дешевий, доступний і не менш точний метод, який легко застосувати на практиці - метод цифрової фотограмметрії реверс-інжинірингу. Метод заснований на створенні тривимірної моделі з двомірних фотографій за допомогою запропонованого програмного забезпечення. З його допомогою користувач завантажує на сервери Autodesk комплект фотографій і отримує в результаті тріангульовану модель об'єкта зі збереженням усіх реальних розмірів і з текстурами високої якості. Отримані дані згодом було імпортовано для подальшого опрацювання в іншу програму цього сімейства - пакет Autodesk Inventor. Пакет Autodesk Inventor має зручний інтерфейс та великий набір інструментів для моделювання машинобудівних виробів. Для демонстрації масштабу і рівня опрацювання ReCap Photo, в роботі демонструються закладені в додаток опції: насамперед, додаток підтримує майже всі формати файлів лазерного сканування. Хмари точок, крім цього, можна редагувати довільно - видаляти їх, копіювати, підсвічувати або навіть додавати точки обстеження. У результаті продемонстровано можливість не тільки створювати технічну документацію, а й проводити реконструкції об'єктів з точністю до міліметра. Візуалізація і дизайн дають змогу виключати ймовірні помилки. Продемонстровано, що на основі таких моделей можна проєктувати й отримувати робочу документацію. Завдяки ідентичності просторової віртуальної моделі та реального фізичного об'єкта, точність і якість проєктування підвищується. Таким чином, наочно показано, що представлена методика істотно знижує трудомісткість і підвищує ефективність.

Ключові слова: просторова віртуальна модель, фотограмметрія, реверс-інжиніринг, ReCap Photo, Autodesk Inventor

ПЕРЕДАЧІ ЗАЧЕПЛЕННЯМ В ПАКЕТІ AUTODESK INVENTOR

Євген Іванов — 2024-10-16

З метою удосконалення виконання креслеників елементів зубчастих передач в пакеті Autodesk Inventor запропоновано підхід до представлення геометричної інформації відповідно до вимог чинних стандартів, який базується на використанні розроблених тривимірних моделей складальних одиниць елементів зубчастих передач в параметричних оболонках. Основою для розробки ескізної геометрії параметричних оболонок стали основні геометричні параметри зубчастих вінців елементів, оскільки при виконанні креслеників елементів зачеплення зубчастих передач зображення зубчастих вінців виконуються з порушенням вимог чинних стандартів. З метою спрощення побудови креслеників елементів зубчастих передач в пакеті Autodesk Inventor було розроблено алгоритм надання геометричної інформації через розроблені тривимірні моделі параметричних оболонок зубчастих вінців їх елементів. Тобто, геометрична інформація закладена в параметричні складальні одиниці «передача зачепленням в оболонках». В основу алгоритму покладено роботу з параметричними оболонками елементів складових одиниць, де вся необхідна геометрична інформація представлена функцією основних геометричних параметрів реальних зубчастих вінців. Метод параметричних оболонок розглядає питання торкання, впровадження, методи утворення таких оболонок при детальному висвітленні їх властивостей і геометричних параметрів. Строга математична теорія параметричних оболонок, що передбачає спільну переробку аналітичної і геометричної інформації, отриману на базі геометрії елементів передач як утворюючих, відрізняється узагальненістю в підході і математичною строгістю. При цьому, ігнорується наявність зубчастих вінців тривимірних моделей елементів передач зачепленням. Алгоритм спрощеного побудови креслеників передач зачепленням передбачає виконання розрізів за ескізами, коригування ліній контурів і зміну властивостей областей відповідно до вимог діючих стандартів. Бібліотека параметричних оболонок і алгоритм виконання робочих креслеників як елементів, так i передач зачепленням впроваджений в навчальний процес.

Ключові слова: ескізна геометрія, основні геометричні параметри, циліндрична оболонка, конічна оболонка, параметрична оболонка, пакет Autodesk Inventor

МІЦНІСТЬ ТА СТІЙКІСТЬ РУХУ РОТОРНИХ СИСТЕМ НАГНІТАЧА ПОВІТРЯ ТАНКОВОГО ДВИГУНА

Микола М. Ткачук — 2024-10-16

У роботі досліджено процеси і стани, що виникають у робочому колесі нагнітача повітря танкового двигуна. Вивчається вплив натягу у сполученні робочого колеса із валом та межі плинності його матеріалу на напружено-деформований стан і критичні швидкості руху. Із цією метою побудовані відповідні математичні та чисельні моделі. Розроблено також параметричні моделі досліджуваних процесів і станів. Введено до розгляду низку варійованих параметрів. Це дає можливість досліджувати вплив цих параметрів на працездатність та міцність роторної частини нагнітача повітря. На цій основі може бути побудована спеціалізована база даних із результатами досліджень. Аналіз цих результатів є основою для установлення певних закономірностей, а також для обґрунтування прогресивних технічних рішень роторних частин нагнітачів повітря танкових двигунів за критеріями міцності та працездатності. Робоче колесо нагнітача повітря танкового двигуна лімітує його міцність та довговічність. Як визначено у ході досліджень, пряме підвищення механічних властивостей матеріалу алюмінієвого сплаву, із якого воно виготовляється, не є продуктивним. Серед значущих чинників необхідно враховувати діючі навантаження від відцентрованих сил та натягу у спряженні «вал – робоче колесо», причому у їх поєднанні. Також важливим є урахування пружно-пластичного деформування матеріалу робочого колеса. Рекомендованими є не окремі заходи та рішення стосовно роторних частин нагнітача повітря, а їх поєднання задля цілеспрямованого поліпшення характеристик міцності та довговічності.

Ключові слова: нагнітач повітря; танковий двигун; робоче колесо; напружено-деформований стан; контактна взаємодія; варійований параметр

АНАЛІЗ ЗВ’ЯЗАНИХ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ТА СТАНІВ І МЕТОДІВ СИНТЕЗУ ПРОЄКТНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ РІШЕНЬ ЕЛЕМЕНТІВ БОЙОВИХ БРОНЬОВАНИХ МАШИН

Микола М. Ткачук — 2024-10-16

Проаналізовано існуючі методи досліджень контактної взаємодії та напружено-деформованого стану складнопрофільних елементів конструкцій. Основними елементами гідропередач у танкових трансмісіях є кулькові поршні, які з’єднуються з торовидною біговою поверхнею статорного кільця. Важливі параметри цих елементів – співвідношення радіусів поршня і поперечного перерізу бігової доріжки. Досліджені закономірності вказують на оптимальний діапазон співвідношень радіусів, який забезпечує мінімальний контактний тиск і напруження. Урахування пружно-пластичного деформування матеріалів контактуючих деталей, зокрема поверхневих шарів, є важливим для рекомендаційних рішень. Виявлено закономірності впливу на характеристики міцності та працездатності досліджених конструкцій варійованих параметрів. Відповідно, у кожному конкретному випадку можна розробити рекомендації при обґрунтуванні прогресивних технічних рішень тих чи інших конструкцій за названими критеріями. Визначальними для міцності та довговічності елементами гідропередач перспективних танкових трансмісій є кулькові поршні у з’єднанні із торовидною біговою поверхнею статорного кільця. Зокрема, важливими параметрами є співвідношення радіусів, з одного боку, – поршня, а з іншого, – поперечного перерізу бігової доріжки. Попри традиційно існуючим підходам та намаганню максимально зблизити форми контактуючих поверхонь спряжених тіл, у роботі установлені закономірності, які вступають у протиріччя із такими рішеннями.

Ключові слова: фізико-механічний процес, бойова броньована машина, напружено-деформований стан, контактна взаємодія, гідрооб’ємна передача

ередача

АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ КОНТАКТУЮЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГІДРОПЕРЕДАЧ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ ТАНКОВИХ ТРАНСМІСІЙ ЗА ВАРІЮВАННЯ ТА ЗБУРЕННЯ ФОРМИ ПОВЕРХОНЬ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ ТІЛ

Микола М. Ткачук — 2024-10-16

У статті описано дослідження напружено-деформованого стану і контактної взаємодії елементів гідропередач для перспективних танкових трансмісій. При цьому варіюється форма бігової доріжки та кулькового поршня радіальної гідрооб’ємної передачі, а також жорсткість поверхневих шарів цих елементів. Спостерігається зміна форми та розмірів області контакту поршня та бігової доріжки гідрооб’ємної передачі. Разом із тим змінюється розподіл контактного тиску, його характер та максимальні значення. Установлено, що за певних варіантів конструктивного виконання овальна форма області контакту трансформується у скруглений прямокутник, гантелевидну фігуру або у дві ізольованих області. У свою чергу, це чинить значний вплив на напружено-деформованого стан кулькового поршня та статорного кільця гідрооб’ємної передачі. Шляхом варіювання зазначених параметрів установлені залежності від них характеристик міцності. Такі закономірності є основою для обґрунтування прогресивних технічних рішень гідрооб’ємних передач за критеріями міцності, довговічності та навантажувальної здатності. Розроблена параметрична модель має властивість розширення на різні інші параметри. Це дає можливість формувати спеціалізовані бази даних. У цих базах концентрується інформація про залежність характеристик міцності гідрооб’ємних передач від тих чи інших параметрів. Відповідно, можливе розв’язання оберненої задачі про обґрунтування раціональних технічних рішень гідрооб’ємних передач. Розроблений підхід може бути розповсюджений на широкий клас елементів конструкцій.

Ключові слова: контактна взаємодія; напружено-деформований стан; проміжний шар; гідрооб’ємна передача; контактний тиск; область контакту

СТВОРЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНОГО ЗМІЦНЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ АВТОНОМНИХ ТУРБОДЕТАНДЕРНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ

Микола М. Ткачук — 2024-10-16

У роботі описано комплекс досліджень та розробок створення технології дискретно-континуального зміцнення елементів автономних турбодетандерних електростанцій. Із цією метою пропонується дослідження напружено-деформованого стану системи контактуючих дискретно та континуально зміцнених тіл. При цьому використовується поєднання позитивних ефектів, які спостерігаються при застосуванні кожного із видів зміцнення. Сукупний ефект від такого синтетичного методу зміцнення перевищує суму ефектів від застосування кожного із складових методів. Задля досягнення високих технічних характеристик елементів та у цілому турбодетандерних електростанцій розроблено підхід, який базується на параметричному моделюванні конструкцій та технологій. Шляхом цілеспрямованого поліпшення цих параметрів підвищується міцність, коефіцієнт корисної дії і довговічність. А також знижується зношуваність найбільш навантажених та відповідальних елементів турбодетандерних електростанцій. Основною особливістю розроблених підходів до створення технології дискретно-континуального зміцнення елементів автономних турбодетандерних електростанцій є розвиток та застосування узагальненої параметричної моделі турбодетандерних електростанцій як цілісного системного об’єкту. При цьому і проєктні, і технологічні рішення є варійованими та шуканими за критеріями міцності, довговічності та ККД.

Ключові слова: турбодетандерна електростанція; турбоустановка; дискретно-континуальне зміцнення, узагальнений параметр, проєктно-технологічне забезпечення; технічна характеристика

ТЕОРІЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕТОДИ ІНЖЕНЕРНОГО АНАЛІЗУ ВИСОКОМІЦНІСНИХ НАНОСТРУКТУРОВАНИХ ПОКРИТТІВ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ СЛУЖБОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБ'ЄКТІВ ВІЙСЬКОВОЇ ТА ЦИВІЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

Микола М. Ткачук — 2024-10-16

Сучасні об’єкти військової та цивільної техніки потребують підвищення службових властивостей найбільш відповідальних та навантажених контактуючих елементів, що визначають їх тактико-технічні і технічні характеристики. Натепер традиційні та нові матеріали у багатьох аспектах вичерпали такі можливості. Ці можливості можна різко підвищити за рахунок зміцнення, зокрема, напиленням наноструктурних високоміцних та багатошарових нітридних покриттів на основі нітридів титану, цирконію тощо, а також модифікованих вакуумних конденсатів. Разом із тим для елементів конструкцій із контактуючими поверхнями близької форми важливо обирати структуру, склад та режими нанесення цих покриттів та псевдосплавів тільки паралельно із аналізом їх контактної взаємодії як одного із визначальних чинників. Задля цього у роботі буде розроблено нові варіаційні постановки задач, здійснено дослідження та розроблені рекомендації стосовно підвищення службових властивостей контактуючих елементів об’єкти військової та цивільної техніки формуванням наноструктурних високоміцних та багатошарових нітридних покриттів та псевдосплавів. Саме поєднання нових авторських підходів у контактній механіці та у фізиці наноструктурних металів дає основу для проривних технічних рішень об’єкти військової та цивільної техніки із підвищеними тактико-технічні і технічні характеристики: танків, бронемашин, роботизованих бойових платформ, турбомашин.

Ключові слова: об’єкти військової та цивільної техніки; високоміцне та багатошарове нітридне покриття; модифікований вакуумний конденсат; технічна характеристика

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТА АЛГОРИТМ ОПТИМІЗАЦІЇ ЗА КРИТЕРІЄМ МІНІМАЛЬНИХ КОНТАКТНИХ НАПРУЖЕНЬ ЕВОЛЬВЕНТНИХ ПРЯМОЗУБЦЕВИХ ПЕРЕДАЧ З ПІДВИЩЕНИМ КОЕФІЦІЄНТОМ ПЕРЕКРИТТЯ

Станіслав Черельов — 2024-10-16

Зниження маси та габаритів евольвентних циліндричних прямозубцевих передач є актуальною задачею сучасного машинобудування. Одним із перспективних шляхів її розв'язання є застосування зачеплення зі збільшеною робочою висотою зубців та коефіцієнтом торцевого перекриття ε_α ≥ 2. Дослідження присвячено розробці методів оптимального проєктування саме таких передач. Критерій оптимальності сформульовано наступним чином: контактні напруження у полюсі зачеплення повинні приймати мінімально можливе значення при виконанні усіх конструктивних, геометро-кінематичних та технологічних обмежень, насамперед, при забезпеченні коефіцієнта торцевого перекриття ε_α ≥ 2. Визначені змінні проєктування: коефіцієнти висоти головки зубців вихідних контурів шестерні та колеса h^*_a₁, h^*_a₂; кут профілю вихідного контуру α; коефіцієнт зміщення вихідного контуру шестерні x₁. Сформовано систему обмежень на змінні проєктування: основне функціональне обмеження на мінімальну величину коефіцієнта торцевого перекриття – ε_α ≥ 2; обмеження на коефіцієнти висоти головки зубців вихідних контурів шестерні та колеса h^*_a₁, h^*_a₂; обмеження на кут профілю вихідного контуру α; обмеження на значення коефіцієнтів зміщення вихідного контуру x₁, x₂; відсутність підрізання ніжок зубців шестерні та колеса; відсутність загострення вершин зубців шестерні та колеса; відсутність інтерференції у зачепленні; умова забезпечення згинальної міцності зубців шестерні та колеса. Обрано метод розв’язання задачі оптимального проєктування. З усього різноманіття було обрано метод зондування простору параметрів проєктування. У якості пробних точок використовуються точки ЛПτ-послідовності. Метод дає змогу оперувати значною кількістю параметрів – до 51, забезпечує достатньо велику кількість рівномірно-розподілених пробних точок – до 2²⁰. Розроблено алгоритм оптимального проєктування зубчастої передачі. Основні етапи роботи алгоритму наступні: задання вхідних даних (числових обмежень на змінні проєктування, а також параметрів передачі та її навантаження); генерування ЛПτ-послідовності для змінних проєктування з одночасним урахуванням їхніх числових обмежень; перевірка функціональних обмежень; додаткові перевірочні розрахунки (при необхідності) контактної міцності зачеплення; формування масиву можливих варіантів розв'язку; пошук найкращого варіанта розв'язку (пробної точки, що відповідає мінімальному значенню цільової функції) шляхом сортування масиву.

Ключові слова: прямозубцева передача, коефіцієнт торцевого перекриття, контактні напруження, оптимізація, цільова функція, змінні проєктування, алгоритм