Наукові статті кафедри прикладної механіки та інженерії матеріалів (Н)
Permanent URI for this collectionhttp://er.nau.edu.ua/handle/NAU/56749
Browse
Recent Submissions
Item Аналіз динамічної стійкості високошвидкісного шпинделя на газостатичних підшипниках(Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, 2024) Брешев, O.В.; Носко, П.Л.; Башта, О.В.; Співак, О.М.; Бойко, Г.О.; Радько, М.В.; Breshev, O.V.; Nosko, P.L.; Bashta, O.V.; Spivak, O.M.; Boyko, G.O.; Radko, M.V.Представлено розроблену методику та результати обчислювальних комп'ютерних експериментів з дослідження динамічної стійкості високошвидкісного шпинделя верстата шліфування. Питання забезпечення динамічної стійкості високошвидкісних шпинделів на газостатичних підшипниках має важливе значення для забезпечення їхньої працездатності та надійності. Це зумовлено, по-перше, щодо малої стійкістю опор даного типу виникнення коливальних процесів, а по-друге, необхідністю наближатися чи проходити резонансні критичні області під час роботи на високих частотах обертання. Запропонована методика полягає в застосуванні обчислювальних комп'ютерних експериментів для попереднього розрахунку характеристик газостатичних опор, визначенні власних частот коливань і найбільш небезпечних резонансних областей функціонування шпинделя на основі розроблених 3D-моделі шпинделя і його динамічної моделі, моделюванні динамічних навантажень валу шпинделя при дії динамічних навантажень з визначенням величин амплітуд коливань, дослідженні умов, за яких зберігається динамічна стійкість та працездатність шпинделя. Відповідно до методики в САЕ програмах було визначено власні частоти коливань ротора 5 гармонік, найбільш небезпечними з яких є 2 та 3 гармоніки. За рахунок введеної тарованої неврівноваженості змодельовані динамічні навантаження, що призводять до поперечних коливань при обертанні ротора. Обчислювальними комп'ютерними експериментами досліджено стійкість шпинделевого ротора при дії динамічних навантажень через чисельне визначення амплітуд коливань у всьому діапазоні частот обертання, включаючи резонансні області. Визначено допустимий залишковий дисбаланс ротора, параметри та режими функціонування шпинделя, при яких зберігається його динамічна стійкість та працездатність. Отримані результати дозволяють при розробці та експлуатації шпинделя досліджувати та забезпечити динамічну стійкість його ротора на газостатичних підшипниках при встановлюваних та перехідних високошвидкісних режимах функціонування, виникненні резонансу. The developed methodology and results of computational experiments to study the dynamic stability of a high-speed grinding machine spindle are presented. The issue of ensuring the dynamic stability of high-speed spindles on gas-static bearings is of fundamental importance to ensure their performance and reliability. This is due, firstly, to the relatively low resistance of supports of this type to the occurrence of oscillatory processes, and secondly, to the need to approach or pass resonant critical areas when operating at high rotation frequencies. The proposed methodology consists of using computational computer experiments for preliminary calculation of the characteristics of gas-static supports, determining the natural frequencies of oscillations and the most dangerous resonant areas of the spindle operation based on the developed 3D model of the spindle and its dynamic model, modeling dynamic loads by introducing calibrated imbalance, and performing experiments on virtual acceleration spindle shaft under the action of dynamic loads with determination of vibration amplitudes, study of conditions under which the dynamic stability and performance of the spindle is maintained. In accordance with the methodology in the CAE programs, the natural frequencies of rotor oscillations of 5 harmonics were determined, the most dangerous of which are the 2nd and 3rd harmonics. Due to the introduced calibrated imbalance, dynamic loads leading to transverse vibrations during rotor rotation were simulated. Computational computer experiments have been used to study the stability of the spindle rotor under the action of dynamic loads through the numerical determination of vibration amplitudes over the entire range of rotational speeds, including resonant regions. The permissible residual imbalance of the rotor, parameters and operating modes of the spindle, under which its dynamic stability and performance are maintained, have been determined. The results obtained make it possible, during the development and operation of a spindle, to study and ensure the dynamic stability of its rotor on gas-static bearings under steady-state and transient high-speed operating modes and the occurrence of resonance.Item До питання про стійкість руху робочого органу в одновісному безконтактному приводі(Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, 2024) Брешев, О.В.; Башта, О.В.; Носко, П.Л.; Бойко Г.О.; Радько, О.В.; Breshev, O.V.; Bashta, O.V.; Nosko, P.L.; Boyko, G.O.; Radko, O.V.Запропоновано розрахункову модель вимушених поперечних коливань робочого органу в одновісному безконтактному приводі, які успішно застосовують у точному машинобудуванні, приладобудуванні, робототехніці, машинах плазмового та лазерного розкрою матеріалу, прецизійних верстатах електроерозійного оброблення, системах автоматичного пакування та транспортних машинах, оптиці. Розроблено математичну модель, розв'язання рівняння якої визначає закон руху робочого органу під час поперечних коливань, зумовлених зовнішніми силовими факторами. Вона являє собою суму загального розв'язку, відповідного до вільних коливань з опором (однорідного рівняння) і окремого розв'язку неоднорідного диференціального рівняння, залежного від зовнішньої змушувальної сили, перетвореної у вигляд psin t . Уперше отримано критерій стійкого руху робочого органу в одновісному безконтактному приводі. Критерій визначено енергетичним методом для випадку малих поперечних коливань робочого органа біля положення рівноваги, спричинених зовнішніми збуреннями. Його адекватність перевірено серією розрахунків із варіюванням параметрів математичної моделі. Виконання умов критерію гарантує стійкий характер руху робочого органу за найнебезпечнішого поєднання параметрів механічної системи, коли виникає явище резонансу та початкові умови сприяють максимальному збільшенню початкової амплітуди коливань. A computational model of forced transverse vibrations of a working body in a uniaxial non-contact drive, which are successfully used in precision engineering, instrument engineering, robotics, plasma and laser cutting machines, precision EDM machines, automatic packaging systems and transport machines, optics, is proposed. A mathematical model has been developed, the solution of which determines the law of motion of the working body during transverse oscillations caused by external force factors. It is the sum of the general solution corresponding to free vibrations with resistance (homogeneous equation) and a separate solution of a heterogeneous differential equation, depending on the external forcing force, transformed into appearance psin t. For the first time, the criterion of stable movement of the working body in a single-axis non-contact drive is obtained. The criterion is determined by the energy method for the case of small transverse vibrations of the working body near the equilibrium position caused by external disturbances. Its adequacy was verified by a series of calculations with varying parameters of the mathematical model. The fulfilment of the criterion conditions guarantees the stable nature of the working body movement under the most dangerous combination of mechanical system parameters, when the resonance phenomenon occurs and the initial conditions contribute to the maximum increase in the initial amplitude of oscillations.Item Аналіз конструкцій та підходи щодо проєктування безконтактного привода обертання на опорах із газовим змащенням як єдиної та регульованої динамічної системи(Національний авіаційний університет, 2024-12) Брешев, О.; Башта, О.; Носко, П.; Харченко, А.; Герасимов, В.; Ладик, А.; Breshev, O.; Bashta, O.; Nosko, P.; Kharchenko, A.; Herasymov, V.; Ladyk, A.Представлено порівняльний аналіз конструкцій безконтактних приводів обертання на опорах із газовим змащенням, які використовують у машинах і механізмах різного призначення - мікротурбінних генераторах, двокоординатних столах переміщень, пневмошпинделях, верстатах різання монокристалів. Показано техніко-технологічні переваги безконтактних прямих приводів обертання з опорами на газовому мастилі. Обґрунтовано підходи щодо проєктування приводу як єдиної та регульованої динамічної системи, характеристики якої встановлюються та коригуються зміною конструкції, технологічних параметрів і регулюванням аеростатичних опор. The paper presents a comparative analysis of the designs of non-contact rotational drives on gas-lubricated bearings used in machines and mechanisms for various purposes, such as microturbine generators, two-axis displacement tables, pneumatic spindles, and single-crystal cutting machines. The technical and technological advantages of non-contact direct rotational drives with gas-lubricated bearings are shown. The approaches to designing the drive as a single and adjustable dynamic system, the characteristics of which are established and adjusted by changing the design, technological parameters, and adjusting the aerostatic supports, are considered.Item Дослідження динаміки пневмошпинделя на конічних газостатичних опорах за допомогою обчислювальних експериментів засобами CAD/CAE(Національний авіаційний університет, 2024-12) Брешев О.В.; Breshev O.V.; Носко П.Л.; Nosko P.L.; Башта О.В.; Bashta O.V.; Герасимова О.В.; Herasymova O.V.; Радько М.О.; Radko M.O.; Соколовський Д.О.; Sokolovskyi D.O.Наведено результати дослідження динамічної стійкості пневмошпинделя на конічних газостатичних підшипниках на основі визначення критичних частот обертання валу, амплітуд вимушених коливань та реакцій в опорах, рівня його допустимого дисбалансу. Розроблено тривимірні твердотільна, динамічна і кінцево-елементна моделі в САПР, визначено власні частоти коливань і критичні частоти обертання пневмошпинделя, проведено розрахунок та аналіз величин амплітуд вимушених коливань, реакцій в опорах пневмошпинделя на сталих та перехідних режимах обертання. Визначено умови, за яких високошвидкісний пневмошпиндель збереже свою динамічну стійкість та працездатність. The results of a study of the dynamic stability of a pneumatic spindle on tapered gas-static bearings are presented based on determining the critical shaft rotation speeds, the amplitudes of forced vibrations and reactions in the supports, and the level of its permissible imbalance. Three-dimensional solid-state, dynamic and finite element models in CAD were developed, natural vibration frequencies and critical rotation frequencies of the pneumatic spindle were determined, the possibility of shifting the rotor natural frequencies caused by the action of centrifugal forces and the gyroscopic effect were explained. Calculations and analysis of the magnitudes of the amplitudes of forced vibrations, reactions in the pneumatic spindle supports in steady-state and transient rotation modes were carried out; it is shown that in the subcritical and postcritical regions, the trajectories of the center of masses remain symmetrical, in the critical region of the rotation speed, the amplitudes of oscillations of the spindle shaft center of masses increase, maintaining its dynamic stability and efficiency, and the increase in amplitudes at resonance does not lead to a violation of the support serviceability. The conditions under which a high-speed pneumatic spindle will retain its dynamic stability and performance in the case of simultaneous loading of the supports by both external forces and forces occurring at resonance have been determined.Item Створення регульованих конічних аеростатичних опор для безконтактних прямих приводів машин(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024-12) Брешев, О. В.; Носко, П. Л.; Башта, О. В.; Радько, М. О.; Breshev, O.; Nosko, P.; Bashta, О.; Radko, M.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 систе м 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 проектування безконтактних приводів, а для перевірки проектних 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 The article is devoted to making adjustable conical air bearings. Its application in different machines allows increase load capacity and reliability, speed extension, reduce mass, overall dimensions and air consumption, secure stable rotary motion in speed wide range due to adjustment of static and dynamic characteristics of direct drives. Mathematical models of single-support and multi-support systems have been designed for study of its characteristics and efficiency of suggested improvements. Function relations between structural, functional, geometric parameters of conical aerostatic systems have been theoretically determined for adjustable air gap that allows change load capacity and dynamic characteristics of non-contact direct drives. Method of parametric conversion of conical bearings to radial and thrust bearings has been suggested. It gives analytical solution of non-contact drive static characteristics. Analytical stability criterion of rotor of single-support system has been determined. Working capacity conditions have been analytically obtained from mass and inertial properties, parameters and characteristics of air-bearing direct drive. Adjustable conical air-bearing pneumatic spindle has been manufactured. Experimental set-up and experimental technique have been designed for validation theoretical results. Design procedure of air-bearing non-contact drives has been engineered. Algorithm of numerical experiment of static characteristics and dynamic properties has been engineered for design decision verification.Item Study of the dynamics of spindle shaft on gas-static bearings(National Aviation University, 2024-03) Breshev, Oleksii Volodymyrovych; Nosko, Pavlo Leonidovych; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Bashta, Alla Oleksiivna; Radko, Maksym Olehovych; Брешев, Олексій Володимирович; Носко, Павло Леонідович; Башта, Олександр Васильович; Башта, Алла Олексіївна; Радько, Максим ОлеговичThis study delves into the complex dynamics of spindle shafts mounted on gas-static bearings, employing computational experiments and analysis to reveal crucial insights for optimizing high-precision machining processes. We identify natural frequencies and resonant tendencies of spindle vibrations through advanced Finite Element Method (FEM) simulations, highlighting their impact on operational stability and machining quality. Deliberately introduced imbalances further illuminate the dynamic behavior, displaying the detrimental effects of resonance on spindle performance. To mitigate these effects, we explore various technical solutions, including reducing rotor imbalances and intensifying acceleration through critical regions. Ultimately, this investigation provides a comprehensive understanding of spindle dynamics on gas-static bearings, guiding the development of robust and high-precision spindles for a range of industrial applications beyond just machining, such as precision robotics and microfabrication.Item Визначення втрат потужності внаслідок періодичного стискання-розширення масляно-повітряної суміші між зубцями зубчастих коліс. Частина 1. Математична модель(Національний технічний університет «Харківський політехнічний iнститут», 2023-12-18) Носко, Павло Леонідович; Nosko, Pavlo Leonidovych; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Бойко, Григорій Олексійович; Boiko, Grygorii Oleksiiovych; Мельник, Володимир Борисович; Melnyk, Volodymyr Borysovych; Башта, Алла Олексіївна; Bashta, Alla OleksiivnaПри одночасному контакті двох пар зубців між їхніми активними профілями утворюється замкнений об'єм мастило–повітряної суміші. Процес зменшення цього об'єму призводить до виникнення такого негативного явища, як періодичне стиснення і розширення масляно-повітряної суміші в об'ємі. За високих швидкостей обертання зубчастих коліс спостерігається різке підвищення тиску масляно-повітряної суміші і, як наслідок, виникнення додаткової вібрації зубчастої передачі. Швидкість витікання мастило–повітряної суміші може досягати швидкості звуку, що спричиняє додатковий шум під час експлуатації зубчастої передачі, а за високих частот обертання в замкненому між зубцями шестерні та колеса просторі виникає гідравлічний удар, результатом якого є кавітація. Представляючи косозубе колесо як сукупність прямозубих коліс, зміщених одне відносно одного в тангенціальному напрямку, математична модель зводиться до опису термодинамічних процесів у послідовних ізольованих порожнинах. Представлено математичну модель періодичного стискання-розширення масляно- повітряної суміші в замкненому між зубцями просторі, яка враховує площі поперечних перерізів осьових і радіальних потоків мастило–повітряної суміші, тиск навколишнього середовища, замкненого в простір між зубцями, швидкість радіального потоку мастило–повітряної суміші, миттєвий об'єм замкненої між зубцями елементарної порожнини та поточний тиск в і й порожнині.Item Визначення втрат тертя ковзання в зубчастій парі(Національний авіаційний університет, 2023-06) Носко, Павло Леонідович; Nosko, Pavlo Leonidovych; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Бойко, Григорій Олексійович; Boiko, Grygorii Oleksiiovych; Башта, Алла Олексіївна; Bashta, Alla OleksiivnaПідвищення показників працездатності зубчастих приводів машин є актуальним завданням, тому для оцінки загальних втрат в зачепленні варто розглянути всі складові втрат. Для вирішення зазначеного завдання у статті запропоновано спосіб визначення втрат на тертя ковзання в зубчастій парі. На цей час вплив ковзання в напрямку лінії контакту зубців на коефіцієнт тертя та умови змазування вивчені недостатньо. В опублікованих роботах наявні дві групи напіваналітичних моделей. Перша група авторів досліджувала ефективність прямозубих передач, припускаючи, що коефіцієнт тертя постійний уздовж всієї поверхні контакту поверхонь тертя в будь-яких положеннях зубчастих коліс при їх обертанні. Друга група напіваналітичних моделей може розглядатися, як поліпшення моделей першої групи з постійним коефіцієнтом тертя. Точність опису за допомогою цих моделей обмежена точністю використовуваних в них емпіричних формул. Ці емпіричні формули не носять загальний характер і часто є функцією певних типів мастила, наявних температур, швидкісних і навантажувальних меж, чистоти поверхонь випробовуваних зразків. Коефіцієнт тертя ковзання залежить від швидкості руху сполучених зубців і властивостей мастильного матеріалу, також він може враховувати такі чинники, як величини нормального навантаження, шорсткість поверхонь зубців та радіуси кривизни профілів зубців. Отримано залежності, за якими можна визначити роботу, витрачену на тертя вздовж усієї лінії зачеплення, враховуючи при цьому коефіцієнти тертя в зубчастій парі при однопарному і двохпарному зачепленні. При цьому коефіцієнт тертя в зубчастій передачі може бути змінний по швидкості спряжених поверхонь, але однаковий при двохпарному та однопарному зачепленні. Отримано аналітичні залежності, що дають змогу розраховувати втрати потужності внаслідок тертя ковзання залежно від кінематичних, силових і міцнісних чинників, властивостей матеріалів мастильних матеріалів і матеріалів коліс.Item Показники працездатності конхоїдальних циліндричних прямозубих передач з підвищеною вантажопідйомністю. Експеримент(Національний авіаційний університет, 2021-12) Носко, Павло Леонідович; Nosko, Pavlo Leonidovych; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Семак, Інна Вікторівна; Semak, Inna Viktorivna; Герасимова, Ольга В'ячеславівна; Herasymova, Olha Viacheslavivna; Башта, Алла Олексіївна; Bashta, Alla OleksiivnaСтаття присвячена актуальному завданню підвищення показників працездатності зубчастих приводів машин. Для вирішення зазначеного завдання у статті запропоновано застосувати конхоїдальне зачеплення, виготовлене зі зміщенням вихідного контуру та особливими умовами контакту. Особливістю запропонованого зачеплення є менша у порівнянні зі звичайним конхоїдальним зачепленням чутливість до похибок виготовлення та монтажу. Випробування передач на контактну міцність здійснювалося на стенді розімкнутого типу, як гальмівний пристрій використовувалося електромагнітне порошкове гальмо. Випробування проводилися при ступінчастому навантаженні експериментальних передач відповідно до вибраних режимів, під час випробувань через кожні півгодини фіксувалися активна потужність, яка споживається приводним електродвигуном та навантажуючий момент гальмівного пристрою. Кожні 8 годин візуально контролювався стан контактуючих поверхонь зубців, фіксувалися площі вкриті раковинами викришування по п’яти зубцям шестірні, рівномірно розташованим по периметру. У ході випробувань також контролювалося значення температури масла, яка встановилася на кожному етапі навантаження. У ході експериментальних досліджень було проведено випробування двох варіантів передач: евольвентної зі зміщенням та конхоїдальної зі зміщенням. Підтверджено теоретичні висновки про більш високу (на 20%) контактну міцність конхоїдальних циліндричних передач. Значне зниження ККД редуктора при значенні крутного моменту Нм, пов'язане з втомним руйнуванням більш ніж 50% активних поверхонь зубців; також мало місце різке збільшення температури масла, що теж можна пов'язати з руйнуванням активних поверхонь зубців. Для порівняння експериментальних даних з теоретичними було визначено відношення ККД редукторів з випробуваними передачами. Отримані співвідношення різняться на 5,5%. Це свідчить про задовільний збіг теоретичних та експериментальних даних за показником втрат у зачепленні. Робота конхоїдальної передачі супроводжувалася меншим тепловиділенням, що також свідчить про менші втрати у зачепленні. Областю застосування нового зачеплення є приводи машин для передачі великих потужностей.Item Трифон Башта: Життя, віддане науці та авіації(Національна академія наук України, 2021-10) Башта, Олена Трифонівна; Bashta, Olena Tryfonivna; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr VasylovychРозповідь про Трифона Максимовича Башту почнемо з короткої анотації, яку наведено в довіднику «Народжені Україною. Золоті імена України»: «Фундатор вітчизняної наукової школи промислової гідравліки. Провідний конструктор зі створення гідравлічних систем. Дві стратегічні галузі – верстатобудівна та авіаційна своїм прогресом певного мірою зобов'язані саме йому». Учні й соратники шанують пам'ять професора Трифона Максимовича Башти. Його наукові праці актуальні і нині. Написані ним підручники і досі залишаються головними посібниками з питань гідравліки й гідроприводу для студентів технічних вузів, де вивчають застосування гідравліки на літальних апаратах і в загальному машинобудуванні. Створені ним конструкції систем і елементів гідравлічного приводу становлять основу для сучасних розробок в галузях авіа- та машинобудування.Item Показники працездатності конхоїдальних циліндричних прямозубих передач з підвищеною вантажопідйомністю. Теорія(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021-07) Ткач, Павло Миколайович; Tkach, Pavlo Mykolaiovych; Носко, Павло Леонідович; Nosko, Pavlo Leonidovych; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Бойко, Григорій Олексійович; Boiko, Grygorii Oleksiiovych; Герасимова, Ольга В'ячеславівна; Herasymova, Olha ViacheslavivnaСтаття присвячена актуальному завданню підвищення показників працездатності зубчастих приводів машин. Для вирішення зазначеного завдання у статті запропоновано застосувати конхоїдальне зачеплення, виготовлене зі зміщенням вихідного контуру та особливими умовами контакту. Особливістю запропонованого зачеплення є менша у порівнянні зі звичайним конхоїдальним зачепленням чутливість до похибок виготовлення та монтажу. У результаті теоретичних досліджень були визначені показники працездатності такого зачеплення. Областю застосування нового зачеплення є приводи машин для передачі великих потужностей.Item Розробка автоматичної системи керування температурою у складських приміщеннях мультитемпературного типу класу «с»(Національний авіаційний університет, 2021-05) Сарабєєв, Павло Ігорович; Sarabieiev, Pavlo Ihorovych; Носко, Павло Леонідович; Nosko, Pavlo Leonidovych; Башта, Олександр Васильович; Bashta, Oleksandr Vasylovych; Мельник, Володимир Борисович; Melnyk, Volodymyr Borysovych; Герасимова, Ольга В’ячеславівна; Herasymova, Olha ViacheslavivnaДля складських приміщень мультитемпературного типу класу «С» запропонована автоматична система керування температурою централізованого типу на аналогової шині, яка має високі технічні характеристики, а саме: швидкодія - час стояння на точці менше 0,1 секунди; системна мультиплікативна похибка не перевищує 0,15%, а адитивна приведена похибка дорівнює 0,05%; завадозахищеність знижена з 30% похибки майже до нуля. Застосування таких систем є економічно рентабельним та дозволяє для невеликих приміщень значно розширити ринок складської продукції.