Оцінка довговічності несучих валів ексцентрикових механізмів

Автор(и)

  • Dinara Arinova Казахстанський Національний дослідницький технічний університет імені К. Сатпаєва вул. Сатпаєва, 22а, м. Алмати, Казахстан, 050013, Казахстан https://orcid.org/0000-0001-7074-9904
  • Borys Uspensky Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0001-6360-7430
  • Konstantin Avramov Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0002-8740-693X
  • Vitaly Povetkin Казахстанський Національний дослідницький технічний університет імені К. Сатпаєва вул. Сатпаєва, 22а, м. Алмати, Казахстан, 050013, Казахстан https://orcid.org/0000-0002-3872-3488

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174030

Ключові слова:

ексцентриковий механізм, багатоциклова втома, скінченно-елементний аналіз, динамічні навантаження, діаграма Кемпбела

Анотація

Запропоновано методику аналізу довговічності несучих валів ексцентрикових механізмів на основі скінченно-елементного моделювання. При проведенні аналізу досліджується усталений рух механізму. Аналіз довговічності базується на моделі адитивного накопичення пошкоджень. Оцінка напружень у валу проводиться на базі скінченно-елементного моделювання функціонування механізму в усталеному режимі на робочих частотах, які є найближчими до критичних. Після виявлення концентраторів напружень та найнапруженіших ділянок валу проводиться аналіз характерного циклу навантаження. Після зведення циклу навантаження до низки симетричних циклів проводиться оцінка пошкодження валу на кожному циклі та його ресурсу.

На базі запропонованого методу проведено аналіз довговічності несучого валу центробіжно-гіраційного рудного млину кулісного типу. На базі механічної моделі з метою підвищення ефективності та швидкодії скінченно-елементного розрахунку побудовано спрощену розрахункову модель. Запропоновано модель руху руди в помольних камерах при усталеному режимі руху. Побудовано діаграми Кемпбела коливань системи та виявлено, що механізм млину не входить до резонансу з робочою частотою збудження. Виявлено ділянку концентрації механічних напружень та ділянку максимальних механічних напружень у валу млину. Проведено аналіз умов функціонування валу та обчислено значення межи витривалості матеріалу валу в зоні найбільших напружень. Побудовано характерний цикл навантаження валу млина при усталеному режимі роботи, який складається з 16 ділянок. Кожну ділянку зведено до симетричного циклу, що дозволило обчислити пошкодження валу на кожній ділянці циклу та на всьому циклі навантаження в цілому. Застосування методики адитивного накопичення пошкоджень дозволило оцінити ресурс валу млина. Запропоновану методику оцінки довговічності несучого валу може бути використано для аналізу ресурсу різноманітних гірничопереробних механізмів, обладнання легкої промисловості та віброгенераторів

Біографії авторів

Dinara Arinova, Казахстанський Національний дослідницький технічний університет імені К. Сатпаєва вул. Сатпаєва, 22а, м. Алмати, Казахстан, 050013

Докторант

Кафедра індустрійної інженерії

Borys Uspensky, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Кандидат технічних наук

Відділ надійності та динамічної міцності

Konstantin Avramov, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Доктор технічних наук, професор

Відділ надійності та динамічної міцності

Vitaly Povetkin, Казахстанський Національний дослідницький технічний університет імені К. Сатпаєва вул. Сатпаєва, 22а, м. Алмати, Казахстан, 050013

Доктор технічних наук, професор

Кафедра індустрійної інженерії

Посилання

  1. Fatemi, A. (2004). Fatigue behavior and life predictions of notched specimens made of QT and forged microalloyed steels. International Journal of Fatigue, 26(6), 663–672. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2003.10.005
  2. Daemi, N., Majzoob, G. H. (2011). Experimental and Theoretical investigation on notched specimen’s life under bending loading. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, 5 (8), 1639–1643.
  3. Bader, Q., Kadum, E. (2014). Effect of V notch shape on fatigue life in steel beam made of AISI 1037. International Journal of Engineering Research and Applications, 4 (6 (6)), 39–46.
  4. Zhao, L.-H., Xing, Q.-K., Wang, J.-Y., Li, S.-L., Zheng, S.-L. (2019). Failure and root cause analysis of vehicle drive shaft. Engineering Failure Analysis, 99, 225–234. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.025
  5. Shinde, V., Jha, J., Tewari, A., Miashra, S. (2017). Modified Rainflow Counting Algorithm for Fatigue Life Calculation. Proceedings of Fatigue, Durability and Fracture Mechanics, 381–387. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-10-6002-1_30
  6. Wang, Y. (2010). Spectral fatigue analysis of a ship structural detail – A practical case study. International Journal of Fatigue, 32 (2), 310–317. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2009.06.020
  7. GopiReddy, L. R., Tolbert, L. M., Ozpineci, B., Pinto, J. O. P. (2015). Rainflow Algorithm-Based Lifetime Estimation of Power Semiconductors in Utility Applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 51 (4), 3368–3375. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2015.2407055
  8. Fatemi, A., Yang, L. (1998). Cumulative fatigue damage and life prediction theories: a survey of the state of the art for homogeneous materials. International Journal of Fatigue, 20 (1), 9–34. doi: https://doi.org/10.1016/s0142-1123(97)00081-9
  9. Quigley, J. P., Lee, Y.-L., Wang, L. (2016). Review and Assessment of Frequency-Based Fatigue Damage Models. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 9 (3), 565–577. doi: https://doi.org/10.4271/2016-01-0369
  10. Ariduru, S. (2004). Fatigue life calculation by rainflow cycle counting method. Ankara.
  11. Yoon, M., Kim, K., Oh, J. E., Lee, S. B., Boo, K., Kim, H. (2015). The prediction of dynamic fatigue life of multi-axial loaded system. Journal of Mechanical Science and Technology, 29 (1), 79–83. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-014-1212-1
  12. Rao, J. S. (2010). Optimized Life Using Frequency and Time Domain Approaches. IUTAM Bookseries, 13–26. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-007-0020-8_2
  13. Ragan, P., Manuel, L. (2007). Comparing Estimates of Wind Turbine Fatigue Loads Using Time-Domain and Spectral Methods. Wind Engineering, 31 (2), 83–99. doi: https://doi.org/10.1260/030952407781494494
  14. Singh, A., Soni, V., Singh, A. (2014). Structural Analysis of Ladder Chassis for Higher Strength. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 4 (2), 253–259.
  15. Thriveni, K., Chandraiah, B. J. (2013). Modeling And Analysis Of The Crankshaft Using Ansys Software. International Journal of Computational Engineering Research, 3 (5), 84–89.
  16. Espadafor, F. J., Villanueva, J. B., García, M. T. (2009). Analysis of a diesel generator crankshaft failure. Engineering Failure Analysis, 16 (7), 2333–2341. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2009.03.019
  17. Fonte, M., Reis, L., Romeiro, F., Li, B., Freitas, M. (2006). The effect of steady torsion on fatigue crack growth in shafts. International Journal of Fatigue, 28 (5-6), 609–617. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2005.06.051
  18. SongSong, S., MaoSong, W., Hui, W., Ying, Z., Mei, X. X. (2019). Study of component high cycle bending fatigue based on a new critical distance approach. Engineering Failure Analysis, 102, 395–406. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.04.050
  19. Zhu, C., He, J., Peng, J., Ren, Y., Lin, X., Zhu, M. (2019). Failure mechanism analysis on railway wheel shaft of power locomotive. Engineering Failure Analysis, 104, 25–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.05.013
  20. Rusiński, E., Harnatkiewicz, P., Przybyłek, G., Moczko, P. (2010). Analysis of the Fatigue Fractures in the Eccentric Press Shaft. Solid State Phenomena, 165, 321–329. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.165.321
  21. Thamaraiselvan, A., Thanesh, A., Suresh, K., Palani, S. (2016). Design and Development of Reliable Integral Shaft Bearing for Water Pump in Automotive Engine to Reduce Assemble Time and Increase Production. Indian Journal of Science and Technology, 9 (1). doi: https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i1/85756
  22. Kurle, A., Raut, L. (2013). A Review on Design and Development of Eccentric Shaft for Cotton Ginning Machine. International Journal of Engineering Research & Technology, 2 (1).
  23. Arinova, D. B., Askarov, E. S., Popov, G. (2018). Investigation and design testing of the centrifugal gyratory mill of a coulisse type. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 2 (428), 61–71.
  24. Vol'dek, A. I., Popov, V. V. (2010). Elektricheskie mashiny peremennogo toka. Sankt-Peterburg: Piter, 350.
  25. Nisbett, J. K., Budynas, R. G. (2006). Shigley's Mechanical Engineering Design. New York: McGraw-Hill Education, 1109.
  26. Marin, J. (1962). Mechanical Behavior of Engineering Materials. New Jersey: Prentice-Hall, 502.
  27. Dragunov, Yu. G., Zubchenko, A. S., Kashirskiy, Yu. V. et. al. (2014). Marochnik staley i splavov. Moscow, 1216.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-10-11

Як цитувати

Arinova, D., Uspensky, B., Avramov, K., & Povetkin, V. (2019). Оцінка довговічності несучих валів ексцентрикових механізмів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1 (101), 22–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174030

Номер

Том 5 № 1 (101) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Dinara Arinova, Borys Uspensky, Konstantin Avramov, Vitaly Povetkin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.