Винтовой тип симметрии в деталях машин и дизайне при реализации на 3D-принтере

Авторы

  • T. I. Sheyko Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0003-3295-5998
  • K. V. Maksymenko-Sheiko Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина (61022, Украина, г. Харьков, площадь Свободы, 4), Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7064-2442
  • A. I. Morozova Харьковский национальный университет радиоэлектроники, (61166, Украина, г. Харьков, пр. Науки, 14), Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7082-4115

Ключевые слова:

теория R-функций, 3D-печать, винтовой тип симметрии, шнек

Аннотация

Создание математических моделей для реализации 3D-печати представляет значительный интерес, который связан с активным внедрением 3D-печати в различные отрасли промышленности. Достоинства применения 3D-печати: изготовление нестандартных моделей, сокращение времени на создание новых прототипов, простота и значительная дешевизна производства, использование современных сверхпрочных материалов. Изготовление деталей машин с винтовым типом симметрии происходит различными, зачастую весьма сложными способами. Это литьё с последующей токарной обработкой, способы горячей деформации, электрофизические и электрохимические способы и др. Весьма перспективным может оказаться их изготовление на 3D-принтере. В данной работе применяется теория R-функций для математического и компьютерного моделирования геометрических объектов с винтовым типом симметрии при реализации технологии 3D-печати. Аналитическая запись проектируемых объектов дает возможность использовать буквенные геометрические параметры, сложные суперпозиции функций, что, в свою очередь, позволяет оперативно изменять их конструктивные элементы. Рабочей деталью многих механизмов для продвижения материала вдоль винтовой вращающейся поверхности является шнек. Шнеки используются вместо колес в некоторых видах вездеходов или комбайнов. Они являются незаменимой деталью в экструдерах и на буровых станциях. На крупных предприятиях их используют в качестве средства транспортировки сыпучих веществ. Шнеки незаменимы в пищевой промышленности. Помимо прочего, они используются в стрелковом оружии, где деталь исполняет роль магазина для патронов. В работе построены математические и компьютерные модели шнеков с переменным и постоянным шагом закрутки, реализованные на 3D-принтере. В энергетических установках и других технических устройствах широко используется закрутка потока для организации и интенсификации различных процессов. Закрутка является эффективным средством стабилизации пламени в камерах сгорания газотурбинных двигателей; используется для интенсификации тепло- и массообмена в каналах; в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Построены математические и компьютерные модели шнекового завихрителя, трубы с локальной закруткой, скрученной трубы сложного поперечного сечения, которые реализованы на 3D-принтере. Осуществлен также процесс построения настольной лампы с дизайнерским оформлением в виде скрученных торов эллиптического сечения.

Биографии авторов

T. I. Sheyko, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Доктор технических наук

K. V. Maksymenko-Sheiko, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина (61022, Украина, г. Харьков, площадь Свободы, 4)

Доктор технических наук

Библиографические ссылки

Khalatov, A. A., Avramenko, A. A., & Shevchuk, I.V. (2000). Teploobmen i gidrodinamika v polyakh tsentrobezhnykh massovykh sil [Heat transfer and hydrodynamics in the fields of centrifugal mass forces (Vol. 1–4): Swirl flows (Vol. 3)]. Kiyev:Institute ofEngineering Thermophysics of NASU, 476 p. (in Russian).

Rvachev, V. L. (1982). Teoriya R-funktsiy i nekotoryye yeye prilozheniya [The R-functions theory and some of its applications]. Kiyev: Naukova dumka, 552 p. (in Russian).

Rvachev, V. L. & Sheiko, T. I. (1995). R-functions in boundary value problems in mechanics. Appl. Mech. Reviews, vol. 48, no. 4, pp. 151–188. https://doi.org/10.1115/1.3005099

Maksimenko-Sheyko, K. V. (2009). R-funktsii v matematicheskom modelirovanii geometricheskikh obyektov i fizicheskikh poley [R-functions in mathematical modeling of geometric objects and physical fields].Kharkov: IPMashNAN Ukrainy, 306 p. (in Russian).

Litvinova, Yu. S., Maksimenko-Sheyko, K. V., Sheyko, T. I., & Tolok, A.V. (2016). Analiticheskaya identifikatsiya mashinostroitelnykh detaley s pomoshchyu R-funktsiy [Analytical identification of machine-building parts using R-functions]. Informatsionnyye tekhnologii v proyektirovanii i proizvodstve − Information Technologies in Design and Production, no. 1 (161), pp. 38–44 (in Russian).

Lisin, D. A., Maksimenko-Sheyko, K. V., Tolok, A. V., & Sheyko, T. I. (2011). R-funktsii v kompyuternom modelirovanii dizayna 3D-poverkhnosti avtomobilya [R-functions in computer simulation of the design of the 3D surface of a car]. Prikladnaya informatika − Journal of Applied Informatics, no. 6 (36), pp. 78−85 (in Russian).

Загрузки

Опубликован

2019-03-19

Выпуск

Раздел

Прикладная математика