Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Investigation of thermomechanical processes in miniature membrane elastic elements

Tykhan M., Dilay I., Markina O., Markovych V.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2020

|

Vol. 98, nr 1

24--31

EN

Purpose: The demand for the devices structures reliability and machines requires understanding elements operation, in particular elastic elements, under the effect of nonstationary temperature factors. Therefore, it is important to investigate the behaviour of these elements under variable temperature effecting. Design/methodology/approach: In this article, the temperature field and the thermal stresses of the membrane type elastic elements, as well as the thermal deformation of its body part were investigated by the method of numerical analysis. The theoretical results have experimental confirmation. Findings: The article shows possibilities significantly reduce the thermal stress in an elastic element, thereby increase its functional and structural reliability by varying the geometric parameters of the elastic element, the materials selection, and body shape. Research limitations/implications: Numerical modelling of thermal processes requires accurate information about the physico-mechanical properties of materials and heat-exchange coefficient, which in practice may differ from the theoretical ones. Therefore, experimental confirmation of research and decisions is needed. The influence of the "hot" thermal shock was investigated. There is performed interest to investigate the "cold" thermal shock. Practical implications: The obtained results allow creating elastic elements with better functional characteristics for operation in a wide temperature range. They can also be used in the designing of elastic elements not only of membrane type. Originality/value: Performed investigation of thermomechanical processes in the membrane elastic element has revealed important features of its temperature deformations with nonstationary thermal influence. Namely, the nature of thermal deformations can be changed by selecting the geometrical parameters of the element, its material, as well as the conditions of heat-exchange conditions with mating member (body). In this way, it is possible to obtain a controlled deformation and to design the elastic elements with predetermined functional tasks. On the other hand, the design of the membrane element body can create elastic hinges, which allows reducing the thermal stress in the membrane, which significantly increases the reliability of the element operation of this type in conditions of non-stationary temperatures. In general, the conducted investigations allow efficient design of elastic elements for devices, sensors and other precision mechanisms.

2

System kompensacji odkształceń cieplnych śruby pociągowej. Kompensacja błędów w maszynach ze sterowaniem FANUC 31i-B

Miądlicki K., Majda P., Zapłata J.

Napędy i Sterowanie

|

2018

|

R. 20, nr 11

18--21

PL

Współczesne obrabiarki muszą spełniać wiele wymagań, z których najważniejszym jest osiąganie wysokiej dokładności i powtarzalności wytwarzanych wyrobów. Niestety, istnieje też wiele czynników, które mogą wpłynąć na błąd pozycjonowania elementów wykonawczych maszyn. Jednym z najlepszych sposobów zapobiegania problemom jest wyposażanie obrabiarek w zaawansowane systemy sterowania CNC, umożliwiające skuteczną kompensację błędów.

3

Modelowanie odkształceń cieplnych obrabiarki precyzyjnej metodą MES

Zapłata J.

Modelowanie Inżynierskie

|

2017

|

T. 32, nr 63

114--122

PL

W artykule przedstawiono wyniki zamodelowanych, za pomocą metody elementów skończonych, odkształceń cieplnych frezarki CNC wynikające z pracy jej napędu głównego. Omówiono model cieplny obrabiarki, jej model mechaniczny oraz procedury umożliwiające obliczenie warunków granicznych dla wspomnianych modeli. Celem publikacji jest ukazanie wpływu, jaki wywierają poszczególne warunki brzegowe przyjmowane w toku modelowania na wyniki końcowe analiz odkształceń cieplnych. Proces szacowania poszczególnych warunków brzegowych jest czasochłonny, szczególnie w przypadku braku gotowych aplikacji umożliwiających ich obliczenie. Ponadto wymaga on często specjalistycznej wiedzy. Dlatego możliwość pominięcia niektórych zjawisk lub dopuszczenia większego marginesu błędu ich oszacowania, bez znaczącego pływu na wyniki końcowe analizy, jest korzystna dla konstruktorów oceniających wartości odkształceń cieplnych obrabiarek precyzyjnych za pomocą metody MES.

EN

The paper presents results of FEM analysis of CNC milling machine thermal error arising during its spindle work. The thermal and mechanical model were presented. Procedures allowing to estimate the border conditions were described. The paper aims to assess the influence of relevant border conditions on FEM analysis results. The process of evaluating the border conditions requires specific knowledge and is time-consuming, especially if no dedicated software is accessible. Therefore possibility to neglect insignificant phenomena or to widen allowed estimation error margin, without noticeably influencing analysis result, is valuable for designers evaluating thermal errors by means of FEM analysis.

4

Implementacja bezprzewodowego układu kompensacji odkształceń cieplnych osi posuwu w tokarce CNC ze śrubą toczną

Zapłata J., Pajor M., Stateczny K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2016

|

T. 27, nr 58

145--151

PL

W artykule przedstawiono bezprzewodowy system kompensacji odkształceń cieplnych śrub pociągowych zaimplementowany w tokarce typu Avia Turn. Funkcjonowanie systemu opiera się na pomiarze rozkładów temperatur za pomocą czujników umieszczonych we wnętrzu śrub pociągowych. Wykorzystano czujniki z wbudowanym interfejsem cyfrowym. Dane, zawierające wartości temperatur, przesyłane są do układu PLC obrabiarki za pomocą energooszczędnego, bezprzewodowego interfejsu. Zastosowanie opracowanych procedur obliczeniowych pozwala określić wartość poprawki redukującej wpływ odkształceń cieplnych na dokładność pozycjonowania osi. Wartość ta jest zależna od pozycji oraz aktualnego stanu temperaturowego. W pracy przedstawiono zarejestrowane doświadczalnie temperatury, odchyłki położenia osi napędowych oraz obliczone poprawki potwierdzające skuteczność działania opracowanego systemu kompensacji.

EN

The paper presents a wireless set for compensation of the thermal error of CNC axes installed in “Avia Turn”. The set uses temperature sensors installed inside ball screws for measuring the thermal state of CNC axes. The sensors have build-in digital interfaces. Thermal data are sent to the PLC of a CNC lathe by means of an energyefficient wireless interface. The developed mathematical model allows to compute correction values reducing the influence of the positioning thermal error. The correction values are position- and temperature-dependent. The measured temperatures, positioning thermal errors and evaluated correction values have been shown validating the functionality of the set.

5

The Numerical Analysis of the Phenomena of Superficial Hardening of the Hot-Work Tool Steel Elements

Bokota A., Kulawik A., Szymczyk R., Wróbel J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2763--2772

EN

In the paper the complex model of hardening of the hot-work tool steel is presented. Model of estimation of phase fractions and their kinetics is based on the continuous heating diagram (CHT) and cooling diagram (CCT). Phase fractions which occur during the continuous heating and cooling (austenite, pearlite or bainite) are described by Johnson-Mehl (JM) formula. To determine of the formed martensite the modified Koistinen-Marburger (KM) equation is used. Model takes into account the thermal, structural, plastic strains and transformation plasticity. To calculate the plastic strains the Huber-Mises plasticity condition with isotopic hardening is used. Whereas to determine transformations induced plasticity the Leblond model is applied. The numerical analysis of phase compositions and residual stresses in the hot-work steel (W360) element is considered.

PL

W pracy przedstawiono kompleksowy model hartowania stali narzędziowej do pracy na gorąco. Model szacowania ułamków faz oraz ich kinetyki oparto na wykresach ciągłego nagrzewania (CTPA) oraz chłodzenia (CTPc). Ułamki faz powstałych podczas ciągłego nagrzewania i chłodzenia (austenit, perlit lub bainit) wyznaczane są równaniem Johnsona- Mehla. Do określenia tworzącego się martenzytu wykorzystano zmodyfikowane równanie Koistinena i Marburgera. W modelu uwzględniono odkształcenia cieplne, strukturalne, plastyczne oraz odkształcenia transformacyjne. Do wyznaczania odkształceń plastycznych zastosowano warunek plastyczności Hubera-Misesa ze wzmocnieniem izotropowym, natomiast do wyznaczenia odkształceń transformacyjnych wykorzystano model Leblonda. Dokonano analizy numerycznej składu fazowego oraz naprężeń hartowniczych w elementach wykonanych ze stali narzędziowej do pracy na gorąco (W360).

6

Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do kompensacji odkształceń cieplnych śrub pociągowych obrabiarek CNC

Pajor M., Zapłata J.

Modelowanie Inżynierskie

|

2014

|

T. 20, nr 51

70--76

PL

W prezentowanej pracy przedstawiono system kompensacji odkształceń cieplnych śrub pociągowych konwencjonalnych osi posuwu obrabiarek sterowanych numerycznie. Położenie osi napędowych prezentowanej obrabiarki jest korygowane o modelowaną wartość odkształceń cieplnych. Model odkształceń cieplnych oparto na architekturze sieci neuronowych. Przedstawiono porównanie wyników kompensacji osiągniętych przy zastosowaniu modelu neuronowego oraz modelu analitycznego. Zaprezentowany system umożliwia korektę położenia w trybie on-line. Poprawnie koryguje on odkształcenia cieplne napędów posuwu w układzie ułożyskowania: węzeł swobodnyustalającym jak i układów z napięciem wstępnym, najczęściej spotykanych w nowoczesnych obrabiarkach CNC.

EN

The paper presents CNC axis control system with build-in procedure for compensating thermal errors of ball screws. The axis position accuracy is improved by adding the computed correction value. In order to compute the correction value artificial neural networks were implemented. The comparison of compensation accuracy achieved by implementing ANN model and analytic model is shown. The presented system was designed to compensate online the thermal errors. The presented system was successful in reducing thermal errors in both: locating - nonlocating bearing arrangement, and, most commonly applied in novel machine tools, pretentioned ball screw arrangement.

7

Supervising and compensation of thermal error of CNC feed ball screw

Pajor M., Zapłata J.

Diagnostyka

|

2013

|

Vol. 14, No. 2

37--42

EN

The paper presents a set allowing for on-line monitoring of machine tool feed screw temperature. Indirect supervising of the feed screw thermal elongation protects ball bearings from excessive loads. Moreover, the usage of an appropriate model in the control system of the CNC machine tool allows for the reduction of ball screw thermal errors.

PL

Prezentowany w pracy układ pozwala na monitorowanie „on-line” temperatury śruby pociągowej obrabiarki. Pośredni nadzór wydłużenia cieplnego śruby zabezpiecza przed nadmiernym obciążeniem łożysk tocznych na skutek wydłużenia cieplnego śruby pociągowej. Dodatkowo zastosowanie odpowiedniego modelu w systemie sterowania obrabiarki CNC pozwala na redukcję „on-line” błędów pozycjonowania wynikających z odkształceń cieplnych śrub pociągowych obrabiarki.

8

Układ kompensacji "on-line" odkształceń cieplnych śruby pociągowej osi posuwu CNC

Pajor M., Zapłata J.

Modelowanie Inżynierskie

|

2012

|

T. 14, nr 45

116--121

PL

W artykule zaprezentowano układ umożliwiający kompensowanie odkształceń cieplnych śruby pociągowej obrabiarki. Opracowane rozwiązanie przeznaczone jest dla napędów konwencjonalnych ze sterowaniem numerycznym, obrotowo-impulsowym przetwornikiem obrotowym, śrubą toczną ułożyskowaną w układzie: węzeł ustalający – węzeł swobodny. Przedstawiono schemat konstrukcyjny rozwiązania, ulepszony algorytm sterowania obrabiarki, stanowisko badawcze oraz wykonane na nim pomiary potwierdzające skuteczność funkcjonowania zaproponowanego układu.

EN

The paper presents a novel set allowing to compensate the thermal error of a CNC machine feed axis screw. Invented solution is designed for a screw driven CNC axis, with encoder, in locating and non-locating bearing arrangement. Mechanical layout, modified control algorithm, test bed and results of conducted experiments proving correctness of introduced method were demonstrated.

9

Odkształcenia cieplne a niedokładność pomiaru sondą przedmiotową

Jacniacka E., Semotiuk L.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2011

|

R. 57, nr 9

985-988

PL

Sondy przedmiotowe coraz częściej są standardowym wyposażeniem obrabiarek CNC. Wykorzystywane są do pomiaru wymiarów pomiędzy zabiegami technologicznymi oraz do kontroli po zakończeniu obróbki. W procesach obróbki skrawaniem generowane są znaczne ilości ciepła., które kumulowane w przedmiocie obrabianym, powoduje wzrost jego temperatury i co za tym idzie zmianę wymiarów. W pracy zaprezentowano wyniki pomiaru sondą długości OMP 60 przedmiotów frezowanych wykonanych ze stali C45 i stopu aluminium 2017 A. Przeprowadzony eksperyment pokazał, że odkształcenia wywołane ciepłem generowanym w strefie skrawania są znaczące i nie można ich pominąć podczas pomiaru sondami przedmiotowymi.

EN

Inspection probes are used to measure dimensions between technological operations and to control after completing the machining. Machining generates significant amount of heat which is accumu-lated in a machined object causing change of the object dimensions. In this paper there is discussed the influence of thermal deformation on the accuracy of measurements taken by an inspection probe. In Section 2 there are presented the most important sources of measurement errors and methods for assessment of the measurement accuracy by means of the inspection probe. The study included measurements taken by the inspection probe after machining at given intervals. Two very popular materials, steel C45 and aluminium alloy 2017A, were chosen. In-cut milling with and without cooling with cutting fluid was used as a method of machining. In Fig. 1 the object with marked measurement points is presented. Fig. 2 shows the object fixed in workspace of the machining center. The results of measurements made with use of the inspection probe were compared with those obtained from CMM measurements in 20°C. Elongation ΔL was calculated as a difference between the measurement by the inspection probe OMP 60 and CMM measurement. In Tables 4-7 the average elongation as a function of time from the end of machining to the beginning of measurements is given. Figs. 3 and 4 show its graphic representation.

10

Badania wpływu dokładności układów pomiarowych drogi w obrabiarkach CNC na dokładność obróbki

Otko T., Zębala W., Ślusarczyk Ł.

Inżynieria Maszyn

|

2010

|

R. 15, z. 3

102-113

PL

W obrabiarkach CNC układy przeniesienia napędu posuwów w poszczególnych osiach konstruowane są głównie na bazie przekładni śrubowych tocznych i enkoderów. Wartości przemieszczeń suportów wyznacza się w takich przypadkach w oparciu o przemieszczenie kątowe śruby i wartość jej skoku. Rozwiązanie to nie obejmuje błędów powstałych np.: na skutek odkształceń cieplnych śruby, zależnych m.in. od wartości sił skrawania, sił bezwładności, napięcia wstępnego i innych czynników. Aby wykazać, że odkształcenia cieplne śruby tocznej są istotne w zestawieniu z polami tolerancji, wymaganymi w obróbce dokładnej, wykonano testy sprawdzające, które potwierdziły istotność tych odkształceń w powstawaniu błędów przedmiotu obrabianego. Wskazano rozwiązanie zamkniętego układu regulacji (Closed Loop), kompensującego wpływ tych błędów na dokładność obróbki.

EN

In the CNC machine tools the feed drive systems in individual axles are mainly constructed on the base of ball screws-nuts and encoders. The value of slide carriage dislocations are marked in these cases basis on angular screw dislocation and the value of its pitch. This solution does not embrace deviations formed e.g. on result of thermal deformations of screw, dependent among other things from cutting forces values, inertia, primary stress and other factors. To show, that thermal ball screws deformation are essential in composition with the tolerance range, required in precision machining, verification tests were executed, which confirmed the significance of ball screw thermal deformations in formation of the workpiece errors. The solution of Closed Loop control system was indicated, compensating the influence of these errors on the machining accuracy.

11

Thermal deformation of the SW680 engine piston depending on the position of combustion chamber

Mitukiewicz G., Pawelski Z.

Journal of KONES

|

2008

|

Vol. 15, No. 4

359-367

EN

The paper describes simulation model of thermal deformations of piston of Diesel engine with combustion chamber placed in piston crown. Results for different position of combustion chamber are presented and analyzed. For calculations assumed, that thermal deformation of piston does not vary within engine's cycle if it works in constant conditions. An hand of pressure and temperature charts of SW680 engine, heat transfer coefficient on piston crown surface was defined. Heat transfer coefficient on the rest piston surfaces was defined based on the literature. Using finite element method (FEM) code, piston shape was created, and then the piston body was meshed and loaded according to Fourier conditions. Nodes displacements let describe piston deformation. The results of initial simulation research of piston deformations shows that these deformations to a considerable degree will depend from the position of the combustion chamber. The largest deformations stepped out for piston with the chamber farther displaced from the piston axis, the smallest for piston with the symmetrically situated combustion chamber. The largest differences in the deformations steps out in the areas of piston crown. Results from the performed earlier simulations show, that the position of combustion chamber has comparable influence on the deformation of piston leading parts (so essential for the engine exploitation with accordance to the rules), how the combustion chamber shape. Obtained results encourage to the performing of further research works.

PL

W artykule przedstawiono model obliczeniowy odkształceń cieplnych tłoka silnika o zapłonie samoczynnym z komorą spalania umieszczoną w jego denku, oraz wyniki obliczeń dla różnie położonych komór spalania wraz z ich analizą. Do obliczeń przyjęto, że odkształcenia cieplne tłoka są stałe w całym cyklu pracy silnika, jeżeli pracuje on w ustalonych warunkach. Na podstawie wykresu indykatorowego silnika SW680 określono współczynnik przejmowania ciepła na powierzchni denka tłoka a0. Współczynniki przejmowania ciepła na pozostałych powierzchniach tłoka zostały przyjęte na podstawie zależności podanych w literaturze[6]. Przy pomocy programu komputerowego wykorzystującego metodę elementów skończonych (MES) zamodelowano tłok, a następnie dyskretyzowano jego objętość elementami przestrzennymi obciążonymi cieplnie przy wykorzystaniu warunków brzegowych trzeciego rodzaju (Fouriera). Wyznaczenie przesunięcia węzłów siatki pozwoliło na określenie odkształceń tłoka. Wyniki wstępnych badań symulacyjnych odkształceń tłoka wskazują, że odkształcenia te w znacznym stopniu zależą od położenia komory spalania. Największe odkształcenia wystąpiły dla tłoka z komorą najdalej odsuniętą od osi tłoka, a najmniejsze dla tłoka z symetrycznie umieszczoną komorą spalania. Największe różnice w odkształceniach występują w okolicach korony tłoka. Z przeprowadzonych wcześniej symulacji wynika, że położenie komory spalania ma porównywalny wpływ na odkształcenie części prowadzącej tłoka (tak istotne dla prawidłowej eksploatacji silnika), jak kształt komory spalania. Otrzymane wyniki zachęcają do prowadzenia dalszych prac badawczych.

12

Przykłady zastosowania wnioskowania rozmytego w detekcji odkształceń cieplnych maszyn

Czyszpak T., Sokołowski A.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2007

|

nr 1

149-162

PL

W artykule przedstawiono przykłady zastosowań systemów wnioskowania rozmytego do wyznaczenia odkształceń termicznych obrabiarek. Przedstawione systemy zostały skonstruowane na podstawie dwóch problemów, ij. detekcji odkształceń termicznych szlifierki oraz określenia dokładności pozycjonowania napędu posuwów szybkich.

EN

The paper presents the analysis of fuzzy logic systems for detection of thermal deformation of machine tool. The analysis is based on two problems: grinder machine thermal deformation and positioning accuracy HSM feed drive. The two fuzzy logic systems were analyzed, i.e. Mamdani and Takagi-Sugeno fuzzy logic systeitis. The tests showed usefulness of fuzzy logic inference for solving above-mentioned problems.

13

Analysis of effect of piston - piston ring – cylinder liner assembly deformations on the compression ring angular position in relation to the cylinder liner

Smoczyński M., Sygniewicz J.

Journal of KONES

|

2005

|

Vol. 12, No. 3-4

265-272

EN

In this paper, the experimental method of active damping of piston engine exhaust gas pulsation is presented. The investigation was carried out on running 3-cylinder DI Diesel engine (Perkins AD3.152 UR Type 3250) on test bench fitted with specially designed exhaust piping. The damping method consists in an active control of flowing agent mass stream by means of injection of compressed air in synchronization to phenomenon in duct, i.e. in counter-phase to the pulsation to be compensated. The method is in assumption destined for damping of low-frequency pulsations in exhaust noise spectrum, whereas applying of classic resonance and absorptive silencers is less effective. << back

PL

W artykule przedstawiono model obliczeniowy, wyniki obliczeń oraz analizę kątowego położenia uszczelniającego pierścienia tłokowego względem tulei cylindrowej, wynikającego z odkształceń mechanicznych oraz cieplnych elementów zespołu tłok - pierścienie tłokowe - tuleja cylindrowa. Odkształcenia mechaniczne zespołu potraktowano jako zmienne dla całego cyklu pracy silnika. Odkształcenia cieplne zespołu potraktowano jako stałe dla całego cyklu pracy silnika (przy założeniu ustalonych warunków jego pracy). Mimo stałości odkształceń cieplnych, ruch tłoka wraz z pierścieniami względem odkształconej cieplnie tulei cylindrowej powoduje zmianę kątowego położenia pierścienia tłokowego względem tulei cylindrowej. Uzyskane wyniki obliczeń mogą stanowić punkt wyjścia dla obliczeń filmu olejowego pomiędzy pierścieniem tłokowym i tuleją cylindrową w całym cyklu pracy silnika oraz dla optymalizacji zarysu pierścienia tłokowego.