Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
4 results
Search Results
Item Обґрунтування параметрів великогабаритних хвильових зубчастих передач приводів потужних машин(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Суков, Максим Геннадійович; Малащенко, Володимир Олександрович; Національний університет "Львівська політехніка"; Проценко, Владислав Олександрович; Устиненко, Олександр ВіталійовичСиловий аналіз деформованого зубчастого зачеплення заснований на фізичних та математичних моделях, які охоплюють тривимірну силову взаємодію гнучкого елемента у сполученнях вищих кінематичних пар. Теоретичні та експериментальні дослідження комплексних моделей забезпечили підвищення точності результатів тривимірного кількісного та якісного розподілення сил у зубчастому зачепленні, а також дозволили визначити граничні умови прояву інтерференції та проскакування зубів. Дослідження кінематичних процесів у зубчастому зачепленні хвильової передачі, дозволили визначити швидкості точок гнучкого колеса у радіальному w та коловому v напрямках, та швидкість ковзання зубів VS , оцінити поле зачеплення за критеріями мінімізації швидкості ковзання, зношування та заклинювання зубів, енергетичних втрат. Розроблені математичні моделі напружено-деформованого стану гнучкого колеса у вигляді циліндричної оболонки защемленої по торцям, зубчастого та шліцьового вінців з’єднаних циліндричною оболонкою, для розрахунку методом кінцевих елементів. Це дозволило встановити розподілення напружень, а також лінійні та кутові деформації гнучкого колеса. Встановлено вплив конструктивних факторів на інтерференцію та енергетичні втрати у зубчастому зачепленні хвильової передачі. Величина енергетичних втрат здебільшого зумовлена великою протяжністю поля зачеплення. Порівняльний аналіз отриманих результатів підтвердив адекватність виконаних теоретичних та експериментальних досліджень, що забезпечило суттєве зниження енергетичних втрат та підвищення навантажувальної здатності великогабаритних хвильових редукторів. The dissertation is devoted to the development of scientific methods and means of increasing the load capacity of large wave gears, which is especially relevant for heavy engineering. The force analysis of deformed gearing is based on physical and mathematical models that cover the three-dimensional force interaction of a flexible element in combinations of higher kinematic pairs. Theoretical and experimental studies of complex models have improved the accuracy of the results of three-dimensional quantitative and qualitative distribution of forces in the gearing, as well as allowed to determine the boundary conditions for the manifestation of interference and skipping teeth. Studies of kinematic processes in the gearing of the wave transmission, allowed to determine the velocities of the points of the flexible wheel in the radial and circular directions, and the speed of sliding teeth, to evaluate the gearing field by minimizing the speed of sliding, wear and jamming of teeth, energy losses. Mathematical models of the stress-strain state of a flexible wheel in the form of a cylindrical shell clamped at the ends, toothed and splined crowns connected by a cylindrical shell have been developed for calculation by the finite element method. This allowed to establish the stress distribution, as well as linear and angular deformations of the flexible wheel. The influence of design factors on interference and energy losses in gear transmission of wave transmission is established. The magnitude of energy losses is mainly due to the large length of the engagement field. Comparative analysis of the obtained results confirmed the adequacy of the performed theoretical and experimental studies, which provided a significant reduction in energy losses and increased load capacity of large wave reducers. The distribution of the normal effect of the boundary effect on the stress state of the shell of the HA is associated with bending stresses and their size decreases with decreasing shell thickness. The maximum stresses associated with the edge effect occur near the end of the shell, connected to the ring gear, where a smooth transition should be provided, which takes into account the negative stress concentration factor. When the thickness of the HA is halved (h = 6.75 mm), the tangential tensile stresses increase to t max = 40 MPa, and the bending stresses as a result of the edge effect decrease to values of the same order. The maximum compressive and tensile stresses are equal to each other in order. The maximum compressive and tensile stresses are equal in absolute value = - 26 MPa, = +26 MPa. It is established that the reduction of the maximum normal bending stresses to the level of the maximum tangential torsional stresses tmax improves the stress-strain state of the HA, increases the load capacity and service life of highly loaded VGHR. The performed researches allow to establish stresses and deformations of GK necessary for optimization of parameters of VGHZP. The distribution of the normal load on the HA from the action of the GC, the dependence of the radial force R acting on the disks, on the value of the torque M2 is obtained experimentally. On the basis of experimental researches it is established that efficiency of VGHR accepts the maximum value at nominal loading, thus frequency of rotation of an input shaft is regulated within. At maximum load, the efficiency decreases by 3% and at the speed of the input shaft is With increasing speed n1 within (50… 750) rpm, the efficiency decreases by 2%. The goal set in the dissertation is achieved, the formulated tasks are successfully solved. The obtained scientific results are used in heavy engineering as guiding technical materials for design and design work of wave reducers. According to the results of the performed researches, 16 large-sized wave reducers with a total weight of 112492 kg with reduced dimensions, weight by 77218 kg (40.7%) and labor intensity of manufacturing by 4250 standard hours (30.8%) lower than the existing ones were developed and introduced into production. The economic effect from the introduction of the developed wave reducers at PJSC NKMZ amounted to UAH 2,205,934.Item Розроблення методології проектування муфт з канатними елементами(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Проценко, Владислав Олександрович; Малащенко, Володимир Олександрович; Національний університет “Львівська політехніка”; Луців, Ігор Володимирович; Семенюк, Володимир Федорович; Струтинський, Василь БорисовичДисертація містить вирішення актуальної науково-прикладної проблеми машинознавства - розроблення методології проектування постійних та запобіжних муфт з канатними несівними елементами, що базується на сумісному використанні системних методів синтезу структури цих пристроїв з обґрунтуванням їх конструктивних схем, параметрів, а також якісних характеристик та показників. Результати досліджень забезпечили підвищення ефективності проектування цих пристроїв за рахунок скорочення часу, необхідного для їх розрахунку та конструювання. Уточнено розроблену автором раніше класифікацію пружно- компенсуючих муфт з суцільнометалевими та канатними елементами, за рахунок чого синтезовано на рівні схем і конструкцій нові постійні та запобіжні муфти. Розроблено нову класифікацію способів організації змінної жорсткості пружних ланок машин, оснащених суцільнометалевими та канатними пружними елементами, за рахунок чого розроблено нові способи її забезпечення та алгоритм синтезу структури таких ланок. Розроблено аналітичне забезпечення проектування постійних та запобіжних муфт з канатними елементами. Розроблено математичні моделі компонування таких муфт з урахуванням геометричних та навантажувальних обмежень. Розв'язано оптимізаційну задачу забезпечення мінімальної навантаженості деталей муфт при проектуванні. Експериментально та теоретично досліджено роботу затискних механізмів для сталевих канатів і розроблено основи їх розрахунку та конструювання. За рахунок впровадження розроблених та досліджених конструкцій муфт у діючому обладнанні підтверджено їх працездатність і результативність запропонованої методології проектування. Диссертация содержит решение актуальной научно-прикладной проблемы машиноведения - разработку методологии проектирования постоянных и предохранительных муфт с канатными несущими элементами, которая базируется на совместном использовании системных методов синтеза структуры этих устройств с обоснованием их конструктивных схем, параметров, а также качественных характеристик и показателей. Результаты исследований обеспечили повышение эффективности проектирования этих устройств за счет сокращения времени, необходимого для их расчета и конструирования. Уточнена разработанная автором ранее классификация упруго- компенсирующих муфт с цельнометаллическими и канатными элементами, в результате чего синтезированы на уровне схем и конструкций новые постоянные и предохранительные муфты. Разработана новая классификация способов организации переменной жесткости упругих звеньев машин, оснащенных цельнометаллическими и канатными упругими элементами, за счет чего разработаны новые способы ее обеспечения и алгоритм синтеза структуры таких звеньев. Разработано аналитическое обеспечение проектирования постоянных и предохранительных муфт с канатными элементами. Предложены математические модели компоновки таких муфт с учетом геометрических и погрузочных ограничений. Решены оптимизационные задачи обеспечения минимальной нагруженности деталей муфт при проектировании. Экспериментально и теоретически исследована работа зажимных механизмов для стальных канатов и разработаны основы их расчета и конструирования. За счет внедрения разработанных и исследованных конструкций муфт в действующем оборудовании подтверждена их работоспособность и результативность предложенной методологии проектирования. In Chapter I we have carried out analysis of structures and failures of couplings with non-metal elastic elements and, thus, it has been shown that one of their characteristic failures is overheating of elastic elements during operation due to low thermal conductivity of materials. In addition, it has been shown that such couplings are characterized by low maintability, since they require disassembly of the semi-coupling and dismantling of their connected units for replacement. The analysis of the structures and failures of the couplings with metal elastic elements showed that they have low compensating ability, slight damping, high complexity and cost of elastic elements. Safety couplings are characterized by uneven wear of bearing elements owing to the uneven distribution of the load between them. The analysis of the structure showed that the mechanisms of such couplings contain redundant connections in all modes of their operation. It has been shown that rope elements are characterized by stable time and high mechanical stability. Chapter II explicates the classification of elastic couplings with metal and rope elastic elements due to the differentiation of the end installation of elastic elements into two possible variants of their arrangement in the end plane - the end device of the chord location and the end fitting of the tangential arrangement. Theoretical bases of morphological synthesis of the structure of elastic links of machines of variable rigidity with full-metal and rope elastic elements are developed. This became possible owing to the proposed compiled classification of methods for providing variable stiffness of elastic links of machines with solid metal and rope elements, and gave the opportunity to develop morphological matrices for the synthesis of methods for providing variable stiffness. The disclosure of these matrices has shown that there are identified 14 ways to provide variable rigidity of elastic parts equipped with solid metal elastic elements and 26 ways to provide variable rigidity of units equipped with rope elastic elements. Chapter III substantiates the parameters of the coupling with the end installation of straight ropes of various variants of the arrangement. In this case, theoretical dependencies were obtained for determining the main geometric and power parameters of the coupling with the end-installation of the ropes of the tangential arrangement and their mutual influence. This gave the opportunity to obtain expressions for determining the rational structural parameters of the coupling - the angle of the displacement of the semi-coupling ^F and the coefficient of diameters that provide the minimum load of the parts. The conditions of the geometric existence of the coupling with the end installation of the tangential arrangement of ropes and the expressions for testing are ascertained: the possibilities of tightening of the clamping mechanisms, possibilities of «neighborhood» of the sleeves of the internal coupling, possibilities of relative rotation of half-mounts, absence of interference of the outer and inner semi-coupling housings, absence of interference of ropes and adjacent inner half sleeves. The mathematical models of clutter layout are developed, which take into account geometric and power constraints, and allow us to make a visual assessment of possible variants of the structural parameters of the muffs due to the graphical interpretation of these constraints. In Chapter IV rope-roller couplings of high compensating power are investigated. Here, the basic geometric and power parameters are substantiated and expressions for calculating the tension of the rope and loading of its parts are obtained. The mutual influence of structural parameters of the muffle with the combination of its coil shafts is investigated. As a result, it is shown that the coupling is insensitive to the precision of fabrication and assembly. Nomograms have been constructed, which allow to determine the geometric parameters that provide the minimum load of the couplings. The process of operation of the rope-roller coupling in conditions of non-uniformity is investigated. It is shown that the coupling is characterized by low radial stiffness (7...35 times lower than the coupling, equipped with an elastic star) and, accordingly, high compensating power. In Chapter V the parameters and operational characteristics of safety clutches with rope elements are established. Dependencies are obtained for the estimation of the kinematic parameters of the work of the clutches with ropes of the chord and tangential arrangement, in particular the expressions for calculating the time of the clutch operation and the critical rotational frequencies in which the clutches are capable of performing their precautionary functions. It has been shown that the characteristics of the safety clutches with tangentially spaced ropes differ in that, which of the semi-coupling (external or internal) is conductive. Expressions are obtained for calculating the load of parts and the moment of friction that can develop friction clutches with cylindrical and tapered friction surfaces and rope elements. It is shown that the accuracy of the operation of friction couplings with rope ties is 1.3.. .1.5 times bigger for clutches with cylindrical friction surfaces and 1.4...2.3 times bigger for couplings with conical friction surfaces. It is shown that the profile safety centrifugal coupling is characterized by high precision load limitation, since the theoretical coefficient of accuracy of its operation is about 1.1. It was also shown that the coupling was sensitive to the change in the coefficient of friction in the joints of its elements - its increase by 4 times leads to an increase in the moment of operation of the coupling only 7%, and when the clamping rollers, the operating time increases by only 2.4%, which shows the low sensitivity of the investigated coupling also to the quality of maintenance. Chapter VI provides the basis for rational design and calculation of clamping mechanisms for fixing steel ropes in couplings. There are 18 schemes of clamping mechanisms for fixing ropes containing two main parts - a finger and a sleeve, one of which moves while clamping the rope, and the other stays motionless. There is shown the possibility to perform calculation of fingers solely on stretching using simplified expressions. The expressions and graphs were obtained to determine the stress reduction coefficients depending on the diameter of the finger relative to the diameter of the rope. It is elicited that in the conjugation of the «finger-sleeve» it is necessary to ensure the presence of the guaranteed clearance to relieve the fingers from the additional bending of the contact rotation of the sleeves under the action of the bending moment by the force of the rope tension and also the choice of seat is justified.Item Теорія та практика аналого-цифрових функціональних перетворювачів на комутованих конденсаторах(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Мичуда, Леся Зиновіївна; Пістун, Євген Павлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Саченко, Анатолій Олексійович; Русин, Богдан Павлович; Мельничук, Степан ІвановичУ дисертації започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні та практичні основи функціонального перетворення аналогових сигналів, зокрема, розроблено методологічні засади побудови, створено нові методи, математичні моделі, алгоритми та засоби аналого-цифрового функціонального перетворення на комутованих конденсаторах, що значно переважають аналоги розширеними функціональними можливостями, підвищеною точністю та швидкодією. Методологічні засади побудови АЦФП на комутованих конденсаторах поєднують структурні (зміни основи логарифмування і співвідношення ємностей) і алгоритмічні (вибору числа піддіапазонів перетворення, кількості та величини кроків на кожному з них) принципи підвищення точності та швидкодії. Наведено результати експериментальних досліджень розроблених нових АЦФП і показано їх переваги над аналогами за функціональними можливостями та характеристиками. В диссертации основаны новые и развиты известные теоретические и практические основы функционального преобразования аналоговых сигналов, в частности, разработаны методологические принципы построения, созданы новые методы, математические модели, алгоритмы и средства аналого-цифрового преобразования на коммутируемых конденсаторах, которые значительно преобладают аналоги расширенными функциональными возможностями, повышенной точностью и быстродействием. Методологические принципы построения АЦФП на коммутируемых конденсаторах сочетают структурные (изменения основы логарифмирования и соотношения емкостей) и алгоритмические (выбора числа поддиапазонов преобразования, количества и величины шагов на каждом из них) принципы повышения точности и быстродействия. На основе этих принципов впервые: реализованы новые методы аналого-цифрового функционального преобразования: метод многофункционального аналого-цифрового преобразования с параллельным опросом логарифматоров; метод логарифмического аналого-цифрового преобразования разницы двух входных напряжений; метод логарифмического аналого-цифрового функционального преобразования со сравнением уровней компенсационных напряжений соседних поддиапазонов; развито: метод рекуррентного аналого-цифрового функционального преобразования с многократным обращением к эталону старшего разряда; метод логарифмического аналого-цифрового преобразования с импульсной обратной связью с созданием режима короткого замыкания на выходе преобразователя напряжение-ток; предложен новый принцип действия интерполирующих логарифмических аналого-цифровых преобразователей с сочетанием перераспределения и накопления заряда. На основе разработанных методов аналого-цифрового функционального преобразования созданы новые алгоритмы и структуры АЦФП и реализованы действующие макеты АЦФП, экспериментальные исследования которых показали преимущество их в точности, быстродействии и функциональных возможностях над известными аналогами, в частности, дают возможность получить степенные функции и корни с показателем 10 и больше, логарифм разницы двух напряжений, перемножать и делить до 10 и больше входных сигналов, обеспечить точность на 2 – 4 разряда выше разрядности АЦФП. The thesis created new, and also received the further development of the well-known theoretical and practical bases of the functional conversion of analog signals, in particular, methodological principles of construction have been developed, new methods, mathematical models, algorithms and means of analog-to-digital functional conversion (ADFC) based on switched capacitors have been created, that considerably prevail analogues on advanced functionality, increased accuracy and speed. Methodological principles of construction of ADFC on switched capacitors combine structural (changes of basis of taking the logarithm and ratio of capacities of capacitors) and algorithmic (the choice of number of subranges of conversion, amount and size of steps on each of them) principles of increase of accuracy and speed. Results of experimental researches of worked out new ADFC are bought and shown their advantages above analogues in functional possibilities and characteristics.Item Аналіз і синтез зображень на основі теорії алгебро-топологічних структур(Національний університет "Львівська політехніка", 2012) Березький, Олег МиколайовичДисертаційна робота присвячена питанням розробки методів і алгоритмів аналізу та синтезу симетричних й асиметричних зображень на основі теорії алгебричних та топологічних структур і розв’язанню задач аналізу та синтезу біомедичних зображень та зображень-орнаментів. Вирішено актуальну науково-прикладну проблему аналізу та синтезу зображень: розвинуто теоретичні засади аналізу та синтезу зображень, на базі яких розроблено моделі та методи аналізу і синтезу симетричних та асиметричних зображень, методи й алгоритми опису та перетворення контурів і областей зображень, методи й структури апаратного синтезу зображень, створено ефективні програмні засоби аналізу та синтезу зображень. Проаналізовано основні переваги та недоліки методів і алгоритмів аналізу та синтезу зображень. Розвинуто теоретичні основи аналізу та синтезу зображень, які базуються на теорії алгебро-топологічних структур. Розроблено методи й алгоритми аналізу та синтезу симетричних зображень, які ґрунтуються на кристалографічних групах смуги та площини. Створено методи й алгоритми опису та синтезу асиметричних зображень на основі використання моделей опису симетричних зображень з подальшим спотворенням їхніх породжуючих перетворень. Розроблено методи й алгоритми аналізу симетричних та асиметричних зображень, метод і алгоритми перетворення контурів та областей зображень у топологічному просторі, що базуються на використанні скелетів зображень, і метод та алгоритми перетворення контурів і областей зображень в афінному просторі. Створено апаратні структури для задач синтезу: множення матриці на вектор та матриці на матрицю. На основі розроблених методів, моделей і алгоритмів спроектовано і програмно реалізовано системи для аналізу та синтезу біомедичних зображень і зображень-орнаментів. The thesis is devoted to the questions of development of methods and algorithms of symmetric and asymmetric image analysis and synthesis on the basis of algebraic and topological structures theory and solution of problems biomedical image and image-patterns analysis and synthesis. The scientific and technical issue of the day of image analysis and synthesis is solved: there are developed theoretical principles of image analysis and synthesis, which models and methods of analysis and synthesis of symmetric image and asymmetric, methods and algorithms of description and transformation of image contours and areas, methods and structures of image hardware synthesis; the effective programmatic tools of image analysis and synthesis are created. Basic advantages and drawbacks of methods and algorithms of image analysis and synthesis are analyzed. Theoretical bases of image analysis and synthesis, which are based on the theory of algebraic- topological structures, are improved. Methods and algorithms of analysis and synthesis of symmetric image, which are based on the crystallographic groups of stripe and plane, are built. Methods and algorithms of description and synthesis of asymmetric image are created on the basis of the models use of description of symmetric image with subsequent distortion their generating transformations. Methods and algorithms of analysis symmetric image and asymmetric, method and algorithms of image contours and areas transformation in topology space, which are based on the use of image skeletons, and method and algorithms of image contours and areas transformation in affine space are created. Hardware structures are created for the synthesis tasks: multiplication of matrix on a vector and matrices on a matrix. On the basis of the developed methods, models and algorithms, it is projected and programmatically realized the systems for an analysis and synthesis of biomedical image and image-patterns. Развитие информатики и вычислительной техники привело к появлению искусственного интеллекта, одной из основных задач которого есть обработка визуальной информации. Широкое распространение данной информации требует разработки методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств для систем компьютерного распознавания и синтеза зрительных образов. Задачи распознавания изображений стали актуальными в системах компьютерного зрения. Компьютерная графика распространилась благодаря развитию интернет-технологий, процессам визуализации в искусстве, науке и технике. На данный момент, разработан ряд методов и алгоритмов анализа и синтеза изображений, которые основываются на разных теоретических принципах. Поиск общих теоретических платформ для синтеза и анализа изображений определенных классов является научной научно-технической проблемой. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств анализа, синтеза и описания симметричных и асимметричных изображений на основе теории алгебро-топологических структур. В работе решена актуальная научно-прикладная проблема: развита теория анализа и синтеза изображений на базе алгебро-топологических структур. На основе этого разработаны методы, модели и алгоритмы анализа и синтеза симметричных и асимметричных изображений, методы и алгоритмы описания и преобразования контуров и областей изображений в топологическом и аффинном пространствах, а также методы и структуры аппаратного синтеза изображений и эффективные программные средства анализа и синтеза биомедицинских изображений и изображений-орнаментов. Проанализированы программные средства синтеза симметричных и фрактальных изображений, показаны их преимущества и недостатки. Осуществлен анализ классов изображений – орнаментов и биомедицинских изображений. Орнаменты по своей структуре являются симметричными изображениями и владеют пространственной избыточностью, а биомедицинские изображения – асимметричными. Исследованы подходы к синтезу изображений, определено, что современным является процедурный подход. Проанализированы методы и алгоритмы анализа изображений. Обосновано, что перспективными методами анализа изображений-орнаментов и биомедицинских изображений есть структурные методы, которые базируются на теории кристаллографических групп. Развита теория синтеза и анализа изображений, которая базируется на абстрактных и кристаллографических группах. Методы и алгоритмы синтеза симметричных изображений построены на группах симметрии полосы и плоскости. Разработан метод синтеза симметричных изображений, который заключается в синтезе элементарного рисунка, раппорта и трансляций раппорта. Для представления элементарных изображений в растровой форме предложен язык описания изображений. Доказана теорема о минимальном базисе операций над непроизводными элементами языка. Осуществлен фрактальный синтез контура элементарного рисунка на основе множеств Жюлиа и его текстуры, используя шум Перлина. Базируясь на порождающих преобразованиях кристаллографических групп, выведены матричные модели симметричных изображений на полосе и плоскости. В работе предложен метод и алгоритмы описания и синтеза асимметричных изображений, для их создания использованы модели описания симметричных изображений с последующим искажением их порождающих преобразований. Разработан обобщенный алгоритм синтеза изображений. Осуществлена классификация асимметричных изображений. Выведены уравнения для разных видов асимметричных изображений. Проведена классификация функций искажения и показано, что они образуют группы. Получено уравнение асимметричного изображения, используя уравнения симметричного и функции искажения. Получены выражения для оценки коэффициентов архивирования симметричных изображений. Произведено описание контуров полиномами второй и третьей степеней в локальной и глобальной системах координат. Предложены методы и алгоритмы преобразования контуров и областей изображений в аффинном и топологическом пространствах. Разработан метод и алгоритмы преобразования контуров и областей изображений в топологическом пространстве на основе использования скелетов изображений. Осуществлено разработку метода и алгоритмов преобразования типа “область – область” для областей с кусочно-линейными аппроксимированными контурами на основе приведения неизоморфных к изоморфным скелетам. Предложены методы и алгоритмы анализа симметричных изображений в растровой и векторной форме для определения структурных составляющих симметричного изображения: раппорта и элементарного рисунка. Получены уравнения симметрирования для базовых геометрических преобразований, на основе которых осуществлено симметрирование асимметрических изображений и приведение их к известным группам полосы и плоскости. Созданы аппаратные структуры для умножения матрицы на матрицу и матрицы на вектор. Осуществлена аппаратная реализация алгоритмов умножения матрицы на вектор и умножение матрицы на матрицу на основе программируемой логической матрицы серии Spartan 3 и приведены VHDL- модели перемножения матриц порождающих преобразований. На основе предложенных методов, моделей и алгоритмов созданы компьютерные системы для синтеза изображений-орнаментов (генератор симметричных изображений) и анализа биомедицинских изображений (информационный видеоскоп сверхвысокой разрешающей способности для исследования запрограммированной смерти клеток и информационно-аналитическая система анализа и диагностирования опухольных клеток на основе анализа их изображений).