EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Taking friction into account in kinetostatic analysis of mechanisms
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Shevchenko, Volodymyr; Skrebtsov, Andrii; Kruzhnova, Svetlana; Оmelchenkо, Olga; Shaleva, Natalia; Шевченко, Володимир Григорович; Скребцов, Андрій Андрійович; Кружнова, Світлана Юріївна; Омельченко, Ольга Станіславівна; Шалева, Наталія Валеріївна
EN: Purpose. Study the dynamics and characteristics of friction using the example of translational kinematic pairs.
Research methods. The theoretical aspects of friction research in translational kinematic pairs are examined in detail. The introduction of friction forces into the equations of kinematics leads to an increase in the number of unknown reaction components in kinematic pairs, while the number of equations remains unchanged. The force calculation of mechanisms taking into account friction comes down to a joint solution of kinematics equations containing friction forces as additional unknowns and relations obtained while considering the corresponding models of kinematic pairs of friction.
Results. As a result, analytical dependencies were obtained for determining the speed, acceleration and reaction from the magnitude of the slider displacement, and changes in the power parameters of the piston pump due to wear of the parts of the reciprocating slider-guide pair were analyzed.
Scientific novelty. The current level of technological progress requires constant improvement of product quality and productivity to make it competitive. This leads to increased requirements for the performance characteristics of moving joints in mechanisms and machines operating under extreme conditions of friction and wear. Friction forces arise in the kinematic pairs of mechanisms, and in many cases these forces significantly affect the movement of the mechanism links and must be taken into account in force calculations. The energy costs associated with overcoming harmful resistance forces are irreversible, and the reduction of irreversible energy costs is achieved by limiting friction forces.
Practical value. The results of the research showed that the wear of the parts of the translational kinematic pair of the slider and the pump guides leads to an insignificant change in both the speed, and acceleration of the slider, at the same time, the maximum reaction in this kinematic pair changes more significantly.
UK: Мета роботи. Дослідження динаміки та особливості процесів тертя на прикладі поступальних кінематичних пар.
Методи дослідження. Детально розглянуті теоретичні аспекти дослідження тертя в поступальних кінематичних парах. Введення сил тертя в рівняння кінетостатики призводить до збільшення числа невідомих компонент реакцій в кінематичних парах, а кількість рівнянь при цьому залишається незмінною. Силовий розрахунок механізмів з урахуванням тертя зводиться до сумісного рішення рівнянь кінетостатики, що містять сили тертя в якості додаткових невідомих, та співвідношень, отриманих при розгляданні відповідних моделей кінематичних пар із тертям.
Отримані результати. Отримані аналітичні залежності для визначення швидкості, пришвидшення і реакції від величини зміщення повзуна, проаналізовано зміни силових параметрів поршневого насоса внаслідок зношування деталей зворотньо-поступальної пари повзун – напрямні.
Наукова новизна. Сучасний рівень технічного прогресу потребує постійного вдосконалення продукції за якістю та продуктивністю, роблячи її конкурентною. Це призводить до підвищення вимог щодо експлуатаційних характеристик рухомих з’єднань в механізмах і машинах, які працюють в екстремальних умовах тертя та зношування. В кінематичних парах механізмів виникають сили тертя і в багатьох випадках ці сили істотно впливають на рух ланок механізмів і повинні враховуватись при силових розрахунках. Енерговитрати, пов'язані з подоланням сил шкідливого опору, є незворотними, а зменшення незворотних енергетичних витрат здійснюється завдяки обмеженню сил тертя.
Практична цінність. Дослідження показали, що зношування деталей поступальної кінематичної пари повзун – напрямні насоса призводить до несуттєвої зміни як швидкості, так і прискорення повзуна, при цьому величина максимальної реакції в цій кінематичній парі змінюється істотніше.
Діагностика дефектів підшипників кочення на основі вейвлет-аналізу
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Дубровін, Валерій Іванович; Дейнега, Лариса Юріївна; Павленко, К. Є.; Тарасова, Юлія В.; Федорончак Тетяна Василівна; Dubrovin, V.; Deineha, L.; Pavlenko, K.; Tarasova, Yu.; Fedoronchak T.
UK: Мета роботи. Розробка та вдосконалення методу аналізу вібросигналів підшипників кочення на основі вейвлет-аналізу з метою виявлення та ідентифікації дефектів обладнання.
Методи дослідження. Застосовувався вейвлет-аналіз для обробки вібросигналів підшипників кочення. Застосовано порогову вейвлет-фільтрацію для виділення слабких імпульсних компонент у сигналах, а також використано вейвлет-Морле для забезпечення ефективності фільтрації.
Отримані результати. Запропонований метод з використанням вейвлет-фільтрації покращує швидкість та надійність діагностики вібраційних сигналів підшипників, що дозволяє ефективно виділяти характеристичні частоти, пов’язані з різними типами дефектів підшипників кочення.
У порівнянні з іншими методиками аналізу сигналів, використання розробленого методу на основі неперервного вейвлет-аналізу виявилося особливо ефективним для виділення характерних діагностичних частот. Цей метод дозволяє не лише ідентифікувати конкретні типи дефектів у підшипниках кочення, а й забезпечує універсальність, що дозволяє успішно застосовувати його для аналізу інших типів нестаціонарних сигналів.
Експериментальні дослідження підтвердили високу ефективність розробленого методу, особливо в ранніх стадіях розвитку дефекту. Використання цього методу виявляється не лише у здатності ефективно виділяти характеристичні частоти підшипників, але і у здатності проводити аналіз сигналів для ідентифікації дефектів обладнання взагалі. Це робить запропонований метод перспективним і універсальним інструментом для діагностики та моніторингу стану технічних систем.
Наукова новизна. Використання запропонованого метод обробки вібросигналів підшипників кочення на основі вейвлет-аналізу у контексті підвищення ефективності виявлення та ідентифікації дефектів обладнання.
Практична цінність. Розроблений метод може бути використаний в промисловому секторі для аналізу та діагностики підшипників кочення обладнання. Він дозволяє вчасно виявляти дефекти, зменшувати ризик відмов обладнання, та знижувати витрати на експлуатаційне обслуговування. Таким чином, цей метод має практичну цінність у підвищенні надійності та продуктивності промислового обладнання.
EN: Purpose. Development and improvement of a method for analyzing vibration signals from rolling bearings based on wavelet analysis for the detection and identification of equipment defects.
Research methods. Wavelet analysis was employed for processing vibration signals from rolling bearings. Threshold wavelet filtering was applied to highlight weak impulse components in the signals, and Morlet wavelet was used to ensure effective filtration.
Results. The research results indicate that the proposed method, utilizing wavelet filtering, enhances the speed and reliability of vibration diagnostics for bearings. This allows for the efficient extraction of characteristic frequencies associated with various types of rolling bearing defects.
In comparison with other signal analysis methods, the use of the developed method based on continuous wavelet analysis has proven to be particularly effective in extracting characteristic diagnostic frequencies. This method not only allows for the identification of specific types of defects in rolling bearings but also ensures universality, enabling its successful application for analyzing other types of non-stationary signals.
Experimental studies have confirmed the high efficiency of the developed method, especially in the early stages of defect development. The application of this method is evident not only in its ability to effectively highlight the characteristic frequencies of bearings but also in its capacity to conduct signal analysis for the identification of equipment defects as a whole. This makes the proposed method a promising and versatile tool for the diagnosis and monitoring of the condition of technical systems.
Scientific novelty. Application of the proposed method for processing vibration signals from rolling bearings based on wavelet analysis to improve the effectiveness of defect detection and identification in equipment.
Practical value. The developed method can be applied in the industrial sector for the analysis and diagnostics of rolling bearings in equipment. It enables the timely detection of defects, reduces the risk of equipment failure, and lowers operational maintenance costs. Thus, this method has practical value in enhancing the reliability and productivity of industrial equipment.
Modeling the angle of the direction of the resulting displacement of the cutting edge of the cutter-oscillator
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Tryshyn, Pavlo; Kozlova, Olena; Honchar, Natalia; Levchenko, Andrey; Тришин, Павло Романович; Козлова, Олена Борисівна; Гончар, Наталія Вікторівна; Левченко, Андрій
EN: Purpose. Establishing the dependence of the angle of the direction of the resulting displacement of the cutting edge of the cutter-oscillator on the geometric parameters of the holder using various methods and substantiating the feasibility of using cutter-oscillators with single degree of freedom for targeted modeling of the influence of individual factors, such as the regenerative effect or a change in the instantaneous cutting speed.
Research methods. The analytical method involved obtaining calculation formulas for determining the angle of the direction of the resulting displacement of the cutter-oscillator. For numerical modeling of the bending of the cutter-oscillator during turning, the SolidWorks and Unigraphics NX programs were used. The research was also conducted by an experimental method, in which oscillograms of the oscillations of the cutting edge were recorded, from which the static bending of the cutter-oscillator was determined.
Results. Methods for determining the direction of the resulting displacement of the cutting edge of the cutter-oscillator have been developed based on analytical calculation, computer modeling, and experimental methods. Computer modeling of the bends of the cutters-oscillator has been carried out in the SolidWorks program, which made it possible to determine with high accuracy the angle of the direction of the resulting displacement of the cutting edge at different ratios of the cutter- oscillator holder dimensions. It has been shown that the optimal ratio of the height to the width of the holder (h/b > 3.3 for the oscillator X; h/b < 0.3 for the oscillator Z) provides the direction of movement with a deviation of no more than 5° from the X and Z axes, respectively. The accuracy of the computer modeling method has been experimentally confirmed, which allows it to be used for designing cutters-oscillators with specified dynamic properties.
Scientific novelty. The optimal dependence of the angle of the direction of displacement of the cutting edge of the cutter-oscillator on the geometric parameters of the holder has been established, which allows controlling the orientation of oscillations during cutting.
Practical value. The results of the work can be used in the design of cutters-oscillators to study the dynamics of the turning process. The developed methodology allows reducing the costs of manufacturing prototypes of cutters-oscillators due to preliminary modeling of their characteristics in the CAD/CAM environment.
UK: Мета роботи. Встановлення залежності кута напрямку результуючого переміщення різальної кромки різця-осцилятора від геометричних параметрів державки різними методами та обґрунтування доцільності використання різців з одним ступенем свободи для цілеспрямованого моделювання впливу окремих факторів, таких як регенеративний ефект або зміна миттєвої швидкості різання.
Методи дослідження. Аналітичний метод передбачав отримання розрахункових формул для визначення кута напрямку результуючого переміщення різця-осцилятора. Для чисельного моделювання вигинів різця-осцилятора при точінні використовувалися програми SolidWorks та Unigraphics NX. Дослідження також проводили експериментальним методом, при якому записували осцилограми коливань різальної кромки, по яких визначали статичні вигини різця-осцилятора.
Отримані результати. Розроблено методики визначення напрямку результуючого переміщення різальної кромки різця-осцилятора на основі аналітичного розрахунку, комп’ютерного моделювання та експериментального методу. Проведено комп’ютерне моделювання вигинів різців-осциляторів у програмі SolidWorks, що дозволило з високою точністю визначити кут напрямку результуючого переміщення різальної кромки при різних співвідношеннях розмірів державки різця. Показано, що оптимальне співвідношення висоти до ширини державки (h/b > 3,3 для осцилятора Х; h/b < 0,3 для осцилятора Z) забезпечує напрямок переміщення з відхиленням не більше 5° від осі Х та Z, відповідно. Експериментально підтверджено точність методу комп’ютерного моделювання, що дозволяє застосовувати його для проєктування різців-осциляторів із заданими динамічними властивостями.
Наукова новизна. Встановлено оптимальну залежність кута напрямку переміщення різальної кромки різця-осцилятора від геометричних параметрів державки, що дозволяє керувати орієнтацією коливань під час різання.
Практична цінність. Результати роботи можуть бути використані при проєктуванні різців-осциляторів для дослідження динаміки процесу точіння. Розроблена методика дозволяє знизити витрати на виготовлення дослідних зразків різців-осциляторів за рахунок попереднього моделювання їх характеристик у CAD/CAM середовищі.
Research on the influence of technological factors on the quality of composite materials
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Sokolskyi, Artem; Shyrokobokova, Nataliia; Pleskach, Volodymyr; Petrashov, Oleksandr; Сокольський, Артем; Широкобокова, Наталія Вікторівна; Плескач, Володимир Михайлович; Петрашов, Олександр Сергійович
EN: Purpose. The purpose of this study is to analyze the impact of the main stages of manufacturing composite products on the probability of various defects. Special attention is paid to finding and justifying practical ways to eliminate them at the early stages of the production process. The work is aimed at identifying the relationship between technological parameters, such as temperature, pressure and polymerization time, and the final quality, strength and reliability of the finished product. In addition, the goal is to develop methodological recommendations for manufacturers to minimize defects and increase production efficiency.
Research methods. The work uses an analytical method and a detailed consideration of factors that directly affect the quality of composite materials. An analysis of scientific and technical literature was conducted, as well as systematization of production practice data. To detect hidden defects and assess their impact on the structure of the material, modern methods of non-destructive testing were used. This allowed obtaining objective data on the condition of the material without its destruction, which is critically important for preserving the integrity of products.
Results. Based on literary data and production practice, attention is paid to the production factors that most affect the quality of manufacturing composite materials and parts made from them. Analysis and comparison of existing non-destructive testing methods to preserve the structure of products, as well as the use of various control methods to detect defects in the complex structure of composite materials, which can ensure high quality of the manufactured products.
Practical value. The work examines the factors that affect the quality of the product during its operation, as well as technological factors and methods of their control. For the study, practical work was carried out to determine the influence of technological factors on the quality of the product, and methods for eliminating defects in the manufacturing of the part.
UK: Мета роботи. Метою даного дослідження є аналіз впливу основних етапів виготовлення композитних виробів на ймовірність виникнення різноманітних дефектів. Особлива увага приділяється пошуку та обґрунтуванню практичних шляхів їх усунення на ранніх стадіях виробничого процесу. Робота спрямована на виявлення взаємозв'язку між технологічними параметрами, такими як температура, тиск та час полімеризації, і кінцевою якістю, міцністю та надійністю готової продукції. Окрім того, метою є розробка методичних рекомендацій для виробників з метою мінімізації браку та підвищення ефективності виробництва.
Методи дослідження. У роботі використано аналітичний метод та детальний розгляд факторів, які безпосередньо впливають на якість композитних матеріалів. Проведено аналіз наукової та технічної літератури, а також систематизація даних виробничої практики. Для виявлення прихованих дефектів та оцінки їхнього впливу на структуру матеріалу застосовано сучасні методи неруйнівного контролю. Це дозволило отримати об’єктивні дані про стан матеріалу без його руйнування, що є критично важливим для збереження цілісності виробів.
Отримані результати. На підставі літературних даних і виробничої практики приділено увагу факторам виробництва, які найбільше впливають на якість виготовлення композиційних матеріалів та деталей із них. Аналіз та порівняння наявних методів неруйнівного контролю для збереження структури виробів, а також використання різних методів контролю для виявлення дефектів у складній структурі композиційних матеріалів, що може забезпечити високу якість виготовленої продукції.
Практична цінність. В роботі розглянуті чинники, які впливають на якість виробу при його експлуатації, а також технологічні фактори і методи їх контролю. Для дослідження було виконано практичну роботу по визначенню впливу технологічних факторів на якість виробу, і методи усунення дефектів при виготовлені деталі.
Раціональні зміщення твірного контуру коліс циліндричної прямозубої передачі для зменшення зношування зубів
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Попович, Олексій Геннадійович; Шевченко, Володимир Григорович; Popovych, A.; Shevchenko, V.
UK: Мета роботи. Створити методику визначення таких коефіцієнтів зміщення твірного контуру для ведучого та веденого коліс циліндричної прямозубої передачі, за яких на найбільш підданих до зношування ділянках евольвентних поверхонь зубів буде мінімальною швидкість зношування поверхневого шару з часом роботи цієї передачі.
Методи дослідження базуються на комплексному застосуванні теорії евольвентної зубчастої передачі та закономірностей трибології; для мінімізації функції було застосовано метод золотого перерізу.
Отримані результати. Отримано безрозмірну величину, яка є функцією від коефіцієнтів зміщення твірного контуру для ведучого та веденого коліс циліндричної прямозубої передачі. Значення цієї функції пропорційні найбільшій серед швидкостей зношування в околі характерних точок на евольвентних профілях зубів цих коліс. Створено методику визначення раціональних коефіцієнтів зміщення твірного контуру, які мінімізують отриману безрозмірну функцію, та за яких буде максимальною тривалість роботи прямозубої передачі до того, коли найбільша товщина зношеного шару на активних поверхнях зубів досягне гранично допустимої величини.
Наукова новизна. Обґрунтовано, що збільшення товщини зношеного шару з часом роботи прямозубої передачі буде відбуватись найшвидше в околі певних характерних точок на евольвентних профілях зубів коліс. Розроблено розрахункову модель для визначення товщин зношеного шару в околі крайніх активних точок профілів зубів пари циліндричних прямозубих коліс та в околі нижніх і верхніх граничних точок однопарного зачеплення. У цій моделі враховано вплив питомих ковзань і чисел зубів коліс та твердостей їхнього поверхневого шару на швидкості зношування у характерних точках на профілях зубів. Крім того, враховано розподіл повної сили взаємодії цих коліс між двома парами зубів при двопарному зачепленні, а також зміну сили, яку передає одна пара зубів, при її вході або виході з однопарного зачеплення.
Практична цінність. Створену методику визначення коефіцієнтів зміщення твірного контуру доцільно застосовувати при проектуванні циліндричних прямозубих передач для машин і обладнання, що функціонують в умовах, за яких можливе потрапляння абразивних часток у зону зачеплення зубів. Наведено приклад застосування цієї методики у проектувальному розрахунку циліндричної прямозубої передачі.
EN: Purpose. It is to create a method for determination of such shift coefficients of the basic rack’s profile for driving and driven wheels of a cylindrical spur gear pair, that during gear pair operation time the wear rate of a surface layer on the most wearing sections of the teeth’ involute surfaces will be minimal.
Research methods are based on integrated application of the involute gear pair theory and tribological laws. The golden section method is used to minimize the function.
Results. We have obtained a dimensionless quantity, which is a function of shift coefficients of the basic rack’s profile for driving and driven wheels of a cylindrical spur gear pair. Values of this function are proportional to the greatest wear rate in the neighborhood of characteristic points on teeth’ involute profiles of these wheels. The method is created for determination of rational shift coefficients of the basic rack’s profile, which minimize the obtained dimensionless function, and which maximize the service life of the spur gear pair until the greatest worn-layer thickness on the teeth’ active surfaces reaches limiting permissible value.
Scientific novelty. It is proved, that increasing of the worn-layer thickness during spur gear pair operation time will be occurring most rapidly in the neighborhood of certain characteristic points on teeth’ involute profiles of the wheels. Calculation model is elaborated for determination of the worn-layer thicknesses in the neighborhood of extreme active points on teeth’ profiles of the cylindrical spur gear pair and in the neighborhood of the lowest and the highest bounding points of single-pair contact. This model takes into account the influence of specific slides and numbers of wheels’ teeth as well as hardness values of teeth’ surface layer on the wear rates at characteristic points of teeth’ profiles. In addition, the model takes into account sharing of total force of the wheels interaction between two teeth pairs in double-pair contact and also a change of force transmitted by single pair of teeth when it comes into or go out of engagement.
Practical value. Application of the created method for determination of shift coefficients of the basic rack’s profile is expedient in design of cylindrical spur gear pairs for machines and equipment, which operate in conditions when ingress of abrasive particles in the teeth engagement region is possible. An example of application of this method in design calculation of the cylindrical spur gear pair is given.