Modeling of the structure of a four-support shaft by the stiffness criterion
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2022-272-2-36-41Keywords:
multi-shaft, metal-cutting machine, 3D model, finite element method, stress diagram, displacement plotsAbstract
The means and tools of designing and modeling of multi-support shafts with the use of solid-state modeling and the finite element method in choosing the optimal design of the shaft and its supports are presented. A transverse layout of the drive has been developed, which will determine the nature of the load and the design scheme of the shaft. This shaft is considered as a rod structure on four hinged supports in which the main problem of performance is insufficient rigidity and high stress levels in certain sections. The procedure of development of elastic-deformation model as a set of two independent tasks is considered: statics of a shaft as a rod on elastic supports (calculation of an elastic line of a shaft) and the corresponding characteristics of bearings. The procedure of a three-dimensional model construction on a four-support shaft design for a multi-operation drilling-milling-boring machine in the integrated WinMachine CAD workstation is proposed. Interconnected solid-state modeling modules "ARM Studio" and "ARM Structure3D" were used, as well as a specialized module for designing shafts "ARM Shaft", which are included in the APM WinMachine CAD environment. A specialized parametric core with a very user-friendly interface is used, which provides a sharp increase in the productivity of the designer in the process of modeling machine tool shafts. The calculation of bearing 4-309 was performed using the module "ARM Bear", which is based on a set of verification calculations of non-ideal bearings, including the determination of displacements and force distribution diagrams taking into account statistical dispersion. The multivariate calculation of the elastic-deformation state using the finite element method in the environment of the integrated system of automated design APM WinMachine is considered. The analysis of displacements and angles of rotation in different sections of the shaft on rigid hinged supports and determined that their values are within acceptable limits, which confirms the efficiency of the four-support shaft structure. The maximum stresses that occur in the slotted surface are determined using the "Cross-sectional stress" option. It is shown how the elastic-deformation characteristics change during the transition from rigid to elastic- deformation hinged supports.
References
1. Металлорежущие станки: Учебник для машинострои-тельных втузов/Под ред. В.Э. Пуша.Москва: Машино-строение, 1985. 575 с.
2. Бочков В.М., Сілін Р., Гаврильченко О.В. Розрахунок та конструювання металорізальних верстатів: Підруч-ник. Львів: Вид-во «Бескид Біт», 2008. 448 с.
3. Кіпчарський В.П. Металорізальні верстати: Навчальний посібник. Маріуполь: ДВНЗ «ПДТУ», 2018. 143 с.
4. SokolovV., Krol O., Stepanova O. Mathematicalmodel of the automatic electrohydraulic drive with volume regulation // TEKA Commision of Motorization and Energetic in Agriculture. Vol.17. – № 1,2017. – Lublin, Poland. P. 27–32.
5. Krol O., Juravlev V. Modeling of spindle for turret of the specialized tool type SF16MF3// TEKACom. Mot. andE-nerg. in Agriculture. – OLPAN, 2013, Vol.13, No 4,Lublin, Poland. Р. 141–147.
6. Krol O., Sukhorutchenko I. 3D-modeling and optimization spindle’s node machining centre SVM1F4 // TEKA Com-mision of Motorization and Energetic in Agriculture. –Vol.13. – № 3. 2013. – Lublin, Poland. P. 114–119.
7. ГайдамакаА.В. Деталі машин. Основи теорії та розра-хунків: навчальний посібник для студентів машинобу-дівних спеціальностей усіх форм навчання. Харків: НТУ «ХПІ», 2020. 275 с.
8. Дубинець О. Деталі машин. Розрахунок та конструю-вання. Київ: Талком, 2014. 684 с.
9. O Krol, V Sokolov and P Tsankov. Modelling of vertical spindle head for machining centre / J. Physics: Conf. Series 1553 (2020) 012012. – VSPID-2019. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1553/1/012012
10. Oleg Krol, Olga Porkuian, Volodymyr Sokolov, Petko Tsankov. Vibration stability of spindle nodes in the zone of tool equipment optimal parameters/ Comptes rendus de l’Acade'mie bulgare des Sciences, 2019, Vol 72, No 11, pp. 1546-1556. DOI:https://doi.org/10.7546/CRABS.2019.11.12
11. Krol O., Sokolov V. 3D modelling of angular spindle’s head for machining centre. Journal of Physics: Conf. Se-ries.2019. 1278, 012002. VSPID-2018. DOI:https://doi.org/10.1088/1742-6596/1278/1/012002
12. Расчет деталей машин на ЭВМ: Учеб. пособие для машиностр.вузов / Д.Н. Решетов, С.А.Шувалов, В.Д.Дудко и др.;Под.ред. Д.Н.Решетова и С.А. Шува-лова. М.: Высш.шк., 1985.368 с.
13. Замрий А.А. Практический учебный курс СAD/CAEAPMWinMachine. Учебно-методическое по-собие.Москва: Изд-во АПМ, 2004. 240 с.
14. Krol O.,Shevchenko S., Sukhorutchenko I., Lysenko A. 3D-modeling of the rotary table for tool SVM1F4 with non-clearance worm gearing// TEKA Commision of Moto-rization and Energetic in Agriculture. Vol. 14. № 1. 2014. Lublin, Poland. P. 126–133.
15. Mitsyk A.V., Fedorovich V.A., Grabchenko A.I. The ef-fect of a shock wave in an oscillating working medium during vibration finishing-grinding processing. Cutting & Tools in Technological System. Kharkiv: NTU “KPI”, 2020. Ed. 93. P. 43 – 55. https://doi.org/10.20998/2078-7405.2020.93.06
16. Sokolov V., Porkuian O., Krol O., Baturin Y. (2020) De-sign Calculation of Electrohydraulic Servo Drive for Technological Equipment. In: Ivanov V., Trojanowska J., Pavlenko I., Zajac J., Peraković D. (eds) Advances in De-sign, Simulation and Manufacturing III. DSMIE 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_8
17. Кроль О.С., Кроль А.А., Бурлаков Е.И. Твердотельное моделирование и исследование шпиндельного узла обрабатывающего центра. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. Харьків: НТУ «ХПІ», 2013. № 16(989). С. 14–18.
18. Мицык А.В., Федорович В.А. Развитие новых техно-логий вибрационной отделочно-зачистной и упроч-няющей обработки деталей общемашиностроительного применения.Вісник Національного технічного уні-верситету «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних те-хнологіях. Харків: НТУ «ХПІ», 2012. № 47 (953). С. 226 – 233.
19. Krol O.S., Osipov V.I. Modeling of construction spindle’s node machining centre SVM1F4 / Comission of Motoriza-tion and Power Industry of Agriculture. OL PAN, 2013, Vol.13, is.3, Lublin, Poland. – P. 108–113.
20. Кроль О.С. Методы и процедуры оптимизации режи-мов резания. Монография. Луганск:Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2013. 260 с.
21. Krol O., Sokolov V. Rational choice of machining tools using prediction procedures / EUREKA: Physics and en-gineering, Number 4, 2018. p. 14–20. DOI:https://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00667
22. Кроль О.С., Сухорутченко И.А. Трехмерное модели-рование многооперационного станка модели СВМ1Ф4 в среде компас 3D. Восточно-Европейский журнал пе-редовых технологий. 2014. Т. 4. № 7 (70). С. 13–18.DOI:https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.26250
23. Кроль О.С., Кроль А.А. Расчет податливости станка СФ68ВФ4 и моделирование динамики формообразования //Вісник СевНТУ, вип. 117 «Машинобудування та транспорт», Севастополь, 2011. С. 81–84.
24. Кроль О.С., Кроль А.А., Синдеева Е.В. Моделирование конструкции четырехопорного вала в САПР АРМ «WinMachine» //Ресурсозберігаючі технології вироб-ництва та обробки тиском матеріалів у машинобуду-ванні. Зб. наук. пр. Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2008. С. 139–143.
25. Shevchenko S., Mukhovaty A., Krol O. (2020) Gear Transmission with Conic Axoid on Parallel Axes. In: Ra-dionov A., Kravchenko O., Guzeev V., Rozhdestvenskiy Y. (eds) Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). ICIE 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. pp. 1–10. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-22041-9_1
26. Кроль О.С. Построение параметрических моделей ре-менных передач с использованием системы АРМ WINMACHINE / Восточноевропейский журнал пере-довых технологий. 2012. № 2/7(62). С. 61–63.
27. Кроль О.С., Шевченко С.В., Сіндєєва О.В., Покінтели-ця М.І. Проектування механічних передач металоріза-льних верстатів за допомогою системи WinMachine. Навчальний посібник. Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2007. 200с.
28. Krol O, Sokolov V. Research of modified gear drive for multioperational machine with increased load capacity. Diagnostyka. 2020; 21(3):87–93. DOI: https://doi.org/10.29354/diag/126026
29. Нерубащенко А.А., Кроль О.С., Кроль А.А. Создание базы данных параметрических моделей деталей станков в модуле АРМ Base // Вісник СевНТУ, 2010, вип.107. С.107–109.
30. Krol O., Sokolov V. Parametric modeling of machine tools for designers. Sofia: Prof. Marin Drinov Academic Publishing House of Bulgarian Academy of Sciences, 2018. 112 p. DOI:https://doi.org/10.7546/PMMTD.2018.
