СТАТИЧНИЙ АНАЛІЗ ШПИНДЕЛЬНОГО ВАЛУ МОБІЛЬНОГО РОЗТОЧУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТУ

Автор(и)

  • Валерій Львович Хавін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4827-6474
  • Борис Миколайович Киркач Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0432-1296
  • Олексій Борисович Киркач ТОВ «Енейбл Україна», Ukraine https://orcid.org/0000-0003-4594-557X
  • Інна Петрівна Хавіна «Харківського національного університету внутрішних справ», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1856-1186

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-004X.2023.2(8).08

Ключові слова:

шпиндельний вал, нелінійна жорсткість опор, статичний наліз, мобільна розточувальна машина

Анотація

Проведено аналіз спеціальних вимог та критеріїв, що висуваються до мобільних верстатів. На базі відомих підходів до статичних розрахунків шпиндельних вузлів запропоновані розрахункові схеми та математична модель для статичного аналізу шпиндельного валу на нелінійних опорах. У запропонованому підході використовується модель балки Тимошенко. Рішення диференційного рівняння зігнутої осі балки здійснюється методом початкових параметрів у матричній формі. Нелінійна система рівнянь формується автоматично для конкретної розрахункової схеми. Для її рішення застосовується метод простих послідовних ітерацій. Особливістю роботи є врахування нелінійной залежності деформації підшипників від діючих на них навантажень. У якості прикладу проведено статичний аналіз шпиндельного валу мобільной розточувальної машини ХТ7809-0524, призначеної для розточування отворів великого діаметру. Для декількох варіантів розрахункових схем проведена оцінка згинальної жорсткості, розрахунок прогинів та кутів повороту у робочому режимі. Побудовані графіки розподілу переміщень перерізів шпиндельного валу вздовж його осі. З’ясовано що лінійна жорсткість шпиндельного вала розточувальної машини ХТ7809-0524 нижче нормативної, принятої у верстатобудуванні. Приведено графіки розподілу внутрішніх зусиль у перерізах шпиндельного валу, зроблено оцінку його міцності. Встановлено, що рівень максимальних напружень на робочому режимі є прийнятним і достатнім для забезпечення необхідного запасу міцності вала.

Біографії авторів

Валерій Львович Хавін, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, професор

Борис Миколайович Киркач, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, професор

Інна Петрівна Хавіна, «Харківського національного університету внутрішних справ»

Кандидат технічних наук, доцент

Посилання

P.M. Chernjanskij, "Zhestkost' metallorezhushchih stankov", MVTU, 1969, 20s

D.N. Reshetov, "Raschet valov (shpindelej) s uchetom uprugogo vzaimodejstvija ih s oporami", Mashgiz, 1939 75с.

Shareef, K.J.H, Brandon, J.A., "On the Quasi-Static Design ofMachine Tooi Spindies, " Journal ofEngineering Manufacture, Voi. 204, 1990, pp. 91-104.

Zverev.I.A., Samokhvalov E.I., Levina Z.M. Avtomatizirovannye raschety shpindelnykh uzlov. Stanki I instryment. 1984. №2. s.11-15.

Yang S (1981), A study of the static stiffness of machine tool spindles, Int. J. Mach. Tool Des. Res 2l: 23-40. DOI.org/10.1016/0020-7357(81)90011-

Cao Y and Altintas Y (2007), A general method for the modelling of spindle-bearing systems, J. Mech. Des. Transact.ions of the ASME 126: 1089-1104. DOI:10.1115/1.1802311

Cao H, Li B and He Z (2013), Finite Element Model Updating of Machine-Tool Spindle Systems, Journal of Vibration and Acoustics 135: 0245031-0245034. DOI: 10.1115/1.4023045 4

Z.M. Levina, I.A. Zverev, "Raschet staticheskih i dinamicheskih harakteristik shpindel'nyh uzlov metodom konechnyh elementov", Stanki i instrument, №8, 1986, s.6-9 (in Russian).

D.E. Patil, V. A. Kamble, A.R. Balwan Design and Analysis of a Spindle of Special Purpose Drilling Machine by using Solid Works Journal of Mechanical & Mechanics Engineering Volume 2 Issue 1 Page 1-12 2016.

Satish Kumbar,Vikram birangane, Design and Analysis of Machine Tool Spindle International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) – Volume 48 Number 7 June 2017 387-392

Satish Kumbar, Vikram Birangane and Dynamic Analysis of Lathe Spindle using ANSYS International Journal of Applied Engineering Research Volume 13, Number 9 (2018) pp. 6994-7000

Jin-Woo Choia Development of an Automation Tool for the Three-Dimensional Finite Element Analysis of Machine Tool Spindles Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers 24:2 (2015) 166~171

G. Subramani, R. Suvada, S.G. Kapoor, R.G. DeVor, W. Meingast, A model for the prediction of force system for cylinder boring process, Proc. XV. NAMRC (1987) 439–446.

Y. Altintas, Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design, Cambridge University Press, 2000.

E.J.A. Armarego, M. Uthaichaya, Mechanics of cutting approach for force prediction in turning operations, J. of Engineering Production 1 (1977) 1–18.

J.A., Armarego, Material removal processes—An intermediate course, University of Melbourn, 1993

Spravochnik tehnologa-mashinostroitelja. V dvuh tomah. T.2. Pod. red A. Kosilovoj I R. Mesherjakova. – M.:Mashinostroenije, 1985/

O. Kyrkach, V. Khavin, I. Khavina, "A computational technique for the static analysis of multi-support spindle shafts with nonlinear elastic bearings", Proceedings of 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology Conference, Kharkiv, Ukraine, 5-10 Oct. 2020, pp. 402-406.

An Enhanced Computational Technique for the Static Analysis of Multi-Support Spindle Shafts with Nonlinear Elastic Bearings,Valeriy Khavin; Oleksiy Kyrkach; Borys Kyrkach 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) 13-17 September 2021 Kharkiv, Ukraine

Harris Tedric A. Rolling bearing analysis / Tedric A. Harris. - 4th ed.,(2001)1074

Kyrkach N., Balasanyan R. Raschet I proektirovanije detalej mashin. (Ychebn. posodije dlja techn. vuzov.) – 3-je izd., pererab. i dop. – Ch., Osnova, 1991.-276 s.

Kolesnikov L. Issledovaniye staticheskih i dinamicheskih harakteristik shpindelnuh yzlov stankov pri avtomatizirovanom proektirovanii: ychebno-metodicheskoe posobije dlja studentov specialnosti 1-36 01 03 «Tehnologicheskoe oborudovanie mashinostroitelnogo proizvodstva» / L. Kolesnikov.- Minsk, BNTU, 2017 – 55 s.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-11-03