CC BY
4
МАШИНОСТРОЕНИЕ
FTAMP 55.03.35
https://doi.org/10.48081/VFJG3824
*М. М. Мусаев1, К. Т. Шеров2, А. К. Ракишев3,
H. Ж. Карсакова4, Х. А. Куанышев5
I,3,4,5Караганды техникалыщ университет^
Казахстан Республикасы, Караганды
2С. Сейфуллин атындагы Каза^ агротехникалыщ университет^
Казахстан Республикасы, Н^р-С^лтан
ФРЕЗАЛАП ЖОНУ€А АРНАЛ€АН ЭМБЕБАП Ц¥РЫЛ€ЫНЬЩ МУФТАСЫНЬЩ СЕРП1МД1ЭЛЕМЕНТ1НЩ КЕРНЕУЛК-ДЕФОРМАЦИЯЛАН€АН КУЙ1Н ЗЕРТТЕУ
Фрезалап жону жэне термофрикциялъщ фрезалап жонуга арналган эмбебап цурылгыныц кинематикалъщ цозгалысын зерттеу цурылгыныц металл вцдеу процестде вте жогары жылдамдыцта жэне кyрделi кесу режимтде жумыс ктейтШн кврсеттi. Сонымен цатар, оныц ец квп жуктелген тушт серniмдi резецке элементтер жэне серпiмдi элементтердi жартылай муфталармен байланыстыратын бурандалы цосылыстар болып табылады. Бул мацалада ANSYS багдарламалыц кешенШц квмегiмен муфтаныц серпiмдi элементтщ кернеул^деформацияланган кушн зерттеу нэтижелерi келтiрiлген.
Зерттеулер К,Р БШм жэне гылым министрлшнщ Fылым комитетi царжыландырган AP08956387 «Фрезерлеп жону технологиясын жузеге асыруга арналган токарлыц бшдек базасындагы эмбебап цондыргыныц тэжiрибелiк улгШн жасау» гранттыц тацырыбы аясында орындалды.
Муфтаныц цуат сипаттамаларын куру ушт бiр серпiмдi элементтщ эрекетi зерттелдi жэне оныц геометриялыц моделi жасалды. Серпiмдi элементтщ бойындагы кернеу мен деформацияны сипаттайтын графиктер, сондай-ац айналмалы жуктеме схемасы алынды.
Зерттеу нэтижестде 4,98 МПа тец элементтегi кернеудщ максималды мэт алынды, ол пайдаланылатын материалдыц бержтж шегiне сэйкес келедi жэне цанагаттандырады. Максималды жуктемелерде муфтаныц жумысы кезтде деформацияныц максималды мэш 5,1 мм жететШ де аныцталды.
Зерттеу нэтижелерi муфтаныц серпiмдi элементтщ тацдалган материалы мен геометриялыц параметрлерi оныц бершген жумыс жуктемелершде жумыс ктеупн цамтамасыз ететшдшн кврсеттi.
Кiлттi свздер: фрезалап жону цурылгысы, термофрикциялыц фрезалап жону, серпiмдi элемент, кернеу, деформация, муфта.
Шркпе
Фрезалап жону аркылы айналу денелерi типтес бeлшектердi eцдеудiц eнiмдi эдiсiн кещнен енгiзу Yшiн кажетл станоктык жабдыктын болмауы жэне осы технологиянын аз зерттелуi кедергi келтiрдi [1, 2]. Сондай-ак, негiзiнен эмбебап станок жабды^ы пайдаланылатын ^азакстан Республикасынын машина жасау кэсшорындары жаFдайында бул проблема одан сайын ушыFып барады. ЖоFары бержтт бар материалдарды ендеу кезiнде ендеудщ дэлдш мен сапасын камтамасыз ету эрдайым мYмкiн емес, сонымен бiрге ендеу тиiмдiлiгiне кол жеткiзу киын жэне кеп уакытты кажет ететш процесс болып табылады.
ОсыFан байланысты ^Р Бiлiм жэне Fылым министрлтнщ Fылым комитетi каржыландырFан АР08956387 «Фрезерлеп жону технологиясын жYзеге асыруFа арнаетан токарлык бiлдек базасындаFы эмбебап кондырFынын тэжiрибелiк Yлгiсiн жасау» гранттык такырыбы аясында фрезалап жону технологиясын жузеге асыруFа арналFан арнайы кондырFынын курылымы эзiрлендi.
KYPылFынын конструкциясына [3] жэне фрезалап жону тэсшне [4] ^Р патентi алынды.
Сурет 1 - Фрезалап жонуFа арналFан эмбебап курыеты
Токарьлык бiлдек Yшiн эмбебап конды^ы (1-сурет) мойынтiректер орналаскан 2 кронштейнде орнатылFан 1 аралык бiлiктiн бiр ушына бекiтiлген жартылай муфтадан 3 жэне электркозFалткышынын бiлiгiне 7 орнатыетан екiншi жартылай муфтадан 6 жэне оларFа бурандалар 5 аркылы бектлетш серпiмдi резенке элементтерден 4 турады.
^урылры металл ендеу процесiнде ете жоFары жылдамдыкта жэне кYPДелi кесу режимшде жумыс iстейтiндiктен, онын ен манызды бeлiгi - серпiмдi резенке элементтер мен серпiмдi элементтердi жартылай муфталармен байланыстыратын бурандалы косылыстар. Осыпан байланысты эмбебап фрезерлiк курылFы муфтасынын серпiмдi элементiнiн кернеулiк-деформацияланFан кYЙiн (КДК) зерттеу eзектi мэселе болып табылады.
Материалдар мен эдктер
1-суреттен жартылай муфталар аральщ бшжтщ ушына жене электр KозFалткышынын бiлiгiне орнатылFанын керуге болады. Айналмалы козFалыс электр козFалткышынан муфталар аркылы аралык бiлiкке берiледi. Муфтанын серпiмдi элементтерi МБС-С маркалы техникалык пластинадан жасалFан (МЕСТ 7338-90).
Резенке телкелерлщ калынды^ынын жука болуына байланысты бтктердщ шамалы жылжуына мYмкiндiк беретiн муфтанын темен шлпштш бар. Муфта шаFын жене орта айналу моменттерiн беру кезшде машиналарды электр KозFалткыштарымен косу Yшiн кенiнен колданылады [5]. Оны дайындау онай. 2-суретте доFа терiздi серпiмдi элементтерi бар муфтанын моделi жене онын геометриялык сипаттамалары керсетшген.
в
а) б)
а - доFа терiздi серпiмдi элементтерi бар муфта;
б - муфтанын геометриялык параметрлерк 1 - резенке элемент; 2, 3 - жартылай муфталар;
4 - бурандалы косылыс; B - 115 мм; h - 12 мм; Do - 90 мм;
D, - 114 мм; D - 64 мм; d - 38 мм; d - 60 мм; l - 170 мм.
1 1 2 1 1 ст 7
Сурет 2 - ДоFа терiздi серпiмдi элементтерi бар муфтанын моделi жене онын геометриялык параметрлерi
ДоFа терiздi серпiмдi элементтерi бар серmмдi муфта Yш серпiмдi элементтен 1 турады жене жартылай муфталар 2 жене 3, оларFа бурандалы косылыстармен 4 бекiтiледi (2-суреттi караныз).
Муфтанын жумысына оFан айналмалы козFалыс беретiн машина жумысынын сипатына байланысты динамикалык жYктемелердiн (соккылардын, тербелiстердiн) шамасы, каркындылыFы мен сипаты айтарлыктай есер етедi [6].
Нэтижелер жене тал^ылаулар
Торо терiздi серпiмдi элементтерi бар муфталар Yлкен козFалыстармен жене Yлкен деформациялармен сипатталады, бул оларды есептеу кезшде сызыктык емес серпiмдiлiк теориясынын кYPДелi математикалык аппаратын колдануды
нeмeсe эр кaдaмдa сы1зыщтыщ физикглык кaтынaстaрды колдaнyFa мYмкiндiк бeрeтiн eсeптi шeшyдщ кaдaмдыщ процeдyрaсын тaлaп eтeдi. КYPДeлi гeомeтрияFa жэнe жоFaры сeрпiмдi мyфтaлaрдын сeрпiмдi элeмeнттeрiн жYктeyдiн кYPДeлi сипaтынa, мaтeриaлдын eрeкшeлiгiнe бaйлaнысты, кaрaстырылып отырFaн rameri мyфтaлaрдын кeрнeyлi-дeформaциялыщ кYЙiн eсeптey дeформaциялaнaтын ^arm дeнeнiн мeхaникaсындaFЫ eH кYPДeлi эдiстeрдiн 6ipi дeп сaнayFa болaды жэнe олaрдын eзiндiк эдiстeрi ^п жaFдaйдa, мeтaлл бYЙымдaрын eсeптey кeзiндe ^o^a^ina^rn эдiстeрдeн eзгeшe болaды. Эри^, бул мэсeлeлeрдi тиiмдi шeшy мyфтaлaрдын рeзeнкe сeрпiмдi элeмeнттeрiн зeрттey курады рeтiндe Yздiксiз ортa мeхaникaсынын зaмaнayи эдiстeрiн колдaнFaн кeздe Faнa мYмкiн болaды. Осындaй эдiстeрдiн 6ipi - со^ы1 элeмeнттeр эдiсi (СЭЭ).
Сeрпiмдi элeмeнттiн дeнeсiндeгi aйнaлмaлы ынысу гар^унврш^ мэндeрiн ami^ray жэнe eсeптey ушш 6i3 ANSYS бaFдaрлaмaльщ кeшeнiн колдaнaмыз. Мyфтaнын к^т сипaттaмaлaрын КУРУ ушш 6ip сeрпiмдi элeмeнттiн эрeкeтiн ^apacmpy жeткiлiктi.
3-сyрeттe мyфтaнын сeрпiмдi элeмeнтiнiн гeомeтриялыщ модeлi кeрсeтiлгeн.
Сyрeт 3 - Мyфтaнын сeрпiмдi элeмeнтiнiн гeомeтриялыщ модeлi
ANSYS бaFдaрлaмaлыщ кeшeнiн колдaнa отырып, тeгiс сeрпiмдi элeмeнтi 6ap жоFaры сeрпiмдi мyфтaнын типтiк ece6i [5, 6] жYмыстaрдa кeлтiрiлгeн. Ондa рeзeнкe жYздi композиттiн рeологиялыщ Ka^errepm мaтeмaтикaлыщ сипaттayдын кYРДeлiлiгiнe бaйлaнысты торлы кaбыщтaрдыщ момeнтсiз тeориясынa нeгiздeлгeн модeльдeyгe жeнiлдeтiлгeн тэсiл жYзeгe aсырылды, ол рeзeнкe жYздi плaстинaлaр мeн кaбыщтaрдыщ eH толыщ дaмыFaн мaтeмaтикaлыщ модeлi болып тaбылaды.
Мyфтaнын кeрнeyлi-дeформaциялaнFaн ^шн aныщтay стaтикaлыщ курылымнын eсeптiк шaблоны нeгiзiндe жYзeгe aсырылaды. Бул eсeптeyдe eсeптey объeктiсiн бeкiтy жэнe жYктey шaрттaрын бeлгiлey кaжeт. 4-сyрeттe объeктiнi бeкiтy схeмaсы жэнe оFaн колдaнылaтын момeнт кeрсeтiлгeн.
Сурет 4 - Айналу моменимен жYктелу сулбасы: А, В - беюту нYктелерi; С, D - айналу моменимен жYктелу нYктелерi
Ansys Static Structural шаблонындаFы муфтанын серпiмдi элементiнiн кернеульдеформациялашан кYЙiн есептеу нетижелерi 6, 7-суреттерде келтiрiлген.
Сурет 6 - Муфтанын серпiмдi элементiнiн бойындаFы кернеу мелшерi
А; Statk Structural
Oirect«oral Delo'mation
Type: Directioral Deformationen A*is)
(Jnft mm
Global Coordinate System Time 1
22.06.2021 23:43
■ 5.1077 Max
. 3.9723
1 2,837 1.7016
g» 0,5663
И 0,56904
— 1,7044
_ -26397 I -3.9751 ' -5,1104 Min
Сурет 7 - Муфтанын серпiмдi элементшщ бойындаFы деформация шамасы
АлынFан деректердi талдау нетижесiнде элементтегi кернеудiн максималды менi 4,98 МПа тен екендт аныкталды, бул пайдаланылатын материалдын бер^ж шегiне сейкес келедi жене канаFаттандырады. Максималды жYктемелерде муфтанын жумысындаFы деформациянын максималды менi 5,1 мм жетед^
Зерттеу нетижелерi муфтанын серпiмдi элементшщ тандалFан материалы мен геометриялык параметрлерi онын берiлген жумыс жYктемелерiнде жумыс iстеуiн камтамасыз ететiндiгiн керсеттi.
Корытындылар
1 Эмбебап фрезалап жону куры^ысынын муфтасыньщ серпiмдi элементшщ КДК зерттеу нэтижесвде серпiмдi элементтiн денесiндегi кернеу мен деформацияны сипаттайтын графиктер, сондай-ак, айналдыру жYктемесiнiн схемасы алынды.
2 Элементтеп кернеудiн максималды мэнi 4,98 МПа тен, ол пайдаланылатын материалдын бержтж шегiнде сэйкес келедi.
3 Максималды жYктемелерде муфтанын жумысы кезiнде деформациянын максималды мэнi 5,1 мм жететт аныкталды.
4 Зерттеу нэтижелерi муфтанын серmмдi элементiнiн тандалFан материалы мен геометриялык параметрлерi онын берiлген жумыс жYктемелерiнде жумыс iстеуiн камтамасыз ететшдшн кeрсеттi.
ПАЙДАЛАHFАH ДЕРЕКТЕР Т1З1М1
1 Шеров, К. Т., Шеров, А. К., Мусаев, М. М., Курмангалиев, Т. Б.
^иын енделетш материалдарды фрезалап-жону эдiсiмен ендеу / Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева - Усть-Каменогорск : Изд-во ВКГТУ, 2016. - № 3(73) - С. 116-122.
2 Mussayev, M., Sherov, K., Taskarina, A., Sherov, A., Gabdyssalik, R., Buzauova, T., Ainabekova, S. Chip formation during thermal friction turn miliing. In Journal of Applied Engineering Science. - Vol. 19. - № 1. - 2021. - P. 142-147.
3 Шеров, К. Т., Мусаев, М. М., Шеров, А. К., Доненбаев, Б. С., Ракишев, А. К. Универсальное устройство для токарного станка / Патент РК № 33088 на изобретение. Опубл. 17.09.2018. Бюл. № 35.
4 Иннов. пат. № 31934 РК. Способ термофрикционного фрезоточения и фреза трения / М. М. Мусаев, К. Т. Шеров, и др. Опубл. 05.07.2018, Бюл. № 25.
5 Korneev, V. S. Finite element research of rubber-cord flat coupling / V. S. Korneev, D. A. Romanyuk, S. A. Korneev, G. S. Russkih, M. V. Vaskova. In Procedia Engineering. - № 152. - Elsevier Ltd, 2016. - P. 321-326.
6 Korneev, S. A. Flat shell stress-strain state calculation / S. A. Korneev, V. S. Korneev, V. A. Ilyichev, M. V. Vaskova. In Procedia Engineering. - № 113. -Elsevier Ltd, 2015. - P. 270-275.
7 Кокорев, И. А., Горелов, В. Н. Курс деталей машин : Учебное пособие. -Самара : Самарский государственный технический университет, 2017. - 287 с.
8 Kang, J. H., Lee, H. W. Study on the design parameters of a low speed coupling of a wind turbine. In Int. J. Precis. Eng. Manuf. - 2017. - Vol. 18. - P. 721-727.
9 Романюк, Д. А. Общий термодинамический анализ процессов деформирования упругого элемента плоской муфты // Физико-математическое моделирование систем : материалы XVII Международного семинара. - Воронеж : ВГЛТУ, 2017. - Ч. 1. - С. 67-74.
10 Зубков Н. Н. Инструментальные материалы для изготовления лезвийных инструментов // Наука и образование. Научное изд. МГТУ им. Баумана. - 2018. - № 13. - С. 75-100.
REFERENCES
1 Sherov, K. T., Sherov, A. K., Musayev, M. M., Kurmangaliev, T. B.
Kiyn ondeletin materialdardy frezalap-zhonu adisimen ondeu [Processing of hard-to-process materials by milling and turning]. In Bulletin of the Serikbayev EKSTU. -Usf Kamenogorsk : Publ. EKSTU, 2016. - Vol. 3. - P. 116-122.
2 Mussayev, M., Sherov, K., Taskarina, A., Sherov, A., Gabdyssalik, R., Buzauova, T., Ainabekova, S. Chip formation during thermal friction turn miliing. In Journal of Applied Engineering Science. - Vol. 19. - № 1. - 2021. - P. 142-147.
3 Sherov, K. T., Musayev, M. M., Sherov, A. K., Donenbayev, B. S., Rakishev, A. K. Universal'noye ustroystvo dlya tokarnogo stanka [Universal device for lathe] / Patent RK № 33088. 17.09.2018. Bull. № 35.
4 Innov. patent of RK № 31934. Sposob termofriktsionnogo frezotocheniya i freza treniya [Thermal friction turn-milling method and friction milling cutter] / Musayev M. M., Sherov K. T. and others. 05.07.2018, Bull. № 25.
5 Korneev, V. S. Finite element research of rubber-cord flat coupling / V. S. Korneev, D. A. Romanyuk, S. A. Korneev, G. S. Russkih, M. V. Vaskova. In Procedia Engineering. - № 152. - Elsevier Ltd, 2016. - P. 321-326.
6 Korneev, S. A. Flat shell stress-strain state calculation / S. A. Korneev, V. S. Korneev, V. A. Ilyichev, M. V. Vaskova. In Procedia Engineering. - № 113. -Elsevier Ltd, 2015. - P. 270-275.
7 Kokorev, I. A., Gorelov, V. N. Kurs detaley mashin [Machine parts course] [Text]. - Samara : Samara State Technical University, 2017. - 287 p.
8 Kang, J. H., Lee, H. W. Study on the design parameters of a low speed coupling of a wind turbine. In Int. J. Precis. Eng. Manuf. - 2017. - Vol. 18. - P. 721-727.
9 Romanyuk, D. A. Obshchiy termodinamicheskiy analiz protsessov deformirovaniya uprugogo elementa ploskoy mufty [General thermodynamic analysis of deformation processes of an elastic element of a flat coupling]. In Fiziko-matematicheskoye modelirovaniye sistem : materialy XVII Mezhdunarodnogo seminara. - Voronezh : VSLTU, 2017. - P. 67-74.
10 Zubkov, N. N. Instrumental'nyye materialy dlya izgotovleniya lezviynykh instrumentov [Tool materials for the manufacture of blade tools]. In Nauka i obrazovaniye. - Bauman MSTU. - 2018. - Vol. 13. - P. 75-100.
MaTepua^ 20.09.21 SacnaFa TYCTi.
*M. M. Mycaee1, K. T. mepoe2, A. K. PaKumee3,
H. №. KapcaKoea4, X. A. KyaHbimee5
I,3,4,5KaparaHgHHCKHH TexHHHecKHH yHHBepcureT, PecnySnuKa Ka3axcTaH, r. KaparaHga;
2Ka3axcKHH arpoTexHHHecKHH yHHBepcureT HMeHH C. CeH^yn^HHa, PecnyS^HKa Ka3axcTaH, r. Hyp-CymaH. MaTepua^ nocTynun b pega^uro 20.09.21.
исследование ндс упругого элемента муфты универсального устройства для фрезоточения
Исследование кинематического движения универсального устройства для фрезоточения и термофрикционного фрезоточения показали, что устройство работает в процессе металлообработки на очень высоких скоростях и в сложных режимах резания. При этом его самым нагруженным узлом являются упругие резиновые элементы и болтовые соединения, соединяющие упругие элементы с полумуфтами. В данной статье приводятся результаты исследования напряженно-деформированного состояния упругого элемента муфты с помощью конечно-элементного программного комплекса ANSYS.
Исследования были выполнены в рамках грантовой темы AP08956387 «Создание опытного образца универсального устройства на базе токарного станка для реализации технологии фрезоточения», финансируемой Комитетом науки Министерства образования и науки РК.
Для построения силовых характеристик муфты было исследовано поведение одного упругого элемента и построена его геометрическая модель. Были получены графики, характеризующие величины напряжения и деформации в теле упругого элемента, а также схема нагружения крутящим моментом.
В результате исследования получено максимальное значение напряжений в элементе равное 4,98 МПа, что удовлетворяет и соответствует характеристикам в пределах прочности используемого материала. Установлено, что максимальное значение деформации при работе муфты на максимальных нагрузках достигает величины 5,1 мм.
Результаты проведенных исследований показали, что выбранный материал и геометрические параметры упругого элемента муфты обеспечивают ее работоспособность при заданных эксплуатационных нагрузках.
Ключевые слова: устройство для фрезоточения, термофрикционное фрезоточения, упругий элемент, напряжения, деформация, муфта.
*М. Mussayev1, K. Sherov2, А. Rakishev3, N. Karsakova4, K. Kuanyshev5
1,3,4,5Karaganda Technical University, Republic of Kazakhstan, Karaganda; 2S. Seifullin Kazakh AgroTechnical University, Republic of Kazakhstan, Nur-Sultan. Material received on 20.09.21.
RESEARCH OF THE STRESS-STRAIN STATE OF THE COUPLING ELASTIC ELEMENT OF THE MILLING UNIVERSAL DEVICE
The study of the kinematic movement of a universal device for turn-milling and thermal friction turn-milling showed that the device works in the process of metalworking at very high speeds and in difficult cutting conditions. At the same time, its most loaded unit is elastic rubber elements and bolted joints connecting elastic elements with half couplings. This article presents the results of the study of
the stress-strain state of the elastic element of the coupling using the finite element software package ANSYS.
The researches were carried out under the grant theme which are funded by the Science Committee of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan (Grant No. AP08956387 «Creating a prototype universal device based on a lathe for the implementation of turn-milling technology»).
To construct the power characteristics of the coupling, the behavior ofone elastic element was investigated and its geometric model was built. Were obtained graphs characterizing the values of stress and strain in the body of the elastic element, as well as the scheme of loading by a torque.
As a result of the study, the maximum value of the stress in the element was obtained, equal to 4.98 MPa, which satisfies and corresponds to the characteristics within the strength limits of the material used. It was found that the maximum value of deformation during the operation of the coupling at maximum loads reaches 5.1 mm.
The results of the studies have shown that the selected material and geometric parameters of the elastic element of the coupling ensure its operability at the given operational loads.
Keywords: turn-milling device, thermal friction turn-milling, elastic element, stress, deformation, coupling.
