omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-191-31-38FRPPUSomna-155Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGОценка напряженно-деформированного состояния профильных соединений узлов машинAssessment of the stress-strain state of profile joints of machine componentsИльиныхВ. А.IlinykhV. A.

Ильиных Виктор Анатольевич - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Прикладная механика и математика» (ЗабИЖТ ИрГУПС), SPIN-код: 1446-6405. AuthorID (РИНЦ): 713503. AuthorID (SCOPUS): 57212555086.

Чита

Ilinykh Viktor Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Applied Mechanics and Mathematics Department, ZABIZHT IrGUPS, SPIN-code: 1446-6405. AuthorID (RSCI): 713503. AuthorID (SCOPUS): 57212555086.

Chita

ilinykh.viktor5@mail.ruЛинейцевВ. Ю.LineytsevV. Yu.

Линейцев Владимир Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительство железных дорог» ЗабИЖТ ИрГУПС, SPIN-код: 6839-0048. AuthorID (РИНЦ): 703424

Чита

Lineytsev     Vladimir      Yuryevich,   Candidate    of Technical Sciences, Associate Professor of Railroad Construction Department, ZABIZHT IrGUPS, SPIN-code: 6839-0048. AuthorID (RSCI): 703424.

Chita

linetzev@mail.ruБелкинаО. С.BelkinaO. S.

Белкина Ольга Станиславовна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Прикладная механика и математика» ЗабИЖТ ИрГУПС, SPIN-код: 6736-4078. AuthorID (РИНЦ): 1189836.

Чита

Belkina Olga Stanislavovna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Applied Mechanics and Mathematics Department, ZABIZHT IrGUPS, SPIN-code: 6736-4078. AuthorID (RSCI): 1189836.

Chita

miss.belkio@mail.ruНепомнящихЕ. В.NepomnyashchikhE. V.

Непомнящих Евгений Владимирович - старший преподаватель кафедры «Строительство железных дорог» ЗабИЖТ ИрГУПС, SPIN-код: 1949-5990. AuthorID (РИНЦ): 702496.

Чита

Nepomnyashchikh          Evgeny        Vladimirovich - Senior Lecturer of Railroad Construction Department, ZABIZHT IrGUPS, SPIN-code: 1949-5990. AuthorID (RSCI): 702496.

Chita

nepom84@mail.ruЗабайкальский институт железнодорожного транспорта (филиал) Иркутского государственного университета путей сообщенияРоссияZabaikal Railway Transport Institute (branch) Irkutsk State Transport UniversityRussian Federation202430092024033138Copyright © Ильиных В.А., Линейцев В.Ю., Белкина О.С., Непомнящих Е.В., 20242024Ильиных В.А., Линейцев В.Ю., Белкина О.С., Непомнящих Е.В.Ilinykh V.A., Lineytsev V.Y., Belkina O.S., Nepomnyashchikh E.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/155

В статье представлены результаты исследований профильных соединений механизмов и машин на жесткость и прочность. Устройство выполнено на основе применения неподвижных и подвижных профильных соединений, предназначенных для передачи крутящего момента. Рассмотрены профильные соединения с гарантированным зазором, изготовленные на основе равноосного контура типа РК-3, РК-5 и криволинейного контура типа ККс-4, которые получили наиболее широкое внедрение в узлах металлорежущих станков и других машин, производимых в России, а также в Венгрии, Германии и КНДР. Применяя известную методику, предназначенную для оценки напряженнодеформированного состояния деталей профильных соединений, выполнены расчеты по критериям работоспособности на прочность и жесткость ступиц (втулок) с разной толщиной стенок. Анализ результатов расчета прочности и жесткости проведен на примере РК-3 профиля. При растяжении ступицы от действия распорных сил учтена геометрическая форма, номинальный размер охватываемой детали, толщина стенок охватывающей детали, а также величина передаваемой соединением внешней нагрузки в статике. Определены допускаемые значения толщины стенок ступицы (втулок) соединения для обеспечения жесткости ступицы при растяжении от действия внешних нагрузок. В результате исследований установлено влияние толщины стенок ступицы для исследуемых форм деталей соединения от значений передаваемого крутящего момента. Например, изменение толщины стенки ступицы от 15 до 3 мм для нормального ряда посадочных диаметров вала вызывает растяжение втулки в радиальном направлении до 50 мкм в диапазоне передаваемых крутящих моментов от 5 до 600 Н·м.

The article presents the results of studies of profile joints of mechanisms and machines for rigidity and strength. The device is based on the use of fixed and movable profile connections designed to transmit torque. Profile joints with a guaranteed gap are considered, made on the basis of an equiaxial contour of the P3, P5 type and a curved contour of the PC4 type, which have received the most widespread introduction in the nodes of metal-cutting machines and other machines manufactured in Russia, as well as Hungary, Germany and the DPRK.

Using a well-known technique designed to assess the stress-strain state (VAT) of the parts of profile joints, calculations are performed according to the criteria of operability for strength and stiffness of hubs (bushings) with different wall thicknesses. The analysis of the results of the calculation of strength and stiffness is carried out using the example of the P3 profile. When stretching the hub from the action of spacer forces, the geometric shape, the nominal size of the covered part, the wall thickness of the covering part, as well as the magnitude of the external load transmitted by the connection in static are taken into account. The permissible values of the thickness of the walls of the hub (bushings) of the joint are determined to ensure the rigidity of the hub under tension from the action of external loads. As a result of the research, the influence of the thickness of the hub walls for the studied shapes of the joint parts on the values of the transmitted torque is established. For example, a change in the thickness of the hub wall from 15 to 3 mm for a normal range of shaft mounting diameters causes the sleeve to stretch radially up to 50 microns in the range of transmitted torques from 5 to 600 Nm.

РК-3РК-5ККс-4 профильные соединениявалступицанапряжениерастяжениеметаллорежущие станкиP3P5PC4 profile jointsshafthubtensionexpansionmetal cutting machinesReferencesТимченко А. И. РК-профильные соединения и их применение в различных отраслях промышленности // СТИН. 1993. № 2. С. 13–18.Timchenko A. I. RK-profil′nyye soyedineniya i ikh primeneniye v razlichnykh otraslyakh promyshlennosti [RKProfile connections and their application in various industries] // STIN. STIN. 1993. No. 2. P. 13–18. (In Russ.).Камсюк М. С., Зенин Н. В. Технологические методы формообразования поверхностей бесшпоночных соединений // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2005. № 9. С. 35–40.Kamsyuk M. S., Zenin N. V. Tekhnologicheskiye metody formoobrazovaniya poverkhnostey besshponochnykh soyedineniy [Technological methods of forming surfaces of keyless joints] // Sborka v mashinostroyenii and priborostroyenii. Assembling in Mechanical Engineering, Instrument-Making. 2005. No. 9. P. 35–40. (In Russ.).Моргунов А. П. Разработка и обеспечение прочности профильных неподвижных неразъемных соединений: автореф. … дис. д-ра техн. наук. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. 38с.Morgunov A. P. Razrabotka i obespecheniye prochnosti profil′nykh nepodvizhnykh neraz′′yemnykh soyedineniy [Development and maintenance of strength of profile fixed joints]. Omsk, 1998. 38 p. (In Russ.).Индаков Н. С. К исследованию крутильной жесткости и износостойкости профильных соединений // Технология машиностроения: cб. Тула: Изд-во ТПИ, 1977. С. 132–133.Indakov N. S. K issledovaniyu krutil′noy zhestkosti i iznosostoykosti profil′nykh soyedineniy [To the study of torsional stiffness and wear resistance of profile joints] // Tekhnologiya mashinostroyeniya. Engineering Technology. Tula, 1977. P. 132–133. (In Russ.).Корзюков Н. П., Дмитриев Н. И. Повышение кинематической точности зубчатых передач при применении профильного соединения зубчатого колеса с валом // Вестник машиностроения. 1990. № 11. С. 54–55.Korzyukov N. P., Dmitriyev N. I. Povysheniye kinematicheskoy tochnosti zubchatykh peredach pri primenenii profil′nogo soyedineniya zubchatogo kolesa s valom [Improving the kinematic accuracy of gears when using a profile connection of a gear wheel with a shaft] // Vestnik mashinostroyeniya. Bulletin of Mechanical Engineering. 1990. No. 11. P. 54–55. (In Russ.).Ильиных В. А., Линейцев В. Ю., Рожкова Е. А. Расчет напряженно-деформированного состояния ступицы с РКпрофильным отверстием // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2010. № 3 (27). С. 69–73.Ilinykh V. A., Lineytsev V. Yu., Rozhkova E. A. Raschet napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya stupitsy s RKprofil′nym otverstiyem [Calculation of the tense deformed condition of the hub with RK-profile hole] // Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye. Modern Technologies. System Analysis. Modeling. 2010. No. 3 (27). P. 69–73. (In Russ.).Рожкова Е. А., Ильиных В. А., Линейцев В. Ю. Расчет на прочность РК-3-профильных соединений с натягом // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 2 (34). С. 17–20.Rozhkova E. A., Ilinykh V. A., Lineytsev V. Yu. Raschet na prochnost′ RK-3-profil′nykh soyedineniy s natyagom [The calculation on toughness of RK-profile connection] // Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye. Modern Technologies. System Analysis. Modeling. 2012. No. 2 (34). P. 17–20. (In Russ.).Пат. 142049 Российская Федерация, МПК F16D 1/06 (2006.01). Профильное соединение вал-ступица с равноосным контуром с натягом / Рожкова Е. А., Ильиных В. А., Линейцев В. Ю. № 2013149425; заявл. 06.11.2013; опубл. 20.06. 2014. Бюл. № 7.Patent 142049 Russian Federation, IPC F16D 1/06 (2006.01). Profil′noye soyedineniye val-stupitsa s ravnoosnym konturom s natyagom [Profile connection shaft-hub with equilibrium contour with tension] / Rozhkova Ye. A., Ilinykh V. A., Lineytsev V. Yu. No. 2013149425. (In Russ.).Пат. 155119 Российская Федерация, МПК F16D 1/06 (2006.01). Модифицированное профильное моментопередающее соединение вал-ступица с равноосным контуром с натягом / Ильиных В. А., Рожкова Е. А., Линейцев В. Ю. № 2015107771; заявл. 05.03.2015; опубл. 20.09. 2015. Бюл. № 26.Patent 155119 Russian Federation, IPC F16D 1/06 (2006.01). Modifitsirovannoye profil′noye momentoperedayushcheye soyedineniye val-stupitsa s ravnoosnym konturom s natyagom [Modified profile moments transmitting connection shaft-hub with equilibrium contour with tension] / Ilinykh V. A., Rozhkova E. A., Lineytsev V. Yu. No. 2015107771. (In Russ.).Линейцев В. Ю., Ильиных В. А., Ярилов В. Е. Исследование конических РК-3 профильных соединений на точность и жесткость // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 1(53). С. 36–39. EDN: YKRLMF.Lineytsev V. Yu., Ilinykh V. A., Yarilov V. E. Issledovaniye konicheskikh RK-3 profil′nykh soyedineniy na tochnost′ i zhestkost′ [Studying of conical P-3 profile connections for accuracy and rigidity] // Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye. Modern Technologies. System Analysis. Modeling. 2017. No. 1 (53). P. 36–39. EDN: YKRLMF. (In Russ.).Ильиных В. А. Влияние конических профильных соединений на точность и жесткость технологических комплектов многоцелевых станков // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, № 4. С. 150–159. DOI: 10.18721/YEST.24415.Ilinykh V. A. Vliyaniye konicheskikh profil′nykh soyedineniy na tochnost′ i zhestkost′ tekhnologicheskikh komplektov mnogotselevykh stankov [Influence of conical profile connections on accuracy and rigidity of technological sets of multi-purpose machines] // Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU. Yestestvennyye i inzhenernyye nauki. Scientific and Technical Bulletin of St. Petersburg State University. Natural and Engineering Sciences. 2018. Vol. 24, no. 4. P. 150–159. DOI: 10.18721/YEST.24415. (In Russ.).Ильиных В. А., Ярилов В. Е., Рожкова Е. А. Оценка точности и прочности модульной системы вспомогательного инструмента на основе профильных соединений // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23 (3). С. 451–462. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-3-451-462.Ilinykh V. A., Yarilov V. E., Rozhkova E. A. Otsenka tochnosti i prochnosti modul′noy sistemy vspomogatel′nogo instrumenta na osnove profil′nykh soyedineniy [Assessment of auxiliary tool modular system accuracy and durability on the basis of profile joints] // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019. Vol. 23 (3). P. 451–462. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-3-451-462. (In Russ.).DIN 32711-79. Antriebselemente Polygonprofile P3C. Berlin: Beuth, 3 s.DIN 32711-79. Antriebselemente Polygonprofile P3C [DIN 32711-79. Drive elements polygonal profiles P3C]. Berlin: Beuth, 3 p. (In Germ.).DIN 32712-79. Antriebselemente Polygonprofile P4C. Berlin: Beuth, 3 s.DIN 32712-79. Antriebselemente Polygonprofile P4C [DIN 32711-79. Drive elements polygonal profiles P4C]. Berlin: Beuth, 3 p. (In Germ.).Musyl R. Die kinematische Entwicklung der Polygonkurve aus dem K-Profil // Maschinenbau und Wärmewirtschaft. 1955. № 2. S. 33–36.Musyl R. Die kinematische Entwicklung der Polygonkurve aus dem K-Profil [The kinematic development of the polygon curve from the K-profile] // Maschinenbau und Wärmewirtschaft. Mechanical Engineering and Heat Economy. 1955. No. 2. P. 33–36. (In Germ.).Борович Л. С. Бесшпоночное соединение деталей машин. Москва: Машгиз, 1957. 131 с.Borovich L. S. Besshponochnoye soyedineniye detaley mashin [Pinless connection of machine parts]. Moscow, 1957. 131 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.