DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).169-176

Substantiation of the Design of a Device for Machining Camshaft Cams by the Friction-Mechanical Method

Ihor Shepelenko, Artem Krasota, Vasiliy Gutsul, Mykhailo Krasota

About the Authors

Ihor Shepelenko, Professor, Doctor of Technical Science, professor of the Department of Exploitation and repairing machines, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, https://orcid.org/0000-0003-1251-1687, e-mail: kntucpfzk@gmail.com

Artem Krasota, PhD student in Industrial Engineering, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0007-7700-9176, e-mail: kras.365@gmail.com

Vasiliy Gutsul, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics and Physics, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4155-5355, e-mail: vigutsul@ukr.net

Mykhailo Krasota, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of Exploitation and repairing machines, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8791-3264, e-mail: krasotamv@ukr.net

Abstract

An analysis of traditional friction-mechanical antifriction coating application schemes, as well as devices for their implementation, have shown their effectiveness in treating surfaces of parts with the shape of a body of revolution. However, for machining complex profile surfaces, which include camshaft cams, the use of such schemes is unacceptable due to the lack of stable contact between the tool and the part. The aim of the presented work is to substantiate the design and develop a device for finishing antifriction non-abrasive machining of camshaft cams by friction-mechanical method. The ways to achieve the goal are determined - to provide the necessary trajectory of movement of the tool or part, which copies the shape of the cam and creates the necessary conditions for the qualitative implementation of the selective transfer of antifriction material to the working surface of the part. This can be achieved through the use of a lever-type tool loading scheme that ensures a constant tool pressure force on the cam surface, taking into account its geometry. The proposed approach made it possible to develop the design of a device for applying antifriction coatings with a finishing antifriction non-abrasive treatment to the working surface of camshaft cams. Another approach to solving this problem is to use the design of a device containing copying and rubbing units. The presence of copiers in the proposed device ensures the creation of reciprocating and rotational movement of the tool along a trajectory corresponding to the shape of the cam with the required stable force. The justification of the device designs allows us to assert the possibility of providing high-quality conditions for the finishing antifriction non-abrasive machining of camshaft cams. Experimental studies that require the manufacture of the device and testing in laboratory or production conditions will allow you to choose the most effective design from the two options.

Keywords

camshaft, automotive tractor engine, antifriction coating, wear resistance, friction-mechanical method, lever loading scheme of the tool, copying device

Full Text:

PDF

References

1. Frolov, Ye.A., Kravchenko, S.I., Popov, S.V., Hnitko, S.M. (2019). Tekhnolohichne zabezpechennia yakosti produktsii mashynobuduvannia [Technological support for the quality of engineering products]. Poltava, 201 s [in Ukrainian].

2. Solovih Ye.K. (2012). Tendenciyi rozvitku tehnologij poverhnevogo zmicnennya u mashinobuduvanni.. [Trends in the development of surface hardening technologies in mechanical engineering]. Kirovohrad, 92 s [in Ukrainian].

3. Shepelenko I.V. (2021). Technological factors influence on the antifriction coatings quality. Problems of Tribology, 26(2/100. 50–57 https://doi.org/10.31891/2079-1372-2021-100-2-50-57 [in English].

4. Chernovol M.I., Shepelenko I.V. (2013). Pristroyi dlya frikcijno-mehanichnogo nanesennya pokrittiv [Devices for friction-mechanical coating]. Zbirnik naukovih prac Kirovogradskogo nacionalnogo tehnichnogo universitetu, 26. 58–62 https://dspace.kntu.kr.ua/server/api/core/bitstreams/4cda4d8c-a34b-41c3-98c1-e4c54a5d5c3d/content [in Ukrainian].

5. Chernovol M.I., Shepelenko I.V., Vasilenko I.F. ta in. (2025). Teoretichni osnovi ta tehnologichni procesi vidnovlennya detalej mashin [Theoretical foundations and technological processes for the restoration of machine parts]. Harkiv, 347 s. https://repo.btu.kharkov.ua/handle/123456789/63944 [in Ukrainian].

6. Pat. №. 35859А Ukraina, С23С20/00. Sposib nanesennya antifrikcijnih pokrittiv / Chernovol M.I., Cherkun V.V., Nalivajko V.M. ta in. №99010210; zaiavl. 14.01.99; opubl. 16.04.01, Biul. №3 [in Ukrainian].

7. Shepelenko, I., Nemyrovskyi, Y., Stepchyn, Y., Mahopets, S., Melnyk, O. (2024). Creation of a Combined Technology for Processing Parts Based on the Application of an Antifriction Coating and Deforming Broaching. In: Tonkonogyi, V., Ivanov, V., Trojanowska, J., Oborskyi, G., Pavlenko, I. (eds) Advanced Manufacturing Processes V. InterPartner 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 209-218. https://doi.org/10.1007/978-3-031-42778-7_19 [in English].

8. Investigation of Non-abrasive Antifrictional Surface Finishing K. Tiškevičius , J. Padgurskas , I. Prosyčevas Faculty of Engineering, Lithuanian University of Agriculture, Kaunas, Lithuania Institute of Physical Electronics, Kaunas University of Technology ISSN 1392–1320 MATERIALS SCIENCE (MEDŽIAGOTYRA). Vol. 9, No. 1. 2003 [in English].

9. Kosiiuk M.M., Kostiuk S.A., & Kostiuk M.A. (2018) Tekhnolohichne zabezpechennia nanesennia antyfryktsiinoho pokryttia na nepovni sferychni poverkhni fryktsiino-mekhanichnym sposobom [Technological support for the application of antifriction coating on incomplete spherical surfaces by friction-mechanical method]. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. No. 4. 39–43 [in Ukrainian].

10. Shepelenko I.V. (2021). Naukovi osnovi tehnologiyi nanesennya antifrikcijnih pokrittiv z vikoristannyam plastichnogo deformuvannya [Scientific basis of the technology of applying antifriction coatings using plastic deformation]. Avtoreferat disertaciyi doktora tehnichnih nauk, 43 s [in Ukrainian].

11. Kislikov, V.F., Lushchik, V.V. (2006). Budova y ekspluatatsiia avtomobiliv [Structure and operation of cars]. Kyiv: Lybid, 400 s [in Ukrainian].

12. Syrota, V.I. (2005). Osnovy konstruktsii avtomobiliv [Fundamentals of car design]. Kyiv: Arystei, 280 s [in Ukrainian].

13. Shypunov, M. V. (2013). Optymizatsiia roboty hazorozpodilnoho mekhanizmu dvyhuna vnutrishnoho zghoriannia [Optimising the operation of the gas distribution mechanism of an internal combustion engine]. Zbirnyk naukovykh prats Poltavskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu imeni Yu. Kondratiuka. Seriia: Haluzeve mashynobuduvannia, budivnytstvo. Vyp. 1(2). 166–175 http://nbuv.gov.ua/UJRN/Znpgmb_2013_1%282%29__21 [in Ukrainian].

14. Shepelenko I.V., Krasota A.M., Krasota M.V. (2025). Zmina napruzheno-deformovanogo stanu robochoyi poverhni detali z antifrikcijnim pokrittyam [Changing the stress-strain state of the working surface of a part with an antifriction coating]. Zbirnik naukovih prac. Naukovij visnik. Tehnichni nauki. №11 (42)_І. 179–189. https://mapiea.kntu.kr.ua/pdf/11(42)_I/22.pdf [in Ukrainian].

Citations

1. Фролов Є.А., Кравченко С.І., Попов С.В., Гнітько С.М. Технологічне забезпечення якості продукції машинобудування: Монографія. Полтава, 2019. 201 с.

2. Солових Є.К. Тенденції розвитку технологій поверхневого зміцнення у машинобудуванні: Монографія. – Кіровоград: КОД. 2012. – 92 с.

3. Shepelenko I.V. Technological factors influence on the antifriction coatings quality. Проблеми трибології (Problems of Tribology), Хмельницький, 2021. Т.26, №2/100. С.50–57. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2021-100-2-50-57

4. Черновол М.І., Шепеленко І.В. Пристрої для фрикційно-механічного нанесення покриттів. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. 2013. Вип.26. С. 58 – 62. https://dspace.kntu.kr.ua/server/api/core/bitstreams/4cda4d8c-a34b-41c3-98c1-e4c54a5d5c3d/content

5. Черновол М.І., Шепеленко І.В., Василенко І.Ф. та ін. Теоретичні основи та технологічні процеси відновлення деталей машин: Навчальний посібник. Харків: «Діса плюс», 2025. 347 с. https://repo.btu.kharkov.ua/handle/123456789/63944

6. Пат. 35859А Україна, С23С20/00. Спосіб нанесення антифрикційних покриттів / М. І. Черновол, В. В. Черкун, В. М. Наливайко та ін. №99010210; заявл. 14.01.99; опубл. 16.04.01, Бюл.№3.

7. Shepelenko, I., Nemyrovskyi, Y., Stepchyn, Y., Mahopets, S., Melnyk, O. (2024). Creation of a Combined Technology for Processing Parts Based on the Application of an Antifriction Coating and Deforming Broaching. In: Tonkonogyi, V., Ivanov, V., Trojanowska, J., Oborskyi, G., Pavlenko, I. (eds) Advanced Manufacturing Processes V. InterPartner 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 209-218. https://doi.org/10.1007/978-3-031-42778-7_19

8. Investigation of Non-abrasive Antifrictional Surface Finishing K. Tiškevičius , J. Padgurskas , I. Prosyčevas Faculty of Engineering, Lithuanian University of Agriculture, Kaunas, Lithuania Institute of Physical Electronics, Kaunas University of Technology ISSN 1392–1320 MATERIALS SCIENCE (MEDŽIAGOTYRA). Vol. 9, No. 1. 2003.

9. М.М. Косіюк, С.А. Костюк, М.А. Костюк. Технологічне забезпечення нанесення антифрикційного покриття на неповні сферичні поверхні фрикційно-механічним способом. Вісник Хмельницького національного університету, 2018. №4. С. 39–43.

10. Шепеленко І.В. Наукові основи технології нанесення антифрикційних покриттів з використанням пластичного деформування: Автореф. дис....д-ра техн. наук: 05.02.08 / НТУУ „КПІ ім. І. Сікорського”. – К., 2021. – 43 с.

11. Кисликов В.Ф., Лущик В.В. Будова й експлуатація автомобілів. К.: Либідь, 2006. 400 с.

12. Сирота В.І. Основи конструкції автомобілів. К.: Аристей, 2005. 280 с.

13. Шипунов М. В. Оптимізація роботи газорозподільного механізму двигуна внутрішнього згоряння. Збірник наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. 2013. Вип. 1(2). С. 166–175. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Znpgmb_2013_1%282%29__21

14. Шепеленко І.В., Красота А.М., Красота М.В. Зміна напружено-деформованого стану робочої поверхні деталі з антифрикційним покриттям. Збірник наукових праць. Науковий вісник. Технічні науки. №11 (42)_І. Кропивницький, 2025. С.179–189. https://mapiea.kntu.kr.ua/pdf/11(42)_I/22.pdf

Copyright (c) 2025 Ihor Shepelenko, Artem Krasota, Vasiliy Gutsul, Mykhailo Krasota