DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.69-78
Technological Design of Methods for Winding Broadband Helical Coils With a Rotating Sleeve
About the Authors
Ivan Hevko, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5170-0857, e-mail: gevkoivan1@ukr.net
Roman Rohatynskyi, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8536- 4599, e-mail: rogatynskyi@gmail.com
Oleg Lyashuk, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4881-8568, e-mail: oleglashuk@ukr.net
Mykhailo Pylypets, Professor, Doctor of Science, Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000- 0002-4286-9324, e-mail: pulupecmi@gmail.com
Igor Tkachenko, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3029-4578, e-mail: tkachenkoigor61@gmail.com
Kostiantyn Buravchenko, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7965-4784, e-mail: rkomar@ukr.net
Abstract
The technological design of individual methods of winding broadband helical spirals is characterized by a number of design, technological and production problems that require systematic understanding and effective solutions in each individual case. Solutions related to solving problems in the process of manufacturing broadband helical coils include finding possible solutions to reduce energy consumption, reducing the number of operations and reducing their duration, finding original methods of their manufacture, and calculating and selecting the most rational ones, minimizing tooling costs, effective selection of materials depending on the design requirements and operating conditions. Also, an important factor in the manufacture of broadband helical spirals, especially in single and small-scale production, is ensuring the necessary accuracy of the parameters of their geometric surfaces, since these surfaces have a rather complex spatial shape, and this requires the use of specialized high-precision equipment and tools.
Another important problem in the manufacture of broadband helical spirals is ensuring their appropriate mechanical properties, such as wear resistance, strength, fatigue endurance. This sometimes requires the use of additional technological operations in the technological process, such as surface hardening of the outer contour of the spiral, heat treatment of the spiral, etc. Therefore, obtaining broadband helical spirals requires technological design of effective methods of their manufacture, which can ensure the production of these spirals with the required characteristics at minimal time, energy and other costs.
The research is devoted to the technological design of methods for winding broadband helical spirals with a rotating sleeve. Broadband helical spirals are used in many technical systems to perform various technological operations. Classical methods of winding helical spirals involve forming them by winding the strip onto various types of frames by pressing it with forming rollers. However, for the production of wide-band helical spirals, methods of obtaining them using a rotating sleeve are more effective. These methods involve the forming process with the pressing of the workpiece along the outer contour with the clamping of the side surfaces. In this case, the inner surface of the screw workpiece, as a rule, is not involved in the forming process and does not touch the mandrel, forming rollers or rotating sleeve. This allows for a significant height of the winding tape and the production of wide-band helical spirals. Such methods are implemented using a rotating sleeve and are of two types: without calibration at the winding stage and with calibration at the winding stage.
These methods of winding wide-band helical coils using a rotating sleeve can be implemented without or with strip pre-preparation. This preparation involves performing additional operations before winding, such as cutting out or cutting triangular or trapezoidal segments on the strip blank. Accordingly, when providing such variants of the method of obtaining broadband helical spirals, their height will increase significantly compared to classical analogues.
For both types of substantiated methods of winding broadband helical spirals with a rotating sleeve, the basic design and technological parameters of their manufacturing process are determined and presented. Also, considerable attention is paid in the work to the analysis of structural materials and tools used in the manufacture of broadband helical spirals.
Keywords
technological design, method, helical spiral, broadband, rotating sleeve, winding, operation
Technological Design of Methods for Winding Broadband Helical Coils With a Rotating Sleeve
About the Authors
Ivan Hevko, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5170-0857, e-mail: gevkoivan1@ukr.net
Roman Rohatynskyi, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8536- 4599, e-mail: rogatynskyi@gmail.com
Oleg Lyashuk, Professor, Doctor of Science, Professor of the Automobile Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4881-8568, e-mail: oleglashuk@ukr.net
Mykhailo Pylypets, Professor, Doctor of Science, Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000- 0002-4286-9324, e-mail: pulupecmi@gmail.com
Igor Tkachenko, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3029-4578, e-mail: tkachenkoigor61@gmail.com
Kostiantyn Buravchenko, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Mechanical Engineering Department, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7965-4784, e-mail: rkomar@ukr.net
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Hevko, B. M., Pylypets, M. I., Vasylkiv, V. V., & Radyk, D. L. (2009). Technological fundamentals of shaping of multi-profile screw blanks of machine parts. Ternopil: Vyd-vo TDTU im. I. Puliuia. ISBN 966-305-014-4 [in Ukrainian].
2. Hevko, B. M., Liashuk, O. L., Hevko, I. B., Drahan, A. P., & Novosad, I. Ya. (2008). Technological fundamentals of shaping of special profile screw parts. Ternopil: TDTU imeni Ivana Puliuia [in Ukrainian].
3. Pylypets, M. I., Vasylkiv, V. V., Radyk, D. L., & Pylypets, O. M. (2021). Preconditions for the development of combined operations for manufacturing screw and auger blanks by metal forming. Perspektyvni tekhnolohii ta prylady, 18, 112–123 [in Ukrainian].
4. Vasylkiv, V., Pylypets, M., Danylchenko, L., & Radyk, D. (2021). Investigation of deflections of winded screw flights and auger billets in the processes of their manufacture. Scientific Journal of TNTU, 104(4), 33–43. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.04.033
5. Vasylkiv, V. V. (2015). Development of scientific and applied foundations for the development of technologies for the production of screw and auger blanks using unification (Extended abstract of Doctoral dissertation). Lviv [in Ukrainian].
6. Vasylkiv, V. V., Radyk, L. D., & Hevko, I. B. (2004). Technological and design features of manufacturing screw blanks from sheet metal. Naukovi notatky LDTU, 14, 12–18 [in Ukrainian].
7. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., Lyashuk, O. L., Martsenko, S. V., & Gypka, A. B. (2016). Research the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering, 49(2), 77–82.
8. Hevko, I., Diachun, A., Lyashuk, O., Vovk, Y., & Hupka, A. (2021). Study of dynamic and power parameters of the screw workpieces with a curved profile turning. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. Proceedings of the 4th International Conference DSMIE-2021, 1, 385–394.
9. Lyashuk, O., Rohatynskyy, R., Hevko, I., Navrotska, T., & Diachun, A. (2024). Study of power parameters of the screw spirals forming. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. Proceedings of the 7th International Conference DSMIE-2024, 1, 287–298.
10. Hevko, I. B., Diachun, A. Ye., Dubyniak, T. S., Stibailo, O. Yu., & Hupka, A. B. (2025). Technological features of manufacturing shredding knives on auger spirals. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42/1), 75–83 [in Ukrainian].
11. Hevko, I. B., Diachun, A. Ye., Dubyniak, T. S., Stibailo, O. Yu., & Zolotyi, R. Z. (2025). Research of operations of the technological process of manufacturing shredding knives on auger spirals. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42/2), 99–108 [in Ukrainian].
12. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Diachun, A. Ye., Hupka, A. B., & Tretiakov, O. L. (2025). Technological design and manufacturing of screw transport-technological working bodies. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].
13. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Liashuk, O. L., et al. (2019). Perspective screw conveyors: monograph. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].
14. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Diachun, A. Ye. (2014). Scientific and applied foundations of creation of screw transport-technological mechanisms: monograph. Ternopil: TNTU im. I. Puliuia [in Ukrainian].
15. Hevko, I., Pik, A., Komar, R., Stibaylo, O., & Koval, S. (2024). Peculiarities of technological design of U-shaped screw working bodies. Scientific Journal of TNTU, 113(1), 5–15.
16. Rogatinskiy, R., Hevko, I., Gypka, A., Garmatyk, O., & Martsenko, S. (2017). Feasibility study of manufacturing method choice for screw elements. Acta Technologica Agriculturae, 2, 36–41. doi.org/10.1515/ata-2017-0007.
17. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Hud, V. Z., Dmytriv, O. R., et al. (2019). Flexible screw conveyors: design and research. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].
18. Hevko, I. B. (2011). Modeling of load character on screw working bodies. Visnyk TNTU, 16(1), 69–77 [in Ukrainian].
19. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Bryksa, A. O., et al. (2023). Features of designs and design of blade screw mixers. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 8(39/2), 24–34 [in Ukrainian].
20. Hevko, I. B., Rohatynskyi, R. M., Komar, R. V., et al. (2025). Technological design of manufacturing methods for U-shaped screw surfaces. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42/2), 109–116 [in Ukrainian].
21. Hevko, I. B., Stibailo, O. Yu., Leshchuk, R. Ya., et al. (2025). Technical and economic justification for manufacturing auger spirals. Perspektyvni tekhnolohii ta prylady, 26, 29–37 [in Ukrainian].
22. Hevko, I. B., et al. (2018). Device for winding screw spirals (UA Patent No. 127385). Biul. No. 14 [in Ukrainian].
23. Hevko, I. B., et al. (2018). Device for winding wide-band spirals (UA Patent No. 127577). Biul. No. 15 [in Ukrainian].
24. Hevko, I. B., et al. (2018). Device for winding spirals with a profile surface (UA Patent No. 127985). Biul. No. 16 [in Ukrainian].
25. Hevko, B. M., et al. (2016). Device for winding spirals (UA Patent No. 104783). Biul. No. 4 [in Ukrainian].
26. Hevko, I. B., et al. (2018). Device for winding screw spirals (UA Patent No. 127375). Biul. No. 14 [in Ukrainian].
Citations
1. Гевко Б. М., Пилипець М. І., Васильків В. В., Радик Д. Л. Технологічні основи формоутворення різнопрофільних гвинтових заготовок деталей машин. Тернопіль : Вид-во ТДТУ ім. І. Пулюя, 2009. 457 с. ISBN 966-305-014-4.
2. Гевко Б. М., Ляшук О. Л., Гевко І. Б., Драган А. П., Новосад І. Я. Технологічні основи формоутворення спеціальних профільних гвинтових деталей. Тернопіль : ТДТУ імені Івана Пулюя, 2008. 367 с.
3. Пилипець М. І., Васильків В. В., Радик Д. Л., Пилипець О. М. Передумови розроблення комбінованих операцій виготовлення гвинтових і шнекових заготовок методом обробки металів тиском. Перспективні технології та прилади. 2021. Вип. 18. С. 112–123.
4. Vasylkiv V., Pylypets M., Danylchenko L., Radyk D. Investigation of deflections of winded screw flights and auger billets in the processes of their manufacture. Scientific Journal of TNTU. Ternopil : TNTU, 2021. Vol. 104, № 4. P. 33–43. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.04.033
5. Васильків В. В. Розвиток науково-прикладних основ розроблення технологій виробництва гвинтових і шнекових заготовок з використанням уніфікації : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 05.02.08. Львів, 2015. 48 с.
6. Васильків В. В., Радик Л. Д., Гевко І. Б. Технологічні та конструктивні особливості виготовлення гвинтових заготовок з листового прокату. Наукові нотатки ЛДТУ. 2004. Вип. 14. С. 12–18.
7. Hevko I. B., Dyachun A. Ye., Lyashuk O. L., Martsenko S. V., Gypka A. B. Research the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, 2016. Vol. 49, № 2. P. 77–82.
8. Ivan Hevko, Andrii Diachun, Oleg Lyashuk, Yuriy Vovk, Andriy Hupka. Study of Dynamic and Power Parameters of the Screw Workpieces with a Curved Profile Turning. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. Proceedings of the 4th International Conference DSMIE-2021. Lviv, 2021. Vol. 1. P. 385–394.
9. Oleg Lyashuk, Roman Rogatynskyy, Ivan Hevko, Tetiana Navrotska, Andrii Diachun. Study of power parameters of the screw spirals forming. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. Proceedings of the 7th International Conference DSMIE-2024. Pilsen, Czech Republic, 2024. Vol. 1. P. 287–298.
10. Гевко І. Б., Дячун А. Є., Дубиняк Т. С., Стібайло О. Ю., Гупка А. Б. Технологічні особливості виготовлення ножів-подрібнювачів на спіралях шнеків. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 1. С. 75–83.
11. Гевко І. Б., Дячун А. Є., Дубиняк Т. С., Стібайло О. Ю., Золотий Р. З. Дослідження операцій технологічного процесу виготовлення ножів-подрібнювачів на спіралях шнеків. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 2. С. 99–108.
12. Гевко І. Б., Ляшук О. Л., Дячун А. Є., Гупка А. Б., Третьяков О. Л. Технологічне проєктування та виготовлення гвинтових транспортно-технологічних робочих органів. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2025. 457 с.
13. Рогатинський Р. М., Гевко І. Б., Ляшук О. Л. та ін. Перспективні гвинтові конвеєри : монографія. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2019. 212 с.
14. Рогатинський Р. М., Гевко І. Б., Дячун А. Є. Науково-прикладні основи створення гвинтових транспортно- технологічних механізмів : монографія. Тернопіль : ТНТУ ім. І. Пулюя, 2014. 280 с.
15. Ivan Hevko, Andriy Pik, Roman Komar, Oleh Stibaylo, Serhiy Koval. Peculiarities of technological design of U- shaped screw working bodies. Scientific Journal of TNTU. Ternopil : TNTU, 2024. Vol. 113, № 1. P. 5–15.
16. Rogatinskiy R., Hevko I., Gypka A., Garmatyk O., Martsenko S. Feasibility study of manufacturing method choice for screw elements. Acta Technologica Agriculturae. 2017. № 2. P. 36–41. https://doi.org/10.1515/ata- 2017-0007.
17. Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Гудь В. З., Дмитрів О. Р. та ін. Гнучкі гвинтові конвеєри: проектування та дослідження. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2019. 207 с.
18. Гевко І. Б. Моделювання характеру навантаження на гвинтові робочі органи. Вісник ТНТУ. 2011. Т. 16, № 1. С. 69–77.
19. Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Брикса А. О. та ін. Особливості конструкцій і проєктування лопатевих гвинтових змішувачів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 8(39), ч. 2. С. 24–34.
20. Гевко І. Б., Рогатинський Р. М., Комар Р. В. та ін. Технологічне проєктування способів виготовлення U- подібних гвинтових поверхонь. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 2. С. 109–116.
21. Гевко І. Б., Стібайло О. Ю., Лещук Р. Я. та ін. Техніко-економічне обґрунтування виготовлення шнекових спіралей. Перспективні технології та прилади. 2025. Вип. 26. С. 29–37.
22. Патент №127385 Україна. Пристрій для навивання гвинтових спіралей / Гевко І. Б. та ін. №u201802507; заявл. 12.03.2018; опубл. 25.07.2018, Бюл. №14.
23. Патент №127577 Україна. Пристрій для навивання широкосмугових спіралей / Гевко І. Б. та ін.№u201802465; заявл. 12.03.2018; опубл. 10.08.2018, Бюл. №15.
24. Патент №127985 Україна. Пристрій для навивання спіралей з профільною поверхнею / Гевко І. Б. та ін.№u201803420; заявл. 02.04.2018; опубл. 27.08.2018, Бюл. №16.
25. Патент №104783 Україна. Пристрій для навивання спіралей / Гевко Б. М. та ін. №u201503707; заявл. 20.04.2015; опубл. 25.02.2016, Бюл. №4.
26. Патент №127375 Україна. Пристрій для навивання гвинтових спіралей / Гевко І. Б. та ін. №u201802467; заявл. 12.03.2018; опубл. 25.07.2018, Бюл. №14.
Copyright (©) 2025, Ivan Hevko, Roman Rohatynskyi, Oleg Lyashuk, Mykhailo Pylypets, Igor Tkachenko, Roman Komar