ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 1994 года по МПК E21C3/34 F16B3/00 

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к шпоночным соединениям для передачи крутящего момента от одной детали к другой, и может быть использовано для передачи вращающего момента на рабочий инструмент буровой машины.

Известно шпоночное соединение, содержащее вал с продольным пазом, охватывающую деталь с продольной выемкой на ее наружной боковой поверхности и шпонку в виде кольца с радиальными выступом и пазом для размещения соответственно в продольном пазу вала и в выемке на охватывающей детали [1]. К недостаткам известного шпоночного соединения можно отнести трудоемкость сборки вала и охватывающей детали, которая обуcловлена необходимостью взаимного перемещения вала и охватывающей детали в осевом направлении для замены одной из вышедших из строя деталей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шпоночное соединение, включающее вал с продольным пазом, охватывающую деталь и шпонку в виде комплекта соединительных элементов, продольная ось каждого из которых расположена параллельно продольной оси паза [2]. К недостаткам шпоночного соединения следует отнести сравнительно высокую трудоемкость замены вышедшей из строя детали - вала, охватывающей детали или шпонки. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что для разборки шпоночного соединения необходимо осуществить осевое перемещение соединенных деталей, что не всегда возможно из-за ограниченного пространства и более того требует дополнительных затрат времени на демонтаж смежных узлов для обеспечения вышеуказанного перемещения деталей. Особенно затруднена замена изношенных деталей в устройствах, в которых одна из деталей обладает низким ресурсом или является сменной. К таким устройствам можно отнести шпиндельные узлы бурильных машин или перфораторов, в которых функции вала выполняет хвостовик рабочего инструмента. Поскольку рабочий инструмент является сменной оснасткой и, кроме того, имеет значительно более низкий ресурс по сравнению с самим шпиндельным узлом, то затраты времени на замену одного из узлов соединения неоправданно увеличатся.

Изобретение направлено на решение задачи по снижению трудоемкости замены вышедших из строя узлов при одновременном повышении надежности работы шпоночного соединения.

Поставленная задача решена тем, что в шпоночном соединении, включающем вал с продольным пазом, охватывающую деталь и шпонку в виде комплекта соединительных элементов, продольная ось каждого из которых расположена параллельно продольной оси паза, каждый элемент шпонки выполнен в виде разрезного пружинного кольца с обращенным к его центру радиальным выступом, а охватывающая деталь выполнена с радиальным сквозным каналом для прохода радиальных выступом на кольцах, при этом каждое кольцо установлено коаксиально на охватывающей детали, а радиальный выступ каждого кольца размещен в радиальном сквозном канале охватывающей детали и в продольном пазу вала.

Кроме того, тем, что угол охвата каждым кольцом охватывающей детали превышает 180о.

Кроме того, тем, что вал выполнен, по меньшей мере, с одним дополнительным продольным пазом, а охватывающая деталь выполнены, по меньшей мере, с одним дополнительным радиальным сквозным каналом для прохода радиальных выступов на соответствующих кольцах, при этом радиальные выступы на смежных кольцах размещены соответственно в основном и дополнительном радиальных сквозных каналах охватывающей детали и соответственно в основном и дополнительном продольных пазах вала.

Кроме того, тем, что оно имеет прокладки, которые установлены на охватывающей детали между смежными кольцами.

Кроме того, тем, что каждая прокладка имеет форму кольца, наружный диаметр которого не превышает наружный диаметр разрезного пружинного кольца.

Кроме того, тем, что прокладка выполнена из пористого материала.

Кроме того, тем, что прокладка выполнена из пластика.

Проведенный анализ уровня развития науки и техники в данной и смежных областях выявил шпоночное соединение, содержащее вал с гнездом для размещения шпонки, охватывающую деталь с радиальным сквозным каналом для прохода шпонки и шпонку в виде отрезка проволоки, один конец которой жестко соединен с охватывающую деталью, а свободный конец которой размещен в радиальном сквозном канале охватывающей летали и в гнезде вала. Однако несмотря на наличие сходного конструктивного выполнения отдельных элементов шпоночного соединения в известном и предлагаемом изобретениях, поставленная авторами изобретения задача не решена, поскольку в известном техническом решении свободный конец проволоки не зафиксирован от осевых перемещений и под действием центробежных сил или вибрационной нагрузки не исключено самопроизвольное рассоединение вала и охватывающей детали. Кроме того, указанное известное шпоночное соединение не может обеспечить передачу значительного по величине крутящего момента, поскольку произойдет срез свободного конца проволоки между валом и охватывающей деталью.

За счет обеспечения возможности радиального соединения вала и охватывающей детали с помощью соединительных элементов снижается трудоемкость замены вышедших из строя узлов и повышается надежность работы шпоночного соединения. Кроме того, выполнение шпонки в виде комплекта однотипных соединительных элементов, расположенных коаксиально на охватывающей детали, позволяет использовать соединительные элементы и в качестве дистанционных проставок для регулировки положения расположенных на охватывающей детали других деталей, например, подшипников. Выполнение шпонки с расположенными между смежными соединительными элементами прокладки позволяет обеспечить подачу смазочного или охлаждающего материала, например, масла во внутреннюю полость охватывающей детали, то есть к валу.

На фиг. 1 изображено шпоночное соединение, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - один из вариантов шпоночного соединения; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - один из вариантов выполнения шпоночного соединения, продольный разрез; на фиг. 7 - соединительный элемент шпонки.

Шпоночное соединение содержит установленную с возможностью вращения на подшипниках 1 охватывающую деталь 2, например ствол механизма вращения буровой машины. На охватывающей детали 2 закреплена шестерня 3, которая сопряжена с приводным зубчатым колесом (не показано). Охватывающая деталь 3 выполнена с центральным каналом 4, в котором размещен вал 5, например хвостовик рабочего инструмента бурильной машины. На наружной боковой поверхности вала 5 выполнен продольный паз 6. Охватывающая деталь 2 имеет радиальный сквозной канал 7. Шпонка выполнена в виде комплекта из нескольких соединительных элементов, каждый из которых выполнен в виде разрезного пружинного кольца 8 с обращенным к его центру радиальным выступом 9. Продольная ось каждого кольца 8 расположена параллельно продольной оси паза 6, то есть каждое кольцо 8 расположено в плоскости, перпендикулярной к продольной оси охватывающей детали 2. Каждое кольцо 8 установлено коаксиально на охватывающей детали 2. Радиальный выступ 9 каждого кольца 8 размещен в радиальном сквозном канале 7 охватывающей детали 2 и в продольном пазу 6 вала 5. Для более надежной фиксации пружинных разрезных колец 8 на охватывающей детали 2 целесообразно обеспечить условие, при котором угол охвата каждым кольцом 8 охватывающей детали 2 целесообразно обеспечить условие, при котором угол охвата каждым кольцом 8 охватывающей детали 2 составлял более 180о.

Для повышения надежности работы шпоночного соединения за счет более равномерной передачи крутящего момента от охватывающей детали 2 на вал 5 последний может быть выполнен, по меньшей мере, с одним дополнительным продольным пазом 10. При этом охватывающая деталь 2 должна быть выполнена, по меньшей мере, с одним дополнительным радиальным сквозным каналом 11 для прохода радиальных выступов 9 на соответствующих кольцах 8. При этом радиальные выступы 9 на смежных кольцах 8 размещены соответственно в основном 7 и дополнительном 11 радиальных сквозных каналах охватывающей детали 2 и в основном 6 и дополнительном 10 продольных пазах вала 5 (фиг. 3, 4 и 5).

Шпоночное соединение может быть выполнено с прокладками 12, которые установлены на охватывающей детали 2 между смежными разрезными пружинными кольцами 8 (фиг. 6). Каждая прокладка 12 может иметь произвольную форму, например, в виде пружинного кольца 8. Предпочтительно выполнение прокладки 12 в виде кольца, что позволить обеспечить захват и подачу смазочного материала, например масла, во внутреннюю полость охватывающей детали 2. Для сокращение габаритов целесообразно, чтобы наружных диаметр прокладки 12 не превышал наружный диаметр разрезного пружинного кольца 8. Прокладки 12 могут быть выполнены из пористого материала, что позволит обеспечить порционную и более длительную подачу смазочного материала через радиальный сквозной канал 7 к валу 5. Прокладки 12 могут быть выполнены из пластика.

Шпоночное соединение работает следующим образом. При повороте шестерни 3 поворачивается охватывающая деталь 2, поскольку она установлена на подшипниках 1. Вращающий момент от охватывающей детали 2 через радиальный выступ 9 разрезного пружинного кольца 8 передается на вал 5. При этом следует отметить, что при передаче крутящего момента от вала 5 на охватывающую деталь 2 шпоночное соединение будет работать аналогично. При выходе из строя одного из элементов шпоночного соединения освобождение вала 5 осуществляется путем перемещения в радиальном направлении последовательно или одновременно разрезных пружинных колец 8. После выхода радиальных выступов 9 колец 8 из продольного паза 6 вала 5 последний может быть извлечен из центрального канала 4 охватывающей детали 2. Сборка шпоночного соединения осуществляется в обратном порядке. Продольный паз 6 на боковой поверхности вала 5 может быть выполнен открытым с одного конца, то есть проходить до торца вала 5 (фиг. 1). В этом случае извлечение вала 5 из центрального канала 4 охватывающей детали может быть осуществлено без извлечения радиальных выступов 9 колец 8 из продольного паза 6. При указанном конструктивном выполнении продольного паза 6 замена вала 5 (хвостовика рабочего инструмента буровой машины) не требует разборки соединения, что позволит снизить затраты времени на вспомогательные операции по разборке соединения для замены одной из его деталей.

Сущность изобретения: шпоночное соединение содержит вал с продольным пазом, охватывающую деталь и шпонку в виде комплекта соединительных элементов. Продольная ось каждого соединительного элемента расположена параллельно продольной оси паза. Каждый соединительный элемент выполнен в виде разрезного пружинного кольца с обращенным к его центру радиальным выступом. Охватывающая деталь имеет радиальный сквозной канал для прохода радиальных выступов на кольцах. Каждое кольцо установлено коаксильно на охватывающей детали. Радиальный выступ каждого кольца размещен в радиальном сквозном канале охватывающей детали и в продольном пазу вала. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, включающее вал с продольным пазом, охватывающую деталь и шпонку в виде комплекта соединительных элементов, продольная ось каждого из которых расположена параллельно продольной оси паза, отличающееся тем, что каждый соединительный элемент выполнен в виде разрезного пружинного кольца с обращенным к его центру радиальным выступом, а охватывающая деталь выполнена с радиальным сквозным каналом для прохода радиальных выступов на кольцах, при этом каждое кольцо установлено коаксиально на охватывающей детали, а радиальный выступ каждого кольца размещен в радиальном сквозном канале охватывающей детали и в продольном пазу вала. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что угол охвата каждым кольцом охватывающей детали превышает 180^o. 3. Соединение по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что вал выполнен с по меньшей мере одним дополнительным продольным пазом, охватывающая деталь выполнена с по меньшей мере одним дополнительным радиальным сквозным каналом для прохода радиальных выступов на соответствующих кольцах, при этом радиальные выступы на смежных кольцах размещены соответственно в основном и дополнительном радиальных сквозных каналах охватывающей детали и соответственно в основном и дополнительном продольных пазах вала. 4. Соединение по одному из пп. 1 - 3, отличающееся тем, что оно имеет прокладки, которые установлены на охватывающей детали между смежными кольцами. 5. Соединение по п. 4, отличающееся тем, что каждая прокладка имеет форму кольца. 6. Соединение по п.5, отличающееся тем, что наружный диаметр прокладки не превышает наружный диаметр разрезного пружинного кольца. 7. Соединение по пп.4 - 6, отличающееся тем, что прокладка выполнена из пористого материала для подачи смазочного материала во внутреннюю полость охватывающей детали. 8. Соединение по пп.4 - 6, отличающееся тем, что прокладка выполнена из пластика.