СОЕДИНЕНИЕ ВАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК F16D1/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи вращения между соосными валами.

Известно соединение валов, содержащее соединительный элемент, установленный в осевом зазоре между взаимообращенными торцами соединяемых валов, профилированные концы которого расположены в ответных пазах, выполненных на торцовых поверхностях валов [1]
Недостатком устройства является невысокая надежность работы.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является соединение валов, содержащее соединительный элемент в виде цилиндрического стержня, установленного в осевом зазоре между взаимообращенными торцами валов, профилированные концы которого расположены в ответных пазах, выполненных на торцовых поверхностях валов, и образованы в одной плоскости дугами окружностей, диаметр которой равен длине стержня [2]
Однако известное устройство обладает недостаточно высокой надежностью работы, особенно в условиях вибраций и ударных нагрузок.

Задача изобретения повышение надежности работы соединения валов.

Это решается тем, что соединение валов, содержащее соединительный элемент в виде цилиндрического стержня, установленного в осевом зазоре между взаимообращенными торцами валов, профилированные концы которого расположены в ответных пазах, выполненных на торцовых поверхностях, и образованы в одной плоскости дугами окружности, диаметр которой равен длине стержня, снабжено втулками, установленными на концах валов и имеющими на торцах, обращенных к стержню, радиальные пазы, ширина которых равна ширине концов стержня, образованных двумя параллельными продольной оси стержня плоскостями, при этом на валах и стержне установлены ограничители осевого перемещения втулок, а длина втулки и расстояние между смежными ограничителями вала и стержня выбирается из условий:
l> ,
l₁< +l, где l длина втулки;
L расстояние между ограничителями валов;
L₁ длина стержня, измеренная вдоль образующей цилиндрической поверхности конца вала;
l₁ максимальное расстояние между смежными ограничителями.

На фиг. 1 изображено соединение валов, общий вид с местными разрезами; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 расчетные схемы.

Соединение валов содержит установленный в осевом зазоре между взаимообращенными торцами соединяемых валов 1 и 2 соединительный элемент 3 в виде цилиндрического стержня. Профилированные концы стержня расположены в ответных пазах, выполненных на торцовой поверхностях валов 1 и 2, образованы в плоскости по фиг. 1 дугами окружности, диаметр которой равен длине стержня.

В плоскости по фиг. 2 каждый конец стержня 2 образован двумя параллельными продольной оси симметрии стержня плоскостями.

Концы стержня 3 могут быть образованы в плоскости чертежа по фиг. 2 также другими геометрическими элементами, например дугами окружности, диаметр которой превышает длину стержня.

На концах валов 1 и 2 установлены с возможностью перемещения в осевом и окружном направлениях втулки 4 одинаковой длины.

На стержне 3 закреплены штифты 5, выполняющие функцию ограничителей осевого перемещения втулок 4. На валах 1 и 2 выполнены упорные буртики 6, играющие роль ограничителей осевого перемещения втулок 4.

На торцах втулок 4, обращенных к стержню 3, выполнено по одному радиальному пазу 7, ширина А которого равна ширине В профилированного конца стержня в плоскости чертежа по фиг. 2.

Соединение валов работает следующим образом. После монтажа привода (не показан), выверки и закрепления узлов, несущих соединяемые валы, на концы последних устанавливаются втулки 4 таким образом, чтобы их радиальные пазы были расположены один против другого, повернуты на 180^оодин относительно другого и совмещены с соответствующими пазами валов. Величина осевого зазора между взаимообращенными торцами валов должна обеспечивать возможность установки втулок 4 поочередно на концы валов без их осевого смещения, что достигается соответствующей минимальной длиной стержня 3.

Стержень 3 вводится в осевой зазор между валами в положении, показанном на фиг. 1 тонкими линиями. После этого стержень 3 поворачивается на 90^о против часовой стрелки, в результате чего его профилированные концы входят в пазы валов 1 и 2, проходя при этом через радиальные пазы втулок 4. После этого втулки поворачиваются вручную таким образом, чтобы радиальные пазы втулок не совпадали с профилированными концами валов в плоскости чертежа фиг. 2. Устройство таким образом готово к работе.

При работе в частности в условиях действия ударных нагрузок и вибраций самопроизвольный выход концов стержня 3 из пазов валов исключается путем блокирования концов стержня 3 втулками 4. Единственное взаимное положение элементов устройства, при котором не исключается возможность самопроизвольного выхода концов стержня 3 из пазов валов, показано на фиг. 1.

Для оценки надежности работы соединения валов определим вероятность наступления события, заключающегося в возможности самопроизвольного выхода концов стержня 3 из пазов валов. Для этого воспользуемся расчетной схемой, приведенной на фиг. 3, по которой схематично дано сечение зоны сочленения втулки 4 с одним из валов и концом стержня 3.

Учитывая, что в процессе работы устройства втулки 4 могут вследствие действия вибраций занимать произвольное угловое положение относительно вала и стержня, а ширина А радиального паза 7 втулки превышает ширину конца стержня в плоскости чертежа по фиг. 2 (для прохода концов стержня при монтаже и демонтаже) на величину 2δ, можно сделать вывод о том, что самопроизвольный выход конца стержня из паза вала возможен в пределах угла поворота втулки относительно стержня на величину α от исходного положения втулки, показанного на фиг. 3, где α центральный угол, стягивающий дугу δ(вследствие незначительной величины δ ее значение принято равным длине дуги с центральным углом α ).

Принимая благоприятное число исходов равным:
α=δ/r, где r радиус цилиндрической поверхности стержня 3 (см. фиг. 3), а общее число элементарных исходов 2π получим вероятность события, заключающегося в определенном взаимном угловом положении элементов 3 и 4, соответствующем изображенному на фиг. 3, с учетом, возможного углового смещения элемента 4 в пределах угла α P (1)
Полученная зависимость устанавливает вероятность случайного совмещения радиального паза 7 одной из втулок 4 с профилированным концом стержня 3.

Вероятность наступления события, заключающегося в случайном совмещении пазов одновременно обеих втулок 4 с профилированными концами стержня 3, определяющая количественный уровень надежности работы устройства, равна произведению вероятностей наступления элементарных независимых исходов: P_o= P² (2)
Оценим количественно надежность работы устройства. Принимая δ 0,1 мм; r 25 мм, получим Р_о 4 ˙10^-7, что свидетельствует о высокой надежности работы устройства.

В процессе работы возможно осевое смещение втулки 4 в пределах ограничителей 5 и 6 стержня 3 и валов 1 и 2. Для обеспечения блокирования концов стержня 3 втулками 4 ограничители 5 должны быть установлены на определенном расстоянии от смежных ограничителей 6 валов 1и 2, а втулки должны иметь определенную длину, обеспечивающую частичное перекрытие концов стержня 3 в крайних положениях, показанных на фиг. 1.

Для установления указанных величин воспользуемся расчетной схемой, приведенной на фиг. 4. Из схемы находим линейный размер, перекрываемый втулкой 4:
l′ , где L расстояние между ограничителями валов 1 и 2;
L₁ длина стержня 3, измеренная вдоль образующей цилиндрической поверхности конца вала 1 или 2.

Очевидно, что для выполнения указанного условия необходимо, чтобы:
l> , (3) где l длина втулки 4.

Максимально допустимое расстояние между смежными ограничителями вала и стержня 3, обеспечивающее блокирование конца стержня втулкой 4 (при крайних противоположных показанным на фиг. 1 положениях втулок), установим, приняв осевое перемещение втулок в направлении ограничителей 5 равным l^I.

Тогда:
l₁< l′+l + l, (4) где l₁ максимально возможное, исходя из указанного условия, расстояние между смежными ограничителями вала и стержня.

Использование изобретения позволяет повысить надежность работы соединения валов.

Изобретение предназначено для соединения соосных валов для передачи вращения. Сущность изобретения: в осевом зазоре между соединяемыми соосными валами 1 и 2 установлен цилиндрический стержень 3, профилированные концы которого входят в ответные пазы на торцовых поверхностях валов. Концы стержня 3 в одном из направлений образованы дугами окружности, диаметр котрой равен длине стержня. На концах валов 1 и 2 установлены втулки 4, в каждой из которых выполнено по одному радиальному пазу, ширина которого равна ширине профилированного конца стержня. На валах 1 и 2, а также на стержне 3 установлены ограничители осевого перемещения втулки 4. При работе в условиях вибраций и ударных нагрузок самопроизвольный выход профилированных концов стержня 3 из пазов валов 1 и 2 блокируется втулкой 4 за счет весьма малой вероятности одновременного совпадения радиальных пазов втулки 4 с профилированными канцами стержня 3 в определенном положении, что повышает надежность работы устройства. 4 ил.

СОЕДИНЕНИЕ ВАЛОВ, содержащее соединительный элемент в виде цилиндрического стержня, установленный в осевом зазоре между взаимообращенными торцами валов, профилированные концы которого расположены в ответных пазах, выполненных на торцевых поверхностях валов, и образованы в одной плоскости дугами окружности, диаметр которой равен длине стержня, отличающееся тем, что оно снабжено втулками, установленными на концах валов и имеющими на торцах, обращенных к стержню, радиальные пазы, ширина которых равна ширине концов стержня, образованных двумя параллельными продольной оси стержня плоскостями, при этом на валах и стержне установлены ограничители осевого перемещения втулок, а длина втулки и расстояние между смежными ограничителями вала и стержня выбираются из условий


где l длина втулки;
L расстояние между ограничителями валов;
L₁ длина стержня, измеренная вдоль образующей цилиндрической поверхности конца вала;
l₁ максимальное расстояние между смежными ограничителями вала и стержня.