ГИБКИЙ ВАЛ Российский патент 1997 года по МПК F16C1/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи движения между деталями как вращательного, так и поступательного движения, в том числе при наличии воздействия агрессивных сред или при необходимости обеспечения герметичности гибкого вала.

Известен гибкий вал (Добровольский В.А. Детали машин. М. Киев: Машгиз, 1962, с. 438, 439, фиг. 230), состоящий из ряда последовательно навитых друг на друга слоев стальной углеродистой или бронзовой проволоки, с плотно прилегающими друг к другу витками и слоями. Смежные слои имеют противоположные направления навивки. Концы вала снабжены наконечниками, а в случае силового привода гибкий вал снабжается броней, которая является своеобразным гибким подшипником.

Недостатками известного устройства являются:
1. Сложность конструкции и сборки из-за наличия пяти слоев проволок, навитых друг на друга, причем должно быть обеспечено плотное сжатие всех слоев друг к другу и фиксации (сжатие или сварка) всех слоев на концах гибкого вала. Все пять слоев выполняются из пружинной стали или бронзовой проволоки.

2. Трудоемким является процесс навивки всех пяти слоев с учетом плотной навивки и недопущения зазоров между слоями. Трудоемкими является процесс термообработки с учетом большого количества слоев. С учетом изложенного - увеличенная стоимость.

3. Недостаточная надежность из-за ускоренной коррозии при работе вала при воздействии агрессивных сред или климатических условий (морской климат),
4. Недостаточные функциональные и эксплуатационные возможности из-за:
отсутствия герметичного продольного отверстия в центре вала ввиду чего его нельзя одновременно использовать внутреннее отверстие для прокладки проводов или осевой тяги;
невозможности использования в пищевой промышленности в случае прямого контактирования в пищевыми продуктами из-за возможной коррозии;
невозможности загерметизировать хотя бы часть вала в случае необходимости обеспечить герметичный ввод в отдельную полость;
недостаточная коррозионная стойкость ограничивает эксплуатацию устройства.

5. Увеличенная металлоемкость и масса устройства. По сути сплошное сечение прототипа выполнено из металлической проволоки. Это резко снижает гибкость. Чтобы сократить увеличенную гибкость, слои наматывают из более таких проволок. Это увеличивает количество слоев и трудоемкость.

6. Увеличенный расход цветного металла, в частности бронзы, что также влияет на увеличение стоимости.

Целью настоящего изобретения является:
1. Упрощение конструкции и сборки.

2. Снижение трудоемкости и стоимости.

3. Повышение надежности.

4. Расширение функциональных и эксплуатационных возможностей.

5. Снижение металлоемкости и массы устройства.

6. Снижение расхода цветных металлов.

Поставленная цель достигается тем, что вал выполнен в виде трубы или стержня из пластичного или упругого изоляционного материала, цилиндрические пружины, неподвижно соединенные с наконечниками и расположенные в отверстии и (или) снаружи и (или) в продольном кольцевом зазоре стенки трубы вместе с гибкими продольными стержнями из пружинной стали, установленными по окружности в продольных пазах или отверстиях трубы, снаружи или изнутри пружины, и соединенные с двух сторон с наконечниками, образуют вместе каркас устройства, каждый элемент которого соприкасается со стенками трубы, причем труба может быть выполнена составной, стержни имеют возможность продольного перемещения, а торцы каждого стержня с одной из втулок соединены неподвижно, а относительно другой имеют возможность продольного перемещения.

Наконечники могут быть выполнены в виде втулки с резьбовым или фланцевым концом, вокруг центрального отверстия по окружности выполнены пазы или отверстия для стержней, причем неподвижное соединение стержня со втулкой обеспечивается резьбой, сваркой или обжатием, а подвижный конец имеет утолщение, расположенное в отверстии втулки и имеющее возможность продольного смещения в отверстии в обе стороны.

По крайней мере, часть стержней выполнена из мягкой пластичной стали в виде элемента, стабилизирующего изогнутое положение гибкого вала.

Таким образом, наличие совокупности признаков, обеспечивающих заявляемое решение от прототипа и от других известных технических решений, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Достижение целей, а именно снижение трудоемкости и стоимости, повышение надежности, расширение функциональных и эксплуатационных возможностей обеспечивается только указанной совокупностью признаков отличающейся части формулы.

Действительно, снижение трудоемкости и стоимости достигается совокупностью всех признаков, указанных в отличительной части формулы за счет уменьшения количества слоев пружин и путем устранения сложного оборудования по навивке с натягом виток к витку при обязательной жесткой фиксации и сжатия торцов, введения продольных стержней, объединенных с пружиной (нами) в каркас и взаимодействующими друг с другом через гибкий шланг.

Однако, благодаря этой же совокупности признаков повышается надежность, так как металл защищен от коррозии, отсутствует проблематичная навивка слоев пружин друг на друга и опасность недостаточного сжатия слоев.

Эта же совокупность определяется расширение возможностей
за счет герметичного отверстия внутри вала, а также отверстие позволяет создать целую серию гибких валов с дополнительными свойствами;
выполнение части стержней из пластичной стали служит той же цели.

На фиг. 1 показан гибкий вал, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 гибкий вал с расположением во внутреннем отверстии вала; на фиг. 4 гибкий вал с наружным расположением пружины; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 гибкий вал с каркасом из одной пружины.

Жесткость гибкого вала определяется металлическим каркасом, состоящим из двух втулок (наконечников) 1 и 2, соединенных друг с другом пружиной 3 неподвижным соединением за счет фиксации двух конечных витков в пазах 4, выполненных на втулках 1 и 2 и гибких продольных стержней 5 из пружинной стали, установленных по окружности в продольных отверстиях 6 труб 7 и 8 из эластичного материала, например резины. Стержни 5 одним концом с одной из втулок соединены неподвижным соединением 9 (обжатием, сваркой и т.п.), а другим концом с другой втулкой подвижным соединением. Для обеспечения подвижного соединения конец стержня имеет утолщение 10, расположенное в увеличенном отверстии 11 втулки. Расплющенный конец втулки в отверстии 11 с зазором "В" относительно стенки втулки и с зазором "С" относительно наружного конца отверстия 11.

Зазор "B" определяется возможным максимальным ходом подвижного утолщенного конца 10 стержня с учетом наибольшего изгиба гибкого стержня в любую сторону.

B максимальный ход (1-2) мм
C максимальный ход (2-4) мм
Каждый элемент каркаса (пружина 3 и стержни 5) соприкасается с поверхностью одной из труб 7 и 8, которые в свою очередь прочно и герметично соединены со втулками 1 и 2.

Стержни 5 имеют возможность продольного перемещения в отверстиях или пазах трубы.

Втулка 1 выполнена с фланцевым соединением, а втулка 2 для присоединения выполнена с резьбой.

Внутреннее продольное отверстие 13 может быть использовано для передачи механического усилия на рабочий орган, если в отверстии расположить трос, а также для проводов, подачи смазки, рабочей жидкости и для других целей.

На фиг. 3 пружина 3 установлена по внутреннем отверстии 13 и поджата гайкой 14. Труба из упругого материала для облегчения сборки выполнена составной: внутренняя труба 15, выполненная без пазов, и наружная 16 с пазами 6 на внутренней поверхности входят одна в другую. Пазы могут быть выполнены и на внутренней трубе.

Остальное соответствует исполнению по фиг. 1.

На фиг. 4 устройство гибкого вала имеет наружную навивку пружины. Конечные витки закреплены в пазах, по винтовой линии втулок 1 и 2, причем шаг нарезки винтовой канавки 6 увеличен относительно шага навивки пружины.

Герметичность соединения устройства на втулке 1 обеспечивается фланцевым соединением и упругой прокладкой 17, а на втулке 2 трубкой конической резьбой 12. Для удобства эксплуатации пружина 3 снаружи защищена эластичной пленкой 18. Труба 19 из эластичного материала выполнена единым элементом.

На фиг. 6 каркас гибкого вала выполнен из пружины, жестко соединенной со втулками 1 и 2, причем пружина 3 установлена в пазу 20, выполненном по спирали, в составной трубе, состоящей из внутренней 15 и наружной 16 частей.

Паз 20 выполнен в одной из составных частей 15 или 16 трубы.

Во всех случаях при необходимости вместо трубы может быть использован стержень из упругого материала.

Работа гибкого вала обеспечивается за счет сочетания жесткости и возможности изгиба каркаса, состоящего из втулок 1 и 2, пружины 3 и стержней 6, плотно взаимодействующих с трубой или стержнем из упругого материала.

Герметичное отверстие внутри вала обеспечивает подачу охлаждающей, моющей, смазочной или другой рабочей жидкости. На основе отверстия можно делать на конце вращающегося вала осевую гидро- или пневмоподачу рабочего органа.

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: вал выполнен в виде стержня или трубы из гибкого материала, с которой соединен и взаимодействует упругий каркас, состоящий из цилиндрической пружины, неподвижно соединенной по торцам с двумя втулками и расположенными в отверстии вала гибкими продольными стержнями, соединенными со втулками. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Гибкий вал, содержащий пружину, концы которой неподвижно соединены с наконечниками, отличающийся тем, что вал снабжен оболочкой в виде трубы или составной трубы в виде двух концентрично расположенных труб из гибкого или упругого эластичного материала с выполненными по окружности труб продольными отверстиями, в которых установлены гибкие стержни из пружинной стали с возможностью взаимодействия с поверхностью соответствующего продольного отверстия соответствующей трубы, при этом конец каждого стержня жестко соединен с одним наконечником, а второй конец с другим наконечником с возможностью продольного перемещения, причем пружина выполнена цилиндрической и установлена или в продольном кольцевом зазоре двух труб, или внутри, или снаружи труб. 2. Вал по п.1, отличающийся тем, что наконечники выполнены в виде втулок с резьбовым или фланцевым концом и пазами по окружности, при этом подвижные концы стержней выполнены с утолщениями и размещены в пазах втулок, жесткое соединение других концов стержней выполнено в виде или резьбового, или сварочного соединений или соединения с натягом. 3. Вал по п.2, отличающийся тем, что резьба на втулке с резьбовым концом представляет собой трубную коническую резьбу. 4. Вал по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая пружина и стержни выполнены из проволоки, имеющей различное поперечное сечение. 5. Вал по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях концентрично расположенных труб, обращенных друг к другу, выполнены винтообразные каналы, в которых установлена цилиндрическая пружина. 6. Вал по п.5, отличающийся тем, что во втулках выполнены винтообразные каналы, сечение которых соответствует профилю проволоки, из которой изготовлена цилиндрическая пружина, причем шаг каналов на втулке может быть одинаковым или переменным относительно шага пружины. 7. Вал по пп.2 и 6, отличающийся тем, что втулки выполнены из электро- и/или теплоизоляционного, а также температуростойкого материала. 8. Вал по п.1, отличающийся тем, что наружная и внутренняя поверхности труб покрыты антифрикционным материалом.