СОЕДИНЕНИЕ С НАТЯГОМ Российский патент 1998 года по МПК F16B4/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям охватывающих и охватываемых деталей, и может быть использовано для их соединения по цилиндрическим поверхностям с натягом.

Известно соединение, которое содержит охватывающую и охватываемую детали, причем в охватывающей выполнены кольцевые канавки, а в охватываемой - кольцевые выступы, наружный диаметр которых меньше наружного диаметра канавок [2].

Это неразъемное соединение имеет радиальные зазоры в части посадочных поверхностей охватывающей и охватываемой деталей, что существенно снижает нагрузочную способность при передаче крутящего момента. Наличие зазоров также не обеспечивает необходимой прочности соединения в эксплуатации при воздействии переменных нагрузок.

За прототип принято соединение, выполненное в виде двух деталей, входящих одна в другую с натягом, при этом на одной из контактирующих поверхностей детали, имеющей большую твердость, выполнены профилированные элементы в виде выступов с переменным сечением по длине и высоте [1]. Недостатком такого устройства является то, что образование посадки с натягом выступами уменьшает величину площади фактического контакта посадочных поверхностей, что снижает нагрузочную способность соединения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение нагрузочной способности соединения с натягом охватывающей и охватываемой деталей с различной поверхностной твердостью, содержащих на сопряженных цилиндрических поверхностях профилированные элементы в виде канавок.

Задача решается путем выполнения на детали с большей поверхностной твердостью канавок с криволинейным профилем и переменной глубиной по длине канавки. Максимальная глубина канавок равняется по величине упругому перемещению поверхности с меньшей твердостью, обусловленному напряженным состоянием контактирующих поверхностей соединения.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение соединения с натягом; фиг. 2 - профиль канавки; фиг. 3 - продольное сечение канавки; фиг. 4 - поверхность с криволинейными канавками по длине; фиг. 5 - поверхность с винтовыми канавками.

Соединение с натягом состоит из охватывающей 1 и обхватываемой 2 деталей. Сопрягаемая поверхность детали 2 с большей поверхностной твердостью содержит канавки 3 с криволинейным профилем 4, выполненным, например, близким к радиусной кривой. По длине канавки профиль ее имеет переменную глубину от h_min до h_max (см. фиг. 3). Канавки 3 выполняют с образующими, параллельными образующей поверхности детали 2, а также с криволинейным 5 или винтовыми 6 и 7 расположениями образующих канавок. Канавки шириной "в" выполнены с равномерным смещением "p" относительно друг друга или с переменным шагом.

Для сборки соединения охватывающую деталь 1 нагревают до температуры, обеспечивающей сборочный зазор, устанавливают на сопрягаемую деталь и охлаждают до выравнивания температуры деталей соединения. В результате упругой деформации охватывающая поверхность детали 1 заполняет канавки охватываемой поверхности детали 2. Криволинейный профиль 4 канавок 3, переменная глубина профиля по длине каждой канавки обеспечивают дискретное напряженное состояние в точках контакта сопрягаемых поверхностей, при этом на поверхностях контакта напряжения возрастают, а в канавках 3 существенно снижаются. Такое распределение материала и напряжений в контактирующих поверхностях способствует повышению несущей способности соединений как по крутящему моменту, так и по осевому сдвигающему усилию. Этот эффект существенно повышается при выполнении канавок с криволинейными образующими в виде части торообразной поверхности, расположенной симметрично относительно продольной плоскости симметрии сопрягаемых цилиндрических деталей. В случаях действия нагрузки на охватываемую деталь под постоянно меняющимся углом к оси соединяемых деталей целесообразно применять соединение с расположением канавок по винтовым линиям. При реверсивной нагрузке следует использовать канавки с переменным шагом, что способствует снижению коррозионно-механического изнашивания из-за уменьшения величины микроперемещений в контактирующих поверхностях.

Результаты испытаний предложенных технических решений подтвердили существенное повышение нагрузочной способности соединения. В сравнении с прототипом (по 30% геометрической поверхности сопряженных поверхностей содержало канавки и выступы соответственно) соединение с канавками показало возможность повышения нагрузочной способности по осевому усилию в 1,3 - 1,5 раза, по крутящему моменту - в 1,4 - 1,8 раза.

Соединение с натягом применяется в машиностроении, в частности в соединениях охватывающих и охватываемых деталей, и может быть использовано для их соединения по цилиндрическим и коническим поверхностям с натягом. В соединении деталь с большой твердостью снабжена канавками с криволинейным профилем и переменной глубиной по длине. Сборка осуществляется с нагревом охватывающей детали с последующим охлаждением до стадии выравнивания температур в соединении. В результате изменения упруго-напряженного состояния сопряженных поверхностей повышается несущая способность и снижается коррозионно-механическое изнашивание соединения с натягом. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Соединение с натягом охватывающей и охватываемой деталей с различной поверхностной твердостью, имеющих сопряженные цилиндрические поверхности, при этом деталь с большей поверхностной твердостью выполнена с профилированными элементами в виде канавок на ее сопрягающейся цилиндрической поверхности, отличающееся тем, что канавки выполнены с криволинейным профилем и переменной глубиной по их длине, при этом максимальная глубина канавок равна по величине наибольшему перемещению поверхности детали, имеющей меньшую твердость поверхности, возникающую от упругой деформации при контакте сопрягаемых поверхностей. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что образующие канавок параллельны образующей поверхности детали. 3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что образующие канавок криволинейны. 4. Соединение по п.3, отличающееся тем, что форма канавок по их длине соответствует части торообразной поверхности, расположенной симметрично относительно продольной плоскости симметрии сопрягаемых цилиндрических деталей. 5. Соединение по п.1, отличающееся тем, что образующие канавок выполнены по винтовым линиям, пересекающимся между собой. 6. Соединение по п.1, отличающееся тем, что канавки расположены с переменным шагом.