ГИБКИЙ ВАЛ Российский патент 2004 года по МПК F16C1/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для передачи гибким валом вращательного и поступательного движения.

Известен гибкий вал, состоящий из двух или более стальных пружинных лент, навитых в противоположные стороны, и содержащий центральный гибкий рукав, служащий для подачи жидкости. Этот вал можно использовать для передачи значительного момента вращения и продольного усилия, в том числе, для бурения боковых каналов в необсаженных скважинах большого диаметра [1].

Однако, как отмечается в описании, для передачи требуемых момента и продольного усилия, вал должен иметь значительный диаметр. Учитывая, что он не обеспечивает достаточной интенсивности искривления, для изгиба вала на 90° требуются значительные габаритные размеры корпуса устройства, в котором он установлен. Это не позволяет его использовать в обсаженных эксплуатационных скважинах небольшого диаметра.

Известен гибкий вал типа Гука-Кардана с ведущим и ведомыми элементами, содержащий цепь звеньев с центральными отверстиями, шарнирно соединенных между собой стяжками и зубчатыми элементами, выполненными на выступающих частях звеньев, располагающихся во взаимно перпендикулярных плоскостях [2].

Указанный гибкий вал принят нами в качестве прототипа.

Этот вал имеет следующие недостатки:

1. Передаваемый крутящий момент ограничен глубиной зацепления зубчатых элементов.

2. Неустойчивость вала при передаче осевой нагрузки через два выпуклых зубчатых сектора. Это особенно важно, когда ведомый конец вала не закреплен.

3. Вал сложен в сборке.

4. Вследствие прямоугольного сечения вала с выступающими полуосями, при приложении продольного усилия к вращающемуся валу, ведомый конец которого не закреплен, будет происходить интенсивный износ выступающих частей вплоть до повреждения полуосей вала.

Задачей изобретения является создание легкого в сборке гибкого вала, обеспечивающего передачу значительного вращательного и продольного усилия. Это особенно необходимо для бурения боковых каналов в скважине малого диаметра при незакрепленном ведомом конце вала.

Для успешного решения указанной задачи в гибком вале с центральным отверстием, содержащем цепь звеньев, шарнирно соединенных между собой смежными соединительными элементами каждое звено, образованное пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей, охвачено двумя торцевыми вилками цилиндрических соединительных элементов, образующих шарнирное соединение, внутренние цилиндрические поверхности которых имеют дугу охвата, большую длины дуги цилиндрических поверхностей звена. При этом каждое звено предпочтительно может иметь на углах три упора, два из которых образованы перпендикулярами к цилиндрическим поверхностям, имеющим общий угол без упора, и продолжениями перпендикулярных им цилиндрических поверхностей, имеющих общий третий упор, образованный перпендикулярами к указанным цилиндрическим поверхностям, а четвертый угол снабжен аналогичным по форме третьему упору съемным ограничителем, причем его высота и высота упоров ограничена внешней цилиндрической поверхностью вала. Дополнительно устройство содержит соосный с валом гибкий упругий цилиндрический элемент.

Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие известным гибким валам и передавать значительные вращательные и продольные усилия за счет больших площадей взаимодействия сопряженных цилиндрических поверхностей вилок и вставленных в них звеньев.

Нам не известны гибкие валы, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого вала требованиям, предъявляемым к изобретениям.

Ниже представлено подробное описание предпочтительного варианта выполнения устройства.

На фиг.1 и 2 изображены звено и соединительный элемент вала; на фиг.3 приведен вид вала в сборе; на фиг.4 показана сборка вала.

Гибкий вал содержит звенья 1, образованные пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей одинакового диаметра 2, 3 и 4, 5 и имеющих центральное отверстие 6. Для увеличения передаваемого момента и упрощения сборки на углах звеньев располагаются три упора 7, 8 и 9. Два упора 7, 8 образованы перпендикулярами к цилиндрическим поверхностям 2, 4, имеющим общий угол без упора, и продолжениями перпендикулярных им цилиндрических поверхностей 3, 5, имеющих общий третий упор 9. Третий упор 9 образован перпендикулярами к цилиндрическим поверхностям 3, 5. Высота упоров 7, 8 и 9 ограничена внешней цилиндрической поверхностью вала.

Съемный ограничитель 10, аналогичный по форме третьему упору 9, крепится на четвертом угле звеньев, например, винтами 11 и служит для фиксации звеньев.

Шарнирное соединение звеньев 1 осуществляется цилиндрическими соединительными элементами 12 (фиг.2) с центральным отверстием 13, имеющими по торцам две вилки 14, 15, внутренние цилиндрические поверхности 16, 17 которых имеют дугу охвата, большую длины дуги цилиндрических поверхностей 2, 3, 4 и 5 звеньев 1. Вал также содержит концевые элементы: ведущий 18 и ведомый 19 (фиг.3). Внутри вала вставлен гибкий упругий цилиндрический элемент 20, например цилиндрическая пружина или рукав высокого давления. Цилиндрический элемент может быть надет на гибкий вал, образуя оболочку.

Сборка вала осуществляется следующим образом (фиг.4). Одна из вилок соединительного элемента 12 надевается на одну из пар поверхностей звена 1 до упоров. На угол звена 1 крепится винтами 11 съемный ограничитель 10. Затем другое звено 1 вставляется одной из пар поверхностей в другую вилку соединительного элемента 12, а на другую пару поверхностей звена 1 надевается вилка ведомого элемента 19. На угол звена 1 крепится ограничитель и в центральное отверстие вала, образованное отверстиями звеньев 1, соединительных элементов 12 и ведущего элемента 18, вводится гибкий элемент (не показано), образуя неразъемное шарнирное соединение.

Гибкий вал работает следующим образом. Кинематическое шарнирное соединение, осуществляемое во взаимно перпендикулярных плоскостях чередующихся звеньев 1 и вилок 14, 15 соединительных элементов 12, обеспечивает передачу момента вращения и продольной нагрузки от ведущего 18 к ведомому 19 элементу посредством взаимодействия цилиндрических поверхностей 2, 3, 4 и 5 звеньев 1 с сопрягаемыми цилиндрическими поверхностями 16, 17 вилок 14, 15. Центральный гибкий элемент 20 и зазор между торцевыми поверхностями звеньев 1 и вилок 14, 15 соединительных элементов 12 ограничивают искривление вала. Центральный гибкий элемент 20 и ограничитель 10 предохраняют вал от разъединения его элементов. Превышение дуг охвата цилиндрических поверхностей 16, 17 вилок 14, 15 длин дуг цилиндрических поверхностей 2, 3, 4, 5 звеньев 1 обеспечивает неразъемное соединение элементов вала при приложении растягивающей нагрузки.

Вал может быть заключен в оболочку и установлен в направляющей (не показаны).

Выполнение гибкого вала согласно изобретению позволит передавать значительные вращательные и продольные усилия.

Источники информации

1. Патент США №4658916, 175/81.

2. А.с. №872821, F 16 C 1/02 (прототип).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи гибким валом вращательного и поступательного движения. Гибкий вал с центральным отверстием содержит цепь звеньев, шарнирно соединенных между собой соединительными элементами. Особенность изобретения состоит в том, что каждое звено, образованное пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей, охвачено двумя торцевыми вилками соединительных элементов, внутренние цилиндрические поверхности которых имеют дугу охвата, большую длины дуги цилиндрических поверхностей звена. Каждое звено имеет на каждом из трех углов упор, а на четвертом - съемный ограничитель, причем его высота и высота упоров ограничена внешней цилиндрической поверхностью вала. Вал может содержать соосный с ним гибкий упругий цилиндрический элемент. Такое техническое решение упрощает сборку вала и обеспечивает передачу значительного вращательного и продольного усилия. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гибкий вал с центральным отверстием, содержащий цепь звеньев, шарнирно соединенных между собой смежными соединительными элементами, отличающийся тем, что каждое звено, образованное пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей, охвачено двумя торцевыми вилками цилиндрических соединительных элементов, образующих шарнирное соединение, внутренние цилиндрические поверхности которых имеют дугу охвата, большую длины дуги цилиндрических поверхностей звена, при этом каждое звено имеет на углах три упора, два из которых образованы перпендикулярами к цилиндрическим поверхностям, имеющим общий угол без упора, и продолжениями перпендикулярных им цилиндрических поверхностей, имеющих общий третий упор, образованный перпендикулярами к указанным цилиндрическим поверхностям, а четвертый угол снабжен аналогичным по форме третьему упору съемным ограничителем, причем его высота и высота упоров ограничена внешней цилиндрической поверхностью вала.2. Гибкий вал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соосный с валом гибкий упругий цилиндрический элемент.