ГИБКИЙ ВАЛ Российский патент 2005 года по МПК F16C1/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для передачи гибким валом значительных моментов вращения и усилий продольного перемещения.

Известен гибкий вал, содержащий полые стянутые центральным тросом концевые ведущий, ведомый, а также промежуточные цилиндрические элементы, состоящие из охватывающей и охватываемой частей, по периферии которых выполнены равномерно расположенные по окружности право- и левозаходные канавки. В канавках размещены соединенные с концевыми элементами силовые элементы в виде троса для передачи момента вращения, а в охватываемых частях цилиндрических элементов имеются опорные выпуклые поверхности для передачи продольного усилия. Углы наклона канавок определяются уравнением [1].

Этот гибкий вал принят нами за прототип.

Известный гибкий вал имеет следующие недостатки.

1. Невозможно передать значительные продольные усилия, так как взаимодействующие выпуклые сферические поверхности соприкасаются в одной точке. При приложении нагрузки и искривлении вал теряет устойчивость и несоосные цилиндрические элементы стремятся сместиться друг относительно друга. Хотя смещению цилиндрических элементов препятствует центральный трос и тросы силовых элементов, на них действует усилие среза, тогда как трос хорошо работает только на растяжение.

2. При передаче значительного крутящего момента и продольной нагрузки в особенности при незакрепленном ведомом концевом элементе, например при бурении каналов в скважине, к силовым элементам могут быть приложены значительные динамические нагрузки. Силовые элементы могут растягиваться с остаточной деформацией, что может привести к ослаблению и их выходу из канавок охватывающих частей и поломке вала.

3. В ряде случаев, например, при бурении боковых каналов в скважине центральное отверстие в вале необходимо для размещения рукава для промывки, поэтому можно использовать силовые элементы в виде тросов для стягивания элементов вала, устраняя центральный стягивающий трос. Это не только упрощает конструкцию вала, но и имеет преимущества при использовании.

Задачей изобретения является создание гибкого вала с центральным каналом, обеспечивающего передачу значительного продольного усилия и момента вращения.

Для успешного решения поставленной задачи в известном гибком вале, состоящем из концевых элементов, соединенных гибкой частью, выполненной в виде последовательно расположенных промежуточных цилиндрических элементов, снабженных центральными сферическими торцевыми опорными поверхностями с центральными отверстиями и силовыми элементами в виде троса, размещенными в равномерно расположенных с определенным углом наклона право- и левозаходных канавках, выполненных на периферийных поверхностях цилиндрических промежуточных элементов, при этом одноименные канавки выполнены глубиной, превышающей глубину других на толщину силового элемента, новым является то, что каждый цилиндрический промежуточный элемент содержит выпуклую и вогнутую опорные поверхности, а концевые элементы - по одной разноименной опорной поверхности, при этом разноименные опорные поверхности смежных элементов, стянутых силовыми элементами, находятся в контакте, образуя шарниры, причем выпуклые поверхности выступают над торцевыми поверхностями цилиндрических элементов на высоту, большую глубины вогнутых поверхностей, а каждый цилиндрический элемент заключен в зафиксированную на нем кольцевую оболочку.

Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие известным гибким валам, за счет больших площадей взаимодействия шарнирных соединений цилиндрических элементов вала, имеющих цельную конструкцию, размещения силовых элементов в закрытых оболочкой канавках цилиндрических элементов вала и стягивания элементов вала силовыми элементами.

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

На фиг,1 схематично изображен общий вид вала с частичным сечением оболочек (А) и цилиндрических элементов (В). На фиг.2 изображен промежуточный цилиндрический элемент в частичном сечении и вид сверху.

Гибкий вал содержит концевые ведущий 1, ведомый 2 и промежуточные цилиндрические 3 элементы, снабженные центральными отверстиями 4. Каждый промежуточный элемент 3 с торцов 5 снабжен центральными сферическими опорными выпуклой 6 и вогнутой 7 поверхностями. Концевые ведущие 1 и в ведомый 2 элементы снабжены по одной выпуклой 6 или вогнутой 7 поверхности. Выпуклые 6 и вогнутые 7 поверхности смежных элементов 1, 3, 2 входят в шарнирное соединение. Выпуклые поверхности 6 выступают над торцевыми поверхностями 5 элементов на высоту Н, большую глубины h вогнутых поверхностей 7.

Концевые 1, 2 элементы соединены стягивающими цилиндрические элементы 3 гибкими силовыми элементами 8 в виде троса, размещенными в расположенных равномерно по внешней периферии цилиндрических промежуточных элементов 3 право- и левозаходных канавках 9. Одноименные канавки 9, например правозаходные, выполнены глубиной, превышающей глубину других, например левозаходных, на толщину силового элемента 8. Каждый цилиндрический промежуточный элемент 3 заключен в кольцевую оболочку 10, зафиксированную на нем при помощи, например, винтов (не показаны).

Гибкий вал работает следующим образом.

Крутящий момент передается от ведущего 1 на ведомый 2 концевой элемент через промежуточные элементы 3 посредством гибких силовых элементов 8. Силовые элементы 8, вставленные в канавки 9 при приложении крутящего момента, работают на растяжение.

Продольное усилие передается от ведущего 1 на ведомый 2 элемент через шарнирные соединения, образованные чередующимися выпуклыми 6 и вогнутыми 7 сферическими поверхностями смежных элементов 1, 3, 2. Так как выпуклые поверхности 6 выступают на высоту Н, большую глубины h вогнутых 7 поверхностей, между торцами 5 элементов 1, 3, 2 вала образуются зазоры, обеспечивающие его изгиб. Вследствие размещения силовых элементов 8 в право- и левозаходных канавках 9 вал обеспечивает вращение в обе стороны и не раскручивается при смене направления приложения нагрузки.

Вал может содержать в полости центрального отверстия 4 гибкий рукав, а также заключен в оболочку и установлен в направляющей (не показаны).

Источник информации

1. Патент РФ №1677385, F 16 C 1/02.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для передачи гибким валом значительных моментов вращения и усилий продольного перемещения. Гибкий вал содержит концевые ведущий 1, ведомый 2 и промежуточные 3 цилиндрические элементы с центральными отверстиями 4, по периферии которых равномерно расположены с определенным углом наклона в право- и левозаходных канавках 9 силовые элементы 8 в виде троса. Одноименные канавки, например правозаходные, выполнены с глубиной, превышающей глубину других, например левозаходных, на толщину силового элемента 8. Новым является то, что сферические опорные поверхности цилиндрических элементов 3, стянутых силовыми элементами 8 в виде троса, образуют шарнирные соединения входящими в контакт чередующимися выпуклыми 6 и вогнутыми 7 поверхностями. Выпуклые поверхности 6 выступают над торцевыми поверхностями элементов 1, 2, 3 на высоту Н, большую глубины h вогнутых 7 поверхностей, а каждый цилиндрический элемент 3 заключен в кольцевую оболочку 10. Технический результат заключается в создании гибкого вала с центральным каналом, обеспечивающего передачу значительного продольного усилия и момента вращения. 2 ил.

Гибкий вал, состоящий из концевых элементов, соединенных гибкой частью, выполненной в виде последовательно расположенных промежуточных цилиндрических элементов, снабженных центральными сферическими торцевыми опорными поверхностями с центральными отверстиями и силовыми элементами в виде троса, размещенными в равномерно расположенных с определенным углом наклона право- и левозаходных канавках, выполненных на периферийных поверхностях цилиндрических промежуточных элементов, при этом одноименные канавки выполнены с глубиной, превышающей глубину других на толщину силового элемента, отличающийся тем, что каждый цилиндрический промежуточный элемент содержит выпуклую и вогнутую опорные поверхности, а концевые элементы - по одной разноименной опорной поверхности, при этом разноименные опорные поверхности смежных элементов, стянутых силовыми элементами, находятся в контакте, образуя шарниры, причем выпуклые поверхности выступают над торцевыми поверхностями цилиндрических элементов на высоту, большую глубины вогнутых поверхностей, а каждый цилиндрический элемент заключен в зафиксированную на нем кольцевую оболочку.