УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 2008 года по МПК F16B5/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к гидромашиностроению, и может быть использовано для соединения валов гидротурбин с валами гидрогенераторов, валов с рабочими колесами гидротурбин и рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Известны конструкции узлов фланцевых соединений, в которых болты установлены в отверстиях фланцев с зазором и без зазора [1].

В случае установки болтов с зазором они должны создавать силу трения на поверхности стыка, превышающую внешнюю нагрузку на величину запаса прочности и обеспечить неподвижность соединения. Недостатками конструкции являются низкие несущая способность и долговечность, особенно при действии вибрационных нагрузок, при которых сила трения практически не реализуется.

В случае установки болтов без зазора их рассчитывают на срез и смятие в предположении равномерного их нагружения. Для обеспечения плотной посадки необходима совместная расточка отверстий в соединяемых деталях и высокая точность изготовления стержней болтов. Эти технологические операции весьма трудоемки, что приводит к значительным затратам при изготовлении и монтаже узлов соединений. Вторым недостатком этой конструкции является неравномерное распределение сдвигающих усилий в групповом фланцевом соединении при изготовлении деталей по посадке скольжения (Н7/h6) [2]. Реализация более плотной посадки практически исключается из-за значительного возрастания трудоемкости этой операции для группового фланцевого соединения крупного узла машин.

Известен узел фланцевого соединения, содержащий установленные в отверстиях фланцев цилиндрические втулки и расположенные в них на плотной посадке в непосредственной близости от плоскости стыка болты с гайками [3]. Наружный цилиндрический поясок болта сопрягается плотной посадкой с внутренним цилиндрическим выступом втулки.

Однако выполнение такого узла сложно в производстве, так как установка наружных цилиндрических поясков болтов с плотной посадкой во внутренних цилиндрических выступах втулок требует высокой точности изготовления и усложняет технологию сборки.

Известен также узел фланцевого соединения, содержащий установленные в отверстиях фланцев цилиндрические втулки и расположенные в них на плотной посадке в непосредственной близости от плоскости стыка болты с гайками [4]. Наружный конический поясок болта сопрягается плотной посадкой с внутренним коническим выступом втулок. Цилиндрические втулки в пределах одного фланца установлены с зазором, а в пределах другого фланца - плотной посадкой.

Однако установка цилиндрических втулок в отверстиях фланца плотной посадкой требует высокой точности изготовления сопрягаемых поверхностей и усложняет технологию сборки. Поэтому зачастую используют переходную посадку. При этом поперечные усилия на цилиндрические втулки распределяются неравномерно из-за наличия различных в пределах поля допуска зазоров и натягов между втулками и отверстиями фланца. Этот недостаток снижает надежность работы всего соединения.

Известен еще узел фланцевого соединения (прототип), содержащий установленные в отверстиях фланцев цилиндрические втулки и расположенные в них болты с гайками [5]. В одном фланце выполнены цилиндрические расточки с кольцевыми опорными поверхностями, а на концах цилиндрических втулок - ответные расточкам цилиндрические выступы с опорными поверхностями. Цилиндрические втулки установлены в отверстиях одного фланца с большим зазором в 1...2 мм, а в пределах другого фланца - с малым зазором, получающимся по допуску посадки, например: H7/f7; H8/e8. Наружный конический поясок болта сопрягается с внутренним коническим выступом цилиндрических втулок. В пределах внутреннего конического выступа цилиндрических втулок выполнены радиальные односторонние прорези вдоль оси, заканчивающиеся отверстиями.

При сборке фланцевого соединения затяжкой гаек обеспечивается плотная посадка наружных конических поясков болтов во внутренних конических выступах цилиндрических втулок, а также разжатие цилиндрических втулок до достижения плотной посадки их в отверстиях фланца. Плотное прижатие цилиндрических втулок к отверстиям фланцев обеспечивается за счет значительной радиальной податливости втулок с односторонними прорезьями. Отверстия на концах радиальных односторонних прорезей служат для снижения концентрации напряжений при разжатии цилиндрических втулок.

Однако в этой конструкции при затяжке гаек образование плотной посадки наружных конических поясков болтов во внутренних конических выступах цилиндрических втулок может произойти до защемления цилиндрических выступов втулок на опорных поверхностях цилиндрических расточек во фланце, а также до защемления опорных поверхностей головок болтов во втулках. Вследствие этого изгибная жесткость болтов и втулок, а также всего узла фланцевого соединения, будет снижаться. Недостатком этой конструкции еще является наличие громоздкой цилиндрической втулки, использование которой требует весьма тщательного расчета размерной цепи от припасованной конической пары до опорной поверхности цилиндрических выступов втулок и головок болтов.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и сборки узла соединения, а также повышение жесткости конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что цилиндрические втулки установлены в пределах цилиндрических выточек одной соединяемой детали, а стержни шпилек от резьбовой части до конца сопряжения со втулками выполнены коническими.

На фиг.1 показан продольный разрез узла соединения, а на фиг.2 - цилиндрическая втулка.

Узел соединения (фиг.1) содержит установленные в отверстиях соединяемых деталей 1 и 2 шпильки 4 с гайками 5 и 6. Цилиндрические втулки 3, выполненные с внутренним коническим отверстием 8 и радиальной односторонней прорезью 9 вдоль оси (фиг.2), установлены в пределах цилиндрических выточек 10 соединяемой детали 2 на посадке с зазором. Стержни 7 шпилек 4 от резьбовой части до конца сопряжения со втулками 3 выполнены коническими.

При затяжке гаек 5 узла соединения цилиндрические втулки 3, не связанные с деталью 1, на которые действуют внутренние давления от конической части стержней 7 шпилек 4, легко расширяются в радиальном направлении и защемляются в цилиндрических выточках 10 детали 2. После этого производится затяжка гаек 6. Таким образом, в этой конструкции обеспечивается защемление стержней 7 шпилек 4 и цилиндрических втулок 3 в детали 2, а также защемление опорных поверхностей гаек 6 в детали 1.

При работе узла соединения внешняя нагрузка будет передаваться равномерно на все цилиндрические втулки 3, установленные плотной посадкой в цилиндрических выточках 10 детали 2, и шпильки 4 за счет их жесткого защемления по сопрягаемым коническим поверхностям и защемления опорных поверхностей гаек 6 в детали 1. Таким образом, в предлагаемом узле соединения упрощается технология изготовления и сборки, а также повышается жесткость всей конструкции.

Источники информации

1. Иванов М.Н. Детали машин. М.: Высшая школа. 1991 - 383 с.

2. Бугов Х.У. Фланцевые соединения. Расчет и проектирование. Л.: Машиностроение. Л. О. 1975 - 191 с.

3. Патент на изобретение № 2157942 «Узел фланцевого соединения», Бугов Х.У., Хамуков А.Ц., Семенов Л.X. и др. 20.10 2000 г.

4. Патент на изобретение № 2205322 «Узел фланцевого соединения», Бугов Х.У., Апажев А.К., Хамуков А.Ц. и др. 27.05.2003 г.

5. Патент на изобретение № 2266441 «Узел фланцевого соединения», Бугов Х.У., Апажев А.К., Демьянов В.А. и др. 20.12.2005 г. (прототип).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к гидромашиностроению, и может быть использовано для соединения валов турбин с валами гидрогенераторов. Узел фланцевого соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержит установленные в отверстиях фланцев шпильки с гайками, цилиндрические выточки с кольцевыми опорными поверхностями, выполненные в отверстиях одного из фланцев, цилиндрические втулки, выполненные с внутренним коническим отверстием и радиальной односторонней прорезью вдоль оси, через которые проходят упомянутые шпильки. Цилиндрические втулки установлены в пределах упомянутых цилиндрических выточек. Стержни шпилек от резьбовой части до конца сопряжения со втулками выполнены коническими. В результате упрощается технология изготовления и сборки узла соединения, повышается жесткость конструкции. 2 ил.

Узел фланцевого соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержащий установленные в отверстиях фланцев шпильки с гайками, цилиндрические выточки с кольцевыми опорными поверхностями, выполненные в отверстиях одного из фланцев, цилиндрические втулки, выполненные с внутренним коническим отверстием и радиальной односторонней прорезью вдоль оси, через которые проходят упомянутые шпильки, отличающийся тем, что цилиндрические втулки установлены в пределах упомянутых цилиндрических выточек, а стержни шпилек от резьбовой части до конца сопряжения со втулками выполнены коническими.