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

Изобретение относится к ответственным узлам, используемым в силовых машинах, в частности, для соединения рабочих органов с валами, жестких полумуфт и др. деталей, передающих значительные крутящие моменты и осевые силы.

Известны узлы соединения деталей машин, в которых осуществляется соединение болтами, установленными в отверстия без зазоров [1] (стр.36 фиг.1.20).

В узле соединения, в котором болты устанавливают в отверстие без зазора, соединяемые детали должны совместно обрабатываться. Причем отверстия в соединяемых деталях калибрируют разверткой или растачивают совместно с большой точностью, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим заданную посадку.

Эти технологические операции весьма трудоемки, в особенности для крупногабаритных деталей, изготавливаемых нередко в разных городах. Сборка и разборка таких соединений приводит к задирам посадочных поверхностей отверстий деталей и шлифованных поверхностей болтов.

При расчете такого типа групповых болтовых соединений от совместного действия поперечных и осевых усилий принимают, что болты нагружены равномерно. Однако, как показали экспериментальные исследования усталостной прочности металлических моделей с полнофакторным моделированием таких соединений, коэффициент равномерности распределения поперечной нагрузки находится в пределах 0,25-0,35 [2].

Этот недостаток существенно снижает эффективность использования рассматриваемого узла соединения, являющегося весьма ответственным и дорогостоящим, в особенности для крупногабаритных узлов энергетических машин.

Известен еще узел соединения деталей машин, в котором в детали, к которой примыкает гайка, болт поставлен без зазора, а в другой детали болт поставлен с расчетным зазором [3].

Основным недостаткам данного решения является необходимость обеспечения достаточно высокой точности посадки с натягом и соосности отверстий соединяемых деталей, что также трудновыполнимо в узле с групповым резьбовым соединением.

Цель изобретения - повышение прочности соединения за счет существенного уменьшения напряжения изгиба под резьбовой частью и под головкой болта, повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении, повышение жесткости, а следовательно, повышения работоспособности узла на сдвиг и существенное снижение трудоемкости изготовления и ремонта узла.

Поставленная цель достигается тем, что в крепежной детали со стороны гайки установлена разрезная коническая втулка под посадку без зазора втулки в деталь и болта во втулку, а со стороны головки имеется поясок для установки болта с расчетным зазором.

Узел содержит (см. чертеж) детали 1 и 2, коническую втулку 4, болт 3 с гайкой 5.

В детали 1 выполнено цилиндрическое отверстие с диаметром d₃, в котором болт установлен с зазором Δ₁ на участке l₃. В детали 2 выполнено коническое отверстие с диаметрами d₃ и d₆, в котором установлена коническая разрезная втулка 4 с диаметрами d₄ и d₆ под посадку болта 3 с натягом на участке l₆. Со стороны гайки при сборке соединения болт 3 свободно проходит через отверстие d₃ детали 1 и входит с зазором в отверстие разрезной конической втулки 4. Затем производится затяг болтов на заданное усилие, обеспечивающее натяг в соединении втулка-болт за счет выбора зазора разрезного конуса, а также упругое вдавливание головки болта 3 и гайки 5 в деталь 1 и втулку 4.

При работе группового болтового соединения под действием поперечных нагрузок все болты деформируются как трехопорные стержни с двумя защемленными краями и одной опорой длиной l₃, находящейся в пределах детали 1. Защемление болта в сечении, совпадающим с опорной поверхностью, головки в деталь 1 обеспечивается за счет упругого вдавливания головки болта 3 от затяга, а в деталь 2 защемления болта обеспечивается за счет посадки без зазора во втулке 4, защемляемой в этой детали за счет затяга гайки. В результате образуется жесткий узел: деталь 2 - втулка 4 - болт 3 - гайка 5, перемещающийся при нагружении соединения как одно твердое тело. Вследствие этого исключается изгиб болта в пределах детали 2 и его резьбовой части, а часть болта длиной l₁, расположенная в пределах детали 1, имеет дополнительную опору, снижающую изгиб под головкой болта и в сечении, закрепленной во втулке. В результате всего этого повышается равномерность загрузки всех болтов группового болтового соединения, воспринимающего срезающее усилие от крутящего момента в случае кольцевого фланцевого соединения валов или усилия от общего сдвига двух деталей в случае плоского фланцевого соединения, а также повышается общая несущая способность соединения.

Использование предлагаемого узла соединения особенно эффективно в дорогостоящих силовых машинах, передающих значительные нагрузки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Иванов М.Н., Финагенов В.А. Детали машин. М.: Высшая школа, 2002 г., с.407.

2. Бугов Х.У. Фланцевые соединения. Расчет и проектирование. Ленинград. отд.: Машиностроение, 1975 г., 191 с.

3. Патент №2169876. Москва, 27.06.2001 (прототип). Авторы: Бугов Х.У., Егожев А.М. Семенов Л.Х. и др.

Предлагаемый узел соединения относится к машиностроению, в частности, используется для соединения рабочих органов силовых машин с валами, жестких полумуфт и других деталей, передающих значительные крутящие моменты и осевые силы. Узел соединения деталей машин содержит две соединяемые детали и болт с гайкой. Со стороны гайки установлена разрезная коническая втулка под посадку без зазора втулки в деталь и болта во втулку. На болте со стороны его головки имеется поясок для установки болта с расчетным зазором. В результате повышается прочность соединения, равномерность распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении, а также его жесткость, повышается работоспособность узла на сдвиг, снижается трудоемкость изготовления и ремонта узла. 1 ил.

Узел соединения деталей машин, содержащий две соединяемые детали и болт с гайкой, отличающийся тем, что со стороны гайки установлена разрезная коническая втулка под посадку без зазора втулки в деталь и болта во втулку, а на болте со стороны его головки имеется поясок для установки болта с расчетным зазором.