Способ формирования прессовых соединений Российский патент 2021 года по МПК B23P11/02 F16C3/02 

Область техники

Изобретение относится к области прессовых соединений и может быть использовано для соединений типа вал – втулка.

Уровень техники

Известен патент RU 22449731 от 14.08.2003 «Способ закрепления на пустотелом валу сопрягаемых деталей», где изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для разъемных соединений типа вал-втулка. В способе закрепления на пустотелом валу сопрягаемых деталей, преимущественно типа зубчатых колес, шкивов, полумуфт и втулок, наносят функциональный материал 2 с эффектом памяти формы на посадочные места вала 1, осуществляют механическую обработку полученного слоя до требуемых размеров, вакуумный отжиг деталей, охлаждение до низких температур с помощью жидкого азота, которым заполняют внутренние полости вала, обкатку роликами нанесенного слоя, удаление жидкого азота и нагрев вала до конца обратного мартенситного превращения. Функциональный материал наносят аргонно-дуговой наплавкой сварочных валиков из проволоки с памятью формы, с шагом, равным 1-3 диаметра проволоки. Технический результат заключается в получении незагрязненного слоя материала с памятью формы на валу и увеличении скорости наплавки.

Известен патент на изобретение RU 2393370 «Способ закрепления на валу сопрягаемых цилиндрических деталей» от 04.08.2008 г., где изобретение относится к способам закрепления на валу сопрягаемых цилиндрических деталей и может быть использовано для закрепления зубчатых колес, шкивов, полумуфт, втулок с целью передачи крутящего момента. Способ включает нанесение слоя функционального материала, обладающего эффектом памяти формы, на посадочные места вала. После чего проводят механическую обработку нанесенного слоя до требуемого размера, его вакуумный отжиг, охлаждение до комнатной температуры с последующим понижением температуры путем охлаждения нанесенного слоя жидким азотом и обкатку нанесенного слоя при этой температуре охлаждения роликами в радиальном направлении. Далее осуществляют посадку деталей на посадочное место вала и нагревание вала до температуры конца обратного мартенситного превращения. При этом слой функционального материала наносят путем плазменной наплавки следующей смеси порошков, мас.%: никель 56-59, алюминий 23-26, железо 16-20, имеющих размер 90-120 нм. Технический результат - исключение смешивания материала покрытия и материала вала.

Известен патент на изобретение RU 2253764 «Способ соединения вала со ступицей колеса и предохранительное шпоночное соединение для него» от 03.03.2003 г., где изобретение относится к общему машиностроению. Способ соединения вала со ступицей колеса включает выполнение шпоночного паза в ступице колеса и сборку. Перед сборкой проводят пластическое деформирование шпонки при криогенной температуре на величину проявляемого эффекта памяти формы материала шпонки. После сборки осуществляют естественный нагрев шпонки до температуры окружающей среды. Предохранительное шпоночное соединение состоит из шпонки, вала и ступицы колеса, в которой выполнен шпоночный паз. Шпонка содержит поверхностный слой из материала с эффектом памяти формы и имеет призматическую форму, причем сопряжение шпонки и вала выполнено по скользящей посадке. В результате шпоночное соединение работает без разрушения шпонки, упрощается конструкция шпоночного соединения, повышается его прочность и долговечность.

В качестве недостатков приведенных аналогов – трудоемки, не технологичны, не приведены результаты и не говорится об ожидаемом эффекте повышения усталостной прочности.

Известен патент на изобретение RU 2167754 «Соединение деталей, работающих в условиях переменного консольного изгиба» от 06.05.1991 г., где изобретение относится к неразъемным соединениям типа «вал-втулка», используемым в механосборочном производстве. Соединение содержит охватываемую деталь с цилиндрической сопрягаемой поверхностью и охватывающую деталь с сопрягаемой поверхностью в виде обратного конуса и элемент фиксации деталей в виде слоя анаэробного клея-герметика, размещенного на сопрягаемой поверхности охватываемой детали, а шероховатость на сопрягаемой поверхности охватываемой детали на два класса грубее шероховатости сопрягаемой поверхности охватывающей детали. Упрощается сборка и упрочняется соединение за счет самозатягивания деталей.

В качестве недостатка – клей-герметик является менее прочным, чем металл, что снижает прочность соединения.

Известно авторское свидетельство на изобретение SU 1792818 «Способ неподвижного соединения деталей типа вал-втулка» от 12.05.1991 г., в котором решение включает в себя нагрев втулки, установку ее на вал, пластическое деформирование втулки, охлаждение соединенных деталей, при этом за счет заполнения металлом втулки впадин неровностей наружной поверхности вала перед нагревом втулки на поверхности вала обеспечивают шероховатость с высотой неровностей 40-160 мкм.

Данное решение было взято в качестве прототипа.

Раскрытие сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа формирования прессовых соединений.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении настоящего изобретения, является повышение усталостной прочности вала прессовых соединений.

Дополнительным техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности прессовых соединений.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования прессовых соединений, включающем в себя нагрев посадочного элемента до необходимой температуры с последующей посадкой нагретого посадочного элемента на принимающий элемент, дополнительно, перед нагревом посадочного элемента, создают шероховатость на контактирующей поверхности посадочного или принимающего элемента.

В частности, в качестве посадочного элемента используют втулку.

В частности, в качестве посадочного элемента используют колесо.

В частности, в качестве посадочного элемента используют шестерню.

В частности, в качестве посадочного элемента используют трубу.

В частности, в качестве принимающего элемента используют ось.

В частности, в качестве принимающего элемента используют вал.

В частности, в качестве принимающего элемента используют трубу.

В частности, необходимую температуру выбирают такой, при которой посадочный элемент может расшириться под ее воздействием.

Осуществление изобретения

Настоящий способ формирования прессовых соединений характеризуется последовательностью действий, направленных на повышение усталостной прочности вала прессовых соединений и надежности прессовых соединений.

Заявленный способ формирования прессовых соединений может быть применен в железнодорожной сфере, например, при сборке колесной пары для вагонной или локомотивной тележки и состоит из следующих этапов:

Этап 1: Создают шероховатость на одной из контактирующих поверхностей, например на принимающем элементе – оси колесной пары, известным способом, например:

а) накаткой деформирующим устройством;

б) нанесением абразивного порошка;

в) электроискровым способом.

Этап 2: Посадочный элемент - колесо нагревают до температуры, обеспечивающей посадку на принимающий элемент - ось.

Этап 3: Насаживают нагретый посадочный элемент на принимающий элемент. В данном случае, нагретое колесо насаживают на ось, которое, при остывании, сжимает ось в радиальном направлении, а также, за счет созданной шероховатости контактирующей поверхности сжимает ось и в осевом направлении. Сжатие оси колесом создаёт на оси благоприятные при эксплуатации остаточные напряжения сжатия в осевом и радиальном направлениях, обеспечивающие повышение усталостной прочности вала прессовых соединений и надежности прессовых соединений.

Стоит отметить, что данное сочленение приобретает прочность монолитной конструкции, что исключает возможность схода колеса с оси во время эксплуатации.

Заявленный способ формирования прессовых соединений может быть широко применен в машиностроении.

Изобретение относится к области прессовых соединений и может быть использовано для соединений типа вал–втулка. Способ формирования прессовых соединений, включающий в себя нагрев посадочного элемента до необходимой температуры, создание шероховатости на контактирующей поверхности посадочного или принимающего элемента с последующей посадкой нагретого посадочного элемента на принимающий элемент. Шероховатость создают путем накатки деформирующим устройством, нанесением абразивного порошка или электроискровым способом. Технический результат: повышение усталостной прочности вала прессовых соединений. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ формирования прессовых соединений, включающий в себя нагрев посадочного элемента до необходимой температуры, создание шероховатости на контактирующей поверхности посадочного или принимающего элемента с последующей посадкой нагретого посадочного элемента на принимающий элемент, отличающийся тем, что шероховатость создают путем накатки деформирующим устройством, нанесением абразивного порошка или электроискровым способом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве посадочного элемента используют втулку.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве посадочного элемента используют колесо.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве посадочного элемента используют шестерню.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве посадочного элемента используют трубу.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве принимающего элемента используют ось.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве принимающего элемента используют вал.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве принимающего элемента используют трубу.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимую температуру выбирают такой, при которой посадочный элемент может расшириться под ее воздействием.