ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2025 года по МПК F16B3/00 F16B7/08 

Изобретение относится к устройствам для закрепления или соединения деталей машин, а именно к разъемным шпоночным соединениям, передающим крутящий момент и осевую нагрузку.

Известное шпоночное соединение (См. патент на изобретение RU 2559132, ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, МПК: F16B 3/00, опубликован 20.12.2004.), включает охватываемую и охватывающую детали, две шпонки и защитную втулку, зафиксированную на охватывающей детали. Шпонки установлены диаметрально противоположно в совмещенных шпоночных канавках охватывающей и охватываемой деталей в плоскости, перпендикулярной оси соединения. Шпонки выполнены двояковыпуклой формы. Шпоночные канавки выполнены вогнутой цилиндрической формы. Выпуклые цилиндрические поверхности шпонок, вогнутые цилиндрические поверхности шпоночных канавок и наружная цилиндрическая поверхность охватывающей детали имеют, по существу, одинаковые радиусы. Защитная втулка, охватывающая соединение, образует со шпоночными канавками карманы, в которых замкнуты шпонки.

Известное шпоночное соединение имеет недостатки. Шпонки в карманах шпоночного соединения не закреплены и при вращении под нагрузкой занимают множество неопределенных положений, допускаемых технологическими отклонениями деталей. Рабочие поверхности шпонок и шпоночных канавок подвергаются ударным нагрузкам и износу. Кроме того, установка двух шпонок в диаметрально-противоположные шпоночные канавки затрудняет сборку шпоночного соединения, так как требуется удержание шпонок в канавках при замыкании защитной втулкой.

В качестве прототипа выбрано шпоночное соединение шпиндельного переходника и ступицы муфты бурового станка (См. патент на изобретение RU 2752071, БУРОВОЙ СТАНОК, МПК: E21B 3/00; E21B 17/03, опубликован 22.07.2021). Шпоночное соединение включает шпиндельный переходник, именуемый далее «охватываемая деталь», ступицу муфты, именуемую далее «охватывающая деталь», две сегментные шпонки и защитную втулку, зафиксированную на охватывающей детали. Сегментные шпонки установлены диаметрально противоположно в совмещенных шпоночных канавках охватываемой и охватывающей деталей в плоскости, перпендикулярной оси соединения. Выпуклые цилиндрические поверхности сегментных шпонок и наружная цилиндрическая поверхность охватывающей детали имеют, по существу, одинаковые радиусы. Защитная втулка, охватывающая соединение, образует со шпоночными канавками карманы, в которых замкнуты шпонки.

Прототипу присущи недостатки описанного выше аналога.

Задача, решаемая изобретением, - создание закрепляемой шпонки для установки в диаметрально-противоположные шпоночные канавки.

Технический результат от использования изобретения заключается в облегчении сборки шпоночного соединения, снижении ударных нагрузок и износа рабочих поверхностей шпонок и шпоночных канавок.

Шпоночное соединение имеет несколько исполнений.

1-е исполнение.

Шпоночное соединение включает охватываемую деталь, охватывающую деталь, шпонку и детали крепления шпонки. Охватываемая и охватывающая детали выполнены с диаметрально-противоположными совмещенными шпоночными канавками в плоскости, перпендикулярной оси соединения.

Для решения поставленной задачи шпонка выполнена в виде шпонки-скобы, лапы которой входят в шпоночные канавки охватываемой и охватывающей деталей.

При небольшой длине шпоночного соединения шпонка-скоба крепится к фланцу охватывающей детали болтом и стопорной шайбой. Крепление шпонки-скобы исключает ее неопределенные положения, снижает ударные нагрузки и износ рабочих поверхностей шпонок и шпоночных канавок. Кроме того, шпонка-скоба устанавливается в диаметрально-противоположные шпоночные канавки одним технологическим переходом, что облегчает сборку шпоночного соединения.

2-е исполнение.

Шпоночное соединение в исполнении 1, в котором лапы пары шпонок-скоб входят в совмещенные шпоночные канавки деталей с противоположных сторон.

Шпоночное соединение позволяет исключить дисбаланс, удвоить нагрузочную способность, снизить ударные нагрузки и износ рабочих поверхностей относительно исполнения 1.

3-е исполнение.

Шпоночное соединение в исполнении 1, в котором донышки совмещенных шпоночных канавок образуют охватываемый клин, а внутренние поверхности лап шпонки-скобы образуют сопряженный охватывающий клин.

Сведение клиньев шпонки-скобы и шпоночных канавок позволяет исключить зазоры между сопрягаемыми поверхностями клиньев и обеспечить их непрерывный контакт, что исключает ударные нагрузки и дополнительно снижает износ рабочих поверхностей.

4-е исполнение.

Шпоночное соединение в исполнении 2, в котором донышки совмещенных шпоночных канавок образуют пару охватываемых противоположно направленных клиньев, а внутренние поверхности лап пары шпонок-скоб образуют сопряженные охватывающие клинья.

Сведение клиньев шпонок-скоб и шпоночных канавок позволяет исключить зазоры между сопрягаемыми поверхностями клиньев и обеспечить их непрерывный контакт, что исключает ударные нагрузки и износ рабочих поверхностей. Кроме того, шпоночное соединение позволяет исключить дисбаланс и удвоить нагрузочную способность относительно исполнения 3.

5-е исполнение.

Шпоночное соединение в исполнениях 1 или 4, в котором удлиненные шпонки-скобы крепятся к ступице охватывающей детали болтами со стопорными шайбами. Затяжкой болтов в шпоночном соединении создается расчетный предварительный натяг.

Шпоночное соединение исключает ударные нагрузки и износ рабочих поверхностей в тяжело-нагруженных шпоночных соединениях с удлиненными шпонками.

На фиг. 1 представлены детали шпоночного соединения в исполнении 1, на фиг. 2 - шпоночное соединение в исполнении 1, на фиг. 3 - шпоночное соединение в исполнении 2, на фиг. 4 - шпоночное соединение в исполнении 3, на фиг. 5 - шпоночное соединение в исполнении 4, на фиг. 6 - шпоночное соединение в исполнении 5, на фиг. 7 - поперечный разрез шпоночного соединения на фиг. 6.

Шпоночное соединение в исполнении 1 (см. фиг. 1, 2) включает охватываемую деталь 1, охватывающую деталь 2, шпонку-скобу 3 и детали крепления шпонки 4, 5. Охватываемая и охватывающая детали выполнены с диаметрально-противоположными совмещенными шпоночными канавками в плоскости, перпендикулярной оси соединения. Лапы шпонки-скобы 3 входят в шпоночные канавки охватываемой и охватывающей деталей. Шпонка-скоба крепится к фланцу охватывающей детали болтом 4 со стопорной шайбой 5. Шпоночное соединение удобно для умеренно нагруженных соединений.

Шпоночное соединение в исполнении 2 (фиг. 3) включает детали 1, 2, 4, 5 и пару шпонок-скоб 6. Лапы шпонок-скоб входят в совмещенные шпоночные канавки деталей 1 и 2 с противоположных сторон. Шпонки-скобы 6 крепятся к фланцу охватывающей детали болтами 4 со стопорными шайбами 5.

Шпоночное соединение применяется для исключения дисбаланса и удвоения нагрузочной способности относительно исполнения 1.

Шпоночное соединение в исполнении 3 (фиг. 4) включает охватываемую деталь 7, охватывающую деталь 8, шпонку-скобу 9 и детали крепления 4, 5. Донышки совмещенных шпоночных канавок деталей 7, 8 образуют охватываемый клин, а внутренние поверхности лап шпонки-скобы 9 образуют сопряженный охватывающий клин. По сопряженным поверхностям клиньев детали 7, 8, 9 образуют без зазорное зацепление.

Шпоночное соединение применяется при умеренных нагрузках на реверсивных режимах, так как исключает удары на рабочих поверхностях шпонок-скоб и шпоночных канавок.

Шпоночное соединение в исполнении 4 (фиг. 5) включает охватываемую деталь 10, охватывающую деталь 11, шпонку-скобу 12, детали крепления 4, 5. Донышки совмещенных шпоночных канавок деталей 10, 11 образуют пару охватываемых противоположно направленных клиньев, а внутренние поверхности лап пары шпонок-скоб 12 образуют сопряженные охватывающие клинья. Лапы шпонок-скоб входят в совмещенные шпоночные канавки деталей 10 и 11 с противоположных сторон. По сопряженным поверхностям клиньев детали 10, 11, 12 образуют без зазорное зацепление.

Шпоночное соединение применяется для исключения дисбаланса и удвоения нагрузочной способности относительно исполнения 3.

Наибольший технический результат достигается в исполнении 5 (см. фиг. 5, 6), предназначенном для тяжело-нагруженных соединений. Шпоночное соединение содержит охватываемую деталь 13, охватывающую деталь 14, пару шпонок-скоб 15 и болты 4 со стопорными шайбами 5. Донышки совмещенных шпоночных канавок деталей 13, 14 образуют пару охватываемых, противоположно направленных клиньев, а внутренние поверхности лап пары шпонок-скоб образуют пару, сопряженных охватывающих клиньев.

Лапы шпонок-скоб 15 входят с противоположных сторон в диаметрально противоположные и совмещенные шпоночные канавки деталей 13, 14. Шпоночные канавки расположены в плоскости, перпендикулярной оси шпоночного соединения. Шпонки-скобы фиксируются на ступице охватывающей детали болтами 4 со стопорными шайбами 5. Затяжкой болтов в шпоночном соединении создается расчетный предварительный натяг.

Шпоночное соединение работает следующим образом.

При передаче крутящего момента охватываемые клинья охватываемой детали 13 одной (ведущей) стороной действуют на сопряженные стороны охватывающих клиньев шпонок-скоб 15. Через тела шпонок-скоб нагрузка передается на противоположные стороны охватывающих клиньев, которые действуют на сопрягаемые стороны охватываемых клиньев охватывающей детали 14. На фиг. 6 показаны момент T на охватываемой детали и силы F₁ и F₂, действующие на шпонку-скобу. Шпонка-скоба подвержена изгибающим нагрузкам, что необходимо учитывать при проектировании.

Производство деталей шпоночного соединения реализовано в условиях металлообрабатывающего завода. Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждена эксплуатацией установочной серии.

Изобретение относится к устройствам для закрепления или соединения деталей машин, а именно к разъемным шпоночным соединениям, передающим крутящий момент и осевую нагрузку. Шпоночное соединение содержит охватываемую деталь 13, охватывающую деталь 14, пару шпонок-скоб 15 и болты 4 со стопорными шайбами 5. Донышки совмещенных шпоночных канавок деталей 13, 14 образуют пару охватываемых противоположно направленных клиньев, а внутренние поверхности лап пары шпонок-скоб образуют пару сопряженных охватывающих клиньев. Лапы шпонок-скоб 15 входят с противоположных сторон в диаметрально противоположные совмещенные шпоночные канавки деталей 13, 14. Шпоночные канавки расположены в плоскости, перпендикулярной оси шпоночного соединения. Шпонки-скобы закрепляются на ступице охватывающей детали болтами 4 со стопорными шайбами 5. Затяжкой болтов в шпоночном соединении создается расчетный предварительный натяг. Шпоночное соединение имеет несколько исполнений, отличающихся числом, формой шпонок-скоб и их закреплением в шпоночном соединении. Технический результат: облегчение сборки шпоночного соединения, снижение ударных нагрузок и износа рабочих поверхностей шпонок и шпоночных канавок. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Шпоночное соединение, включающее охватываемую деталь, охватывающую деталь, шпонку и детали крепления шпонки, охватываемая и охватывающая детали выполнены с диаметрально противоположными совмещенными шпоночными канавками в плоскости, перпендикулярной оси соединения, отличающееся тем, что шпонка выполнена в виде шпонки-скобы, лапы которой входят в шпоночные канавки деталей, а в качестве детали крепления шпонки к охватывающей детали используются болт и стопорная шайба.

2. Шпоночное соединение по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую шпонку-скобу, причем лапы пары шпонок-скоб входят в совмещенные шпоночные канавки деталей с противоположных сторон.

3. Шпоночное соединение по п. 1, отличающееся тем, что донышки совмещенных шпоночных канавок образуют охватываемый клин, а внутренние поверхности лап шпонки-скобы образуют сопряженный охватывающий клин.

4. Шпоночное соединение по п. 2, отличающееся тем, что донышки совмещенных шпоночных канавок образуют пару охватываемых противоположно направленных клиньев, а внутренние поверхности лап пары шпонок-скоб образуют сопряженные охватывающие клинья.

5. Шпоночное соединение по п. 2 или 4, отличающееся тем, что удлиненные шпонки-скобы крепятся к ступице охватывающей детали болтами и стопорными шайбами, причем затяжкой болтов в шпоночном соединении создается предварительный натяг.