Соединение деталей (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК F16B17/00 

2. Соединение деталей, преимущественно для работы при положительных температурах, содержащее охватьгоае- мую и охватыващую детали из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, крепежное средст во и компенсаторы в виде радиальных штифтов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, радиальные штифты установлены с натягом в перпендикулярных друг другу отверстиях охватываемой детали

Изобретение относится к соединению деталей, например, крьшьчатки ;ротора центробежного насоса с его валом и предназначено преимущественно fyiH работы при температуре рабо- чей среды, значительно отличающейся от температуры сборки соединения в случае изготовления крьшьчатки и вала из разных материалов, имеющих большую разницу в коэффициентах ли- нейного расширений.

Цель изобретения - повьш1ение надежности в условиях высокооборотных нагрузок.

На фиг. 1 изображено соединение крыл чатки с валом по конической поверхност на фиг. 2 - то же, при работе насоса и действии рабочих температур; на фиг,, 3 - разрез А-А на фиг.} на фиг,, 4 - соединение крыльчатки с валом при сопряжении деталей по цилиндрической поверхности.

Соединение деталей содержит крыльчатку 1 и вал 2, которые выполнены с согласованными коническими поверхностями 3 на хвостовике 4 крыльчатки и центрального отверстия вала. На конечном участке 5 хвостовика крьшьчатки имеется резьба 6, которая предназначена для закрепления крыпь- чатки 1 на валу 2. Крыльчатка 1 и вал 2 выполнены из материала с раз- личным11 коэффициентами линейного расширения; например, крыльчатка изготовлена из алюминия, а вал - из стали. Соединение деталей снабжено компенсатором выполненным в виде двух пар перекрещивающихся штифтов;

.

208337

с возможностью взаимодействия их торцов с внутренней поверхностью ох- ватьгеающей детали, концы штифтов размещены в отверстиях охватываемой детали с зазором, при этом охватывающая деталь выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала охватываемой детали, а штифты - из материала с коэффициентом линейного расширения не меньшим, чем у материала охватывающей детали.

первая пара - штифты 7 и 8, вторая пара - штифты 9 и 10. Каждый из штифтов установлен в радиальном отверстии охватываемой детали 1 и соряжен по торцам с охватывающей деталью по части конической поверхности 11. Все штифты 7-10 выполнены как и вал 2 из той же стали или из стали, имеющей меньший коэффициент линейного расширения, чем сталь вала 2. Любая из пар этих перекрещивающихся штифтов, например, штифты 7 и.8 (фиг. 3) расположена под углом. вдоль оси 12 соединения деталей. Каждый из штифтов компенсатора посажен в охватываемую деталь , т.е. в хвостовик 4 крьшьчатки 1 , в средней части, т.е. в зоне оси 12 на длине Е с натягом, а по обеим концам этого штифта - с зазором 13.

Соединение работает следующим образом.

После ввинчивания конечного учаска 5 алюминиевой крыльчатки 1 в вал 2 по его конической поверхности 14 создается натяг одновременно в месте контакта с конической поверхностью 3 хвостовика 4 и частью конической поверхности 11 штифтов. Пр работе насоса после его заполнения криогенной жидкостью в месте контакта поверхности 14 с поверхностью 3 образуется температурный зазор 15 (фиг„ 2 и 3),j а в месте контакта с поверхностью 11 натяг увеличивается, поскольку уменьшение длины хвостовика превышает уменьшение длины ваjia на участке ./, , т.к. крыльчатка алюминиевая, а вал стальной. Одновременно возрастает натяг по торцам штифтов 8-10. Для снижения контактных напряжений опрокидывающего мо- мента, направленного по стрелке 16 относительно конечного участка 5, действующих в месте контакта штифтов с поверхностью 14, в соединении установлено две пары штифтов, создающих в работе 1 еактивный уравновешивающий момент противоположного направления. После слива криогенной жидкости из насоса, штифты занимают исходное положение, т.е. коническая поверх- ность 11 совпадает с конической поверхностью 3 и сопряжение происходит по обеим поверхностям с исходным монтажным натягом.

Аналогично работает соединение деталей, сопряженных по цилиндрической поверхности (поверхности 3, 11 и 14 - цилиндрические) за исключением того, что в этом соединении натяг по штифтам в радиальном направлении регулируется только подбором марки материала этих штифтов, изменение длины на натяг при рабочих температурах не влияет. Выполнение угла rf- между перекрещиваюшимися штифтами прямым позволяет получить npiiMepHo одинаковую жесткость соединения в любом из радиальных направлений

5 10 15

208337

в момент работы насоса на криогенной жидкости. Посадка, штифтов в охватываемую деталь с натягом только в средней части и с зазором по их кон- 5 дам позволяет уменьшить влияние натяга на температурные изменения длины штифтов, т.е. получить натяг в работе по части конической поверхности 11, близкий к расчетному.

Соединение по второму варианту работает следующим образом.

После ввинчивания конечного участка 5, например, стальной крыльчатки 1 в алюминиевый вал 2 по его конической поверхности 14 создается натяг одновременно в месте контакта с конической поверхностью 3 хвостовика 4 и частью конической поверхности 11 штифтов. При работе насоса после заполнения его горячей жидкостью в месте контакта поверхности 14 с поверхностью 3 образуется температурный зазор 15 (фиг. 2 и 3), а в месте контакта с поверхностью 11 натяг или сохраняется, или увеличивается, если коэффициент линейного расширения штиф |тов значительно больше, чем коэффи- циент расширения.вала, компенсируется разница в линейных расширениях крыльчатки и вала на длине J,. После слива жидкости соединение возвращается в исходное состояние.

Фаг.1

А-А

1. Соединение деталей, преимущественно для работы при отрицательных температурах, содержащее охватываемую и охватьшающую детали из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, крепежное средство и компенсаторы в виде радиальных штифтов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, штифты установлены с натягом в перпендикулярньпс друг другу отверстиях охватываемой детали с возможностью взаимодействия их торцов с внутренней поверхностью охватывающей детали, концы штифтов размещены в отверстиях охватываемой детали с зазором, при этом охватывающая деталь выполнена из материала с коэффициентом линеГ1Ного расширения меньшим, чем у материала охватываемой детали, а штифты - из материала с коэф4)ициеи- s том линейного расширения не большим, чем у материала охватывающей детали. (Л Фиг./

/5

Фи.5

fPus.4