Бесшпоночное соединение деталей Советский патент 1987 года по МПК F16D1/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, при испытании под нагрузкой электрических машин, валы которых не имеют шпоночных пазов.

Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы при сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке.

На фиг. 1 изображено бесшпоночное соединение деталей, обший вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Соединение состоит из ступицы 1, в которой выполнены продольные прорези 2 на всю длину посадочной поверхности сопрягаемых деталей - ступицы 1 и вала 3. Каждая прорезь 2 имеет ширину бр, выбранную из условия обеспечения гарантированного зазора при затяжке, так как отсутствие зазора не позволяет передавать нагрузку от стягивающих болтов 4 на охватываемую деталь - вал. Оптимальная ширина прорезей определяется из соотношения

бр б+ 0,01dcp, где бр - ширина прорези;

б -термическое удлинение стягивающих болтов;

dcp -средний диаметр сопрягаемых деталей.

Число прорезей 2 можно сделать от одной до нескольких, однако при одной прорези контактное давление охватывающей детали по окружности охватываемой детали (валу) неравномерное; при числе прорезей больше двух, усложняется конструкция соединения. Наиболее оптимальными являются две продольных прорези, а чтобы конструкция была симметричной и усилия равномерно распределялись на обе половины разрезаемой ступицы, прорези выполнены диаметрально противоположно.

Каждая прорезь 2 скреплена стягивающими болтами 4, с суммарной прочностью на растяжение, определяемой, необходимым удельным давлением в сопрягаемых деталях и равной прочности материала ступицы 1 на растяжение, с сечением, равным площади ABCD продольной прорези 2. Сопротивление взаимному смешению сопряженных ступицы 1 и вала 3 обусловлено упругими силами деформации, определяемыми величиной удельного контактного давления на их сопряженных поверхностях.

Удельное давление на поверхности соединения определяется наибольшим вращающим моментом, передаваемым соединением, выполненным с натягом 2Мкр

Р -удельное давление, кг/мм ; Мкр - крутящий момент, передаваемый бес- щпоночным соединением, кгм;

5

0

5

f - коэффициент трения, принимаемый равным 0,14;

dcp -средний диаметр охватываемой детали (вала), мм;

1 - длина посадочных поверхностей сопрягаемых деталей, мм.

По величине Р определяется суммарная прочность стягивающих болтов 4.

Необходимую прочность болтов можно достигнуть, выполняя последние из высококачественной стали с высокой удельной прочностью.

Необходимые контактное давление и натяг сопрягаемых деталей достигаются за счет сил термической деформации стягивающих болтов 4. Нагрев стягивающих болтов 4 осуществляется электронагревательными элементами (не показаны). Для размещения электронагревательных элементов в болтах 4 выполнены сквозные отверстия 5. На поверхности стягивающих болтов 4 расположены термоизолирующие втулки 6 для предотвращения передачи тепла от болтов 4 к ступице 1.

Величина нагрева стягивающих болтов 4 определяется из условия обеспечения натяга между поверхностями охватыающей и охватываемой деталей и условиями монтажа и демонтажа соединения.

Необходимый натяг определяется по формуле

30

Р / Cl. , С2.Ч

Р(

Jcp

где Р - удельное давление, кг/мм ; С|, Сг-коэффициенты, определяемые зависимостей.

из

С,

40

для сплошного стального вала

di О, тогда Ci 1-jii

где d, di - соответственно наружный и внутренний диаметры остывающей детали; -наружный диаметр охватываемой

детали;

ii, р,2 - коэффициенты Пуанссона. Для стальных деталей

tii Ц2 0,3.

Расчетная температура нагрева охватыва- 5 ющей детали (ступицы 1) определяется по формуле

Омакс -|- OQ

lOOOa-d

-+to.

(1)

наибольший натяг посадки, мин; необходимый зазор при сборке,

мин;

коэффициент линейного расширения (для углеродистой стали а

);

град

Для демонтажа ступицы 1 с вала 3 электронагревательные элементы, размещенto-температура помещения, °С; do-диаметр соединения, мм.

Необходимая температура нагрева опре- ные внутри стягивающих болтов 4, подклю

чаются к источникам электропитания. Стягивающие болты 4 удлиняются за счет термического расширения и снимают давление (2)с сопрягаемых деталей (ступицы 1 и вала 3).

15 В рзультате ступица 1 легко снимается с вала 3.

Выполнение в ступице продольных проделяется из формулы (1)

+бо

бма

ЮООа

1р

+to,

где 1р- рабочая длина стягивающих болтов. Рабочая длина стягивающих болтов может быть равной, большей или меньшей среднего диаметра dcp сопрягаемых деталей.

резей на длину посадочной поверхности сопрягаемых деталей позволяет легко надевать и снимать ее с конца вала, так как,

При равенстве dcp и 1р и при условии ра- 20 когда стягивающие болты нагреты, ступица

венства коэффициентов линейного расширения материала болтов и ступицы 1 согласно (1) и (2) расчетная температура нагрева стягивающих болтов одинаковая. С целью повышения производительности монтажно-демонтажных работ за счет уменьшения времени нагрева и охлаждения болтов 4, а также увеличения долговечности термоизоляции 6 болтов целесообразно уменьшить температуру нагрева бол25

надевается на вал по легкоходовои посадке. Формула изобретения

. Бесшпоночное соединение деталей, содержащее вал с коническим посадочным участком и установленную на нем с натягом ступицу, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы при

тов 4 и увеличить их рабочую длину. При ЗО сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке, ступица выполнена с продольными прорезями на длину посадочной поверхности, снабжена стягивающими болтами, установленными в зоне прорезей, и нагревательными элементами, 35 ширина прорезей определяется из соотношения

бр б-f- 0,01 dcp, где бр - ширина прорези;

б - термическое удлинение болтов; dcp - средний диаметр сопрягаемых деталей.

а суммарная прочность стягивающих болтов на растяжение выбирается из условия создания удельного давления в сопрягаемых деталях, соответствующего горячей

этом расчетная температура нагрева соединительных болтов 4 будет уменьшаться

прямо пропорционально отношению-т- ОпQcp

тимальную величину рабочей длины болта можно определить из соотношения

dcp -tp

IP

40

tp

где IP - рабочая длина стягивающих болтов; dcp - средний диаметр сопрягаемых деталей (при конусной форме вала); - расчетная температура нагрева стягивающих болтов при рабочей длине

болта, равной среднему диаметру . посадке соединения, и равна прочности ма- сопрягаемых деталей.териала ступицы на растяжение с сечеia - допустимая температура нагрева стя- нием, равным площади продольной прорези.

гивающих болтов из условия долговечности их термоизоляции. Бесщпоночиое соединение деталей работает следующим образом.

Перед посадкой ступицы 1 на вал 3 в отверстие 5 стягивающих болтов 4 устанавливают электронагревательные элементы, если они не установлены там постоянно, и подключают их к источнику электропитания.

2.Соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что болты выполнены со сквозными отверстиями, а нагревательные элемен50 ты установлены внутри последних.

3.Соединение деталей по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что болты термоизолиро- ваны от материала ступицы.

4.Соединение деталей по пп. 1 и 2 или 3, отличающееся тем, что рабочая длина болтов

После нагрева болтов 4 до расчетной тем- 55 больше среднего диаметра сопрягаемых

пературы последние удлиняются за счет термического расширения их материала, и ступица легко надевается на вал 3. После охлаждения стягиваюш,ие болты 4 за счет термического сжатия создают необходимое удельное давление на поверхности сопрягаемых деталей (ступицы 1 и вала 3). Сопротивление взаимному смещению деталей в посадках с натягом создается упругими силами деформации сопряженных ступицы 1, вала 3 и стягивающих болтов 4.

Для демонтажа ступицы 1 с вала 3 электронагревательные элементы, размещенные внутри стягивающих болтов 4, подклю

резей на длину посадочной поверхности сопрягаемых деталей позволяет легко надевать и снимать ее с конца вала, так как,

надевается на вал по легкоходовои посадке. Формула изобретения

. Бесшпоночное соединение деталей, содержащее вал с коническим посадочным участком и установленную на нем с натягом ступицу, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы при

сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке, ступица выполнена с продольными прорезями на длину посадочной поверхности, снабжена стягивающими болтами, установленными в зоне прорезей, и нагревательными элементами, ширина прорезей определяется из соотношения

40

нием, равным площади продольной прорези.

2.Соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что болты выполнены со сквозными отверстиями, а нагревательные элемен50 ты установлены внутри последних.

3.Соединение деталей по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что болты термоизолиро- ваны от материала ступицы.

4.Соединение деталей по пп. 1 и 2 или 3, отличающееся тем, что рабочая длина болтов

55 больше среднего диаметра сопрягаемых

деталеи и определяется из соотношения

, dcp-tp

рабочая длина стягивающих болтов;

средний диаметр сопрягаемых деталей;

расчетная температура нагрева стягивающих болтов при рабочей длине болта, равной среднему диаметру сопрягаемых деталей;

t - допускаемая температура нагрева стягивающих болтов из условия дол говечности их термоизоляции; 5. Соединение деталей по пп. 1-3 или 4. отличающееся тем, что ступица выполнена с двумя прорезями, расположенными диаметрально противоположно.

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано, например, при испытании под нагрузкой электрических машин, валы которых не имеют шпоночных пазов. Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы (С) 1 при сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке. Соединение состоит из С1 с продольными прорезями (ПП) 2 определенной ширины, выполненными на длину посадочной поверхности, вала 3 с коническим участком для установки на последнем С1 и установленных в зоне ПП2 стягивающих болтов (СБ) 4. Последние выполнены со сквозными осевыми отверстиями 5 для размещения в них нагревательных элементов. СБ4 изготовлены с суммарной прочностью на растяжение, равной прочности на растяжение материала С 1 с поперечным сечением, равным площади ПП2. Оптимальная длина СБ4 определяется, исходя из среднего диаметра сопрягаемых деталей по определенной зависимости. СБ4 могут быть термоизолированы от С1. Для обеспечения монтажа-демонтажа С1 необходимо обеспечить расчетный нагрев только СБ4, а на всей С1, что снижает энергозатраты при эксплуатации соединения и обеспечивает простоту и удобство обслуживания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. § СО со О5 ISD оо о: о ue.f

dcD

Фиг J

Составитель В. Иванов

Редактор И. КвсардаТехред И. ВересКорректор И. Муска

Заказ 5960/23Тираж 804Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4