Соединение цилиндрических деталей Советский патент 1992 года по МПК F16D1/00 F16L13/00 

Фие.1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при метичном соединении цилиндрических де.алей, например отверстия в корпусе детали с трубой, из материалов с разными механическими свойствами например металла и полимера, для защиты деталей, работающих в контакте с жидкими и агрессивными средами.

Известно неразьемное соединение цилиндрических деталей, а именно труб, включающее две трубы, расположенные встык, и соединительную муфту из материала с эффектом памяти формы. Соединение обеспечивается за счет реализации эффекта памяти формы в материале муфты. Однако такое соединение не обеспечивает герметичность при работе с трубами из материалов пластически деформирующихся под действием реактивных напряжений, возникающих в ходе реализации эффекта памяти формы в материале муфты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является неразъемное соединение цилиндрических деталей, а именно труб, из пластичных материалов, отличающееся наличием внутри соединяемых труб, вдоль их оси, в месте соединения спиральной пружины с номинальным наружным диаметром, равным 1,0-1,1 внутреннего диаметра труб. Пружина выполнена из материала, обладающего эффектом памяти формы. Соединение обеспечивается за счет реализации эффекта памяти формы в материале муфты и пружины. Данное соединение позволяет неразъемно соединять цилиндрические детали из материаловтоль- ко с одинаковым уровнем механических свойств, для которых дополнительное усилие, создаваемое спиральной пружиной номинального диаметра, позволяет компенсировать релаксацию реактивного усилия соединительной муфты при пластической деформации труб. Использование соединения материалов с различающимся уровнем механических свойств приведет к большей ре- лаксации реактивного усилия более пластичным из материалов, что вызовет перекос соединительной муфты и потерю герметичности, а увеличение реактивного усилия пружины вследствие использования проволоки большего диаметра ограничивает область применения соединения, например, для цилиндрических деталей малого диаметра.

Цель изобретения - обеспечение герметичности соединения цилиндрических деталей из материалов с разными механическими свойствами и возможности их рассоединения.

Цель достигается тем, что герметичное соединение включает две цилиндрические детали и уплотнитель, выполненный в виде пружины. Соединяемые детали располагаются внахлест, причем конец одной из них, изготовленной из пластичного материала, помещен в конец другой, изготовленной из более прочного материала, а вместо соединения введен уплотнитель, выполненный в

виде пружины растяжения с плотно контактирующими между собой витками из материала, обладающего обратимым (реверсивным) эффектом памяти формы.

Пружина-уплотнитель изготавливается

из материала, реактивное напряжение аг которого связано с условным пределом текучести ,2 внутренней пластичной детали соотношением

0

5

0

5

0

5

0

5

0&.2 ar CJJ),2 1,2

Наружный диаметр пружины-уплотнителя составляет 1,2-1,3 внутреннего диаметра полимерной трубы, отношение диаметра проволоки к внутреннему диаметру пластичной трубы - 0,21-0,30.

Пружина-уплотнитель выполнена из материала с реверсивным эффектом памяти формы, что позволяет после предварительного задания формы (на 10%) увеличить в диаметре пружину (за счет реализации эффекта памяти формы) при нагреве до рабочей температуры, расположенной не1 ниже температуры окончания обратного мартен- ситного превращения, обеспечивая герметичность соединения, и уменьшать (на 2%) за счет реализации реверсивного эффекта памяти формы при понижении температуры ниже температуры прямого мартенситного превращения, обеспечивая релаксацию реактивных напряжений и разъемность соединения.

При ,2 реактивное напряжение пружины-уплотнителя аг будет недостаточным для обеспечения усилия прижатия стенки пластичной цилиндрической детали к прочной в месте соединения, а следовательно, достижения герметичности соединения. При ,2 1,2 возникает остаточная деформация пластичной цилиндрической детали, что приводит к потере герметичности соединения, а также в случае необходимости рассоединения после снятия нагрузки не позволяет использовать пластичную деталь повторно.

При наружном диаметре пружины менее 1,2 внутреннего диаметра пластичной детали не достигается герметичность соединения, при более 1,3 - деформация, необходимая при скручивании пружины на меньший диаметр перед введением в место соединения, превышает допустимую, в результате чего пружина теряет способность к полному восстановлению своей первоначальной формы при отогреве, что также приводит к получению негерметичности соединения.

Значение предельной степени восстанавливаемой деформации (Емакс 10%) при заданном соотношении наружного диаметра пружины внутреннего диаметра пластичной трубы рассчитывают по формуле

Емакс D -( --R2)/R1 R2,

где D - диаметр сечения проволоки, из которой изготовлена пружина;

RI и R2 - радиус пружины до и после деформации, соответственно.

На фиг.1 - показано соединение, общий вид; на фиг.2 - то же, расположение деталей после отогрева до рабочей температуры.

Цилиндрические детали 1 и 2 соединены внахлест, пластичная деталь 2 введена внутрь прочной цилиндрической детали 1. В месте соединения внутри пластичной детали 2 расположена пружина 3, навитая виток к витку.

Сборку соединения проводят при температуре ниже температуры начала прямого мартенситного превращения в материале пружины следующим образом.

Внутрь прочной цилиндрической детали 1 вводится предназначенный для соединения конец пластичной детали, внутри которой находится пружина 3 предварительно продеформированная до диаметра, меньшего внутреннего диаметра пластичной детали. При отогреве соединения до рабочей температуры пружина увеличивается в диаметре и прижимает конец пластичной детали к прочной, деформируя его в упругой области и обеспечивая реактивное усилие, достаточное для получения герметичного соединения (фиг.2),

Для разъема соединение охлаждают до температуры сборки, пружина самопроизвольно за счет обратимого эффекта памяти формы уменьшается в диаметре (на 2-4%), что релаксирует реактивное усилие и позволяет при необходимости разомкнуть соединение. В этом случае пружину-уплотнитель можно использовать многократно.

При изготовлении кнопки глубоководных электронных часов соединяют резиновые колпачки-уплотнители 2 с внутренним диаметром 3,5 и наружным 5 мм, выполненным из резины, имеющей условный предел

текучести 30 МПа, и стальной корпус 2 часов (сталь 12 18Н10) с диаметром отверстия для кнопки 5 мм. Соединение проводили с помощью пружины 3 растяжения диаметром

4,2 мм, выполненной из проволоки диаметром 0,75 мм. В качестве материала пружины использовали сплав Ti-Ni, температура конца обратного мартенситного превращения которого -50°С. Реактивное усилие пружины 35 МПа, Сбоку соединения проводили при температуре жидкого азота. При такой же температуре деформировали пружину до диаметра 3,4 мм для обеспечения свободной посадки, собирали соединение и отогревали его до комнатной температуры. Испытание на герметичность проводили в компрессионной камере: соединение оставалось герметичным до глубины условного погружения -10м.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет герметично соединять матери- алы с разным уровнем механических свойств, а также при необходимости без повреждения размыкать соединение.

Формула изобретения

1. Соединение цилиндрических деталей, содержащее две соосные полые цилиндрические детали и соединительный элемент, выполненный в виде пружины, о тличающееся тем, что, с целью обеспечения герметичности соединения деталей из материалов с разными механическими свойствами и возможности их рассоединения, одна из деталей выполнена из пластичного материала с наружным диаметром, соответствующим внутреннему диаметру второй детали, выполненной из более прочного материала, при этом концевой участок первой размещен в концевом участке второй детали, в зоне перекрытия деталей установлен соединительный элемент, выполненный в виде пружины растяжения с межвитковым давлением из материала с обратимым эффектом памяти формы, реактивное напряжение которого связано с пределом текучести внутренней пластичной детали соотношением

50

1,2 о6,2 ог

где От- реактивное направление материала пружины;

05.2 - предел текучести материала пла- стичной детали.

2. Соединение цилиндрических деталей по п.1,отличаю щеесятем, что наружный диаметр пружины составляет 1,2-1,3 внутреннего диаметра пластичной детали.

3. Соединение цилиндрических деталей по диаметра проволоки к внутреннему диамет- пп.1и 2, отличающееся тем, что отношение ру пластичной детали составляет 0,21 -0,30.

Использование: в машиностроении при герметичных соединениях. В цилиндрической детали 1 размещена цилиндрическая деталь 2. Последняя зафиксирована в детали 1 посредством пружины 3 из материала с обратным эффектом памяти формы. 2 з.п.ф- лы, 2 ил.

Фиг.2