Соединение деталей Советский патент 1992 года по МПК F16D1/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям для передачи крутящего момента.

Известны конструкции соединений для передачи крутящего момента, например, шпоночные, шлицевые. с различными профилями элементов зацепления(прямообоч- ные, эвольвентные, треугольные), призматические, профильные, в том числе трефные, состоящие из охватываемой детали (вала) и охватывающей детали (втулки), на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Опорные (контактные) поверхности элементов зацепления, через которые передаются нагрузки от крутящего момента, имеют, как правило, параллельное расположение вдоль соединения.

Недостатками таких соединений является наличие у них на элементах зацепления в зоне выхода вала из втулки на стороне нагруженного сечения вала пиковых напряжений, превышающих в несколько раз их средние расчетные значения. Это приводит к преждевременному усталостному разрушению соединений.

Известна конструкция шлицевого соединения, в котором с целью повышения равномерности распределения контактных давлений по длине шлиц в теле каждого шлица охватывающей детали (втулке) выполнена продольная, прорезь, образованная щелью, открытой со стороны наружной поверхности шлица и конической поверхностью, обращенной большим основанием в

ч|

N О СО

сторону смещения венца, с которого снимается крутпщий момент.

Недостатком такого соединения является невозможность равномерного распределения по длине соединения максимального крутящего момента, передаваемого соединением, технологическая сложность исполнения и невозможность ее использования в соединениях, имеющих мелкие шлицы.

Известно соединение шлицевого вала, в котором для снижения пиковых напряжений в наиболее напряженных точках соединение предусмотрен между профилями касающихся зубьегз (шлицев) вдоль осевого направления расширяющийся зазор, по величине равный упругой деформации шлица под нзгр/зкой, при этом изменяющийся зазор образуется уменьшением толщины шлица вала по дуге окружности, центр которой находится над местом начала расширения зазора.

Недостатком конструкции приведенного соединения является то, что изменение зазора между контактирующими поверхностями шлицев по величине, равнЪй упругой деформации шлица под нагрузкой и являющийся функцией дуги окружности, не обеспечивает равномерное распределение по длине шлиц максимального крутящего момента, передаваемого соединением, а следовательно, не обеспечивает возможное снижение пиковых напряжений в соедине- чии. у которого охватывающая деталь закреплена (или у которой происходит снятие крутящр о noMGriia)co стороны, прогивопо- лочмой торцу (максимально нагруженное се iPHno) охватываемой детали

Цель изобретения - повышение надежности соединений для передачи крутящего момента путем равномерного распределения контактных давлений по длине соединения при передаче максимального крутящего момента и выравнивание их по высоте элементов зацепления.

Указанная цель достигается тем, что в соединении для передачи крутящего момента, состоящем из охватывающей детали (втулки) и охватываемой детали (вала), имеющих продольно расположенные вдоль оси взаимно контактирующие элементы зацепления, в которых между боковыми опорными профилями вдоль осевого направления, предусмотрен образованный переменной по длине толщиной зубьев зазор, расширяющийся в сторону противоположной торцу (в сторону максимально нагруженного сечения) вала, начало образования зазора совмещено с торцем вала. При этом величина уменьшения толщины элемента зацепления

на охватываемой или охватывающей детали выполнена по соотношению

Щ)

Z()0

m

vGi Jo |1k|

dx+7±-f JJLdx) G. Jo |2rw§4

где г - расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления;

0 GI, 62 - модуль сдвига материала, соответственно охватываемой и охьатывающей детали;

Hk{x), l2k(x) момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охваты5 вающей детали;

- длина контакта элементов зацепления;

m - постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный распреде0 ленный погонный крутящий момент.

На фиг, 1 показано предлагаемое соединение, поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, продольное сечение, в котором умень шение толщины произведено на элементах

5 зацепления охватывающей детали, на фиг. 3 - то же, что на фиг, 2, с уменьшением толщины элементов зацепления на охватываемой детали, на фиг. А - схема образование зазора по поперечному сечению

0 соединения

Соединение состоит из охватываемой 1 и охватывающей 2 деталей, в которых образованы элементы 3 v, А зацепления на охва- тыраемой и из охватывающей деталях

5 Элементы зацепления имеют опорные профили Ь и 6 на охватываемой и на охватывающей деталях Между опорными элементами зацепления в исходном состоянии до приложения крутящего момента имеется зазор 7,

0 переменный по длине и высоте элементов зацепления.

В продольном сечении по длине элемента зацепления его изменяющаяся толщина выполнена в соответствии с кривой

5 линией 8,при умеььшении толщины элемента зацепления на охватывающей детали (фиг.2)или кривой линией 9 приуменьшении толщины на охватываемой (фиг.З).

На всех представленных фигурах зазо0 ры условно представлены в увеличенных размерах.

В соединении, которое передает реверсивный крутящий момент (M ik и Mik на фиг. 1), уменьшение толщины элементов зацепле5 ния выполнено с обеих сторон опорной поверхности.

Соединение работает следующим образом.

В момент приложения крутящего момента малой величины в контакт входят

опорные профили элементов зацепления в зоне начальных значений. Начало координат по оси х совмещено с ненагруженным сечением (торцом) вала. С ростом передаваемого соединения крутящего момента зона контакта расширяется вдоль оси х за счет более интенсивного кручения охватываемой детали относительно охватывающей и выбора зазора ад. При достижении крутящим моментом максимального значения М-имакс элементы зацепления входят в контакт по всей рабочей длине I соединения.

В связи с тем, что угол кручения сечений охватываемой детали р(х) и охватывающей (pi() имеют разные значения при их независимом кручении, то для равномерного распределения крутящего момента по длине элементов заиепления в соединении должен быть зазор цх), в каждом сечении прямо пропорциональный разности углов кручения вала и втулки йз(х), обеспечивающий разность углов кручения сечений вала и втулки.

Так как в предлагаемом соединении углы кручения сечений вала и втулки имеют разные значения, то для обеспечения выравнивания давлений по высоте зубьев исходный контур опорного профиля на уменьшаемом по толщине зубе должен быть повернут на угол разности углов кручения вала и атулки с учетом первоначального зазора в соединении у ненагруженного сечения вала.

Использование в соединениях для передачи крутящего момента предлагаемых конструктивных решений позволяет по

0

5

0

сравнению с известным снизить напряженность элементов соединения, значительно повысить его ресурс, а при одинаковом уровне напряженности снизить металлоемкость.

Формула изобретения Соединение деталей, включающее ох- ватыэасмую и охватывающую детали с зле ментами зацепления в виде зубьев на обращенных одна к другой поверхност я х деталей, выполненными переменной толщины по оси соединения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности соединения путем выравнивания контактных давлений по длине и высоте зубьев, зу5ья охватывающей детали, жестко закрепленной со стороны, противоположной торцу охватываемой детали, или зубья последней выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости:

t г I х , .

;dx),

Z(x)(Ј

ад

dx-f- -f . .

G2 J° I2k(x)

где г - расстояние от центра тяжести ceiie- ния детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле зуба;

GL 62 - модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей детали;

hk(x), l2k(x) момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали;

I -длина контакта зубьев в соединение;

m постоянный коэффициент, характо- ризуюший средний расчетный ПОЕОННЫЙ крутящий момент.

Использование: для передачи крутящего момента, например в шпоночных и шлицевых, с различными профилями элементов зацепления, на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Сущность изобретения: в соединении деталей элементы зацепления охватывающей детали, жестко закрепленной со стороны, противоположной торцу охватываемой детали, или элементы зацепления последней выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: Z(x)r m(1/Gi Jl x/hk(x)dx+ 1/G2 0 (x)dx). где г - расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; Gi, G2 - модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей детали; hk(x), teKx) - момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали; I - длина контакта элементов зацепления в соединении; m - постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный погонный крутящий момент. 4 ил. Ё

5 ,

Фиг. 2

l

ФиГоЗ

«А & У