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 (прямообочные, 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 сторону смещения венца, с которого снимается крутящий момент.

Недостатком такого соединения является невозможность равномерного распределения по длине соединения максимального крутящего момента, передаваемого соедиVJ

О 00

со

пением, технологическая сложность исполнения и невозможность ее использования в соединениях, имеющих мелкие шлицы.

Известно соединение шлицевого вала, в котором для снижения пиковых напряже- ний в наиболее напряженных точках соединения предусмотрен между профилями касающихся зубьев (шлицев) вдоль осевого направлений расширяющийся зазор, по величине равный упругой деформации шлица под нагрузкой, 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 шлииев по величине, равной упругой деформации шлица под нагрузкой и являю- щийся функцией дуги окружности, не обеспечивает равномерное распределение по длине шлиц максимального крутящего момента, передаваемого соединением, аследо- ватечьно, не обеспечивает возможное снижение пиковых напряжений в соединении, у которого охватывающая деталь закреплено (паи у которой происходит снятие грутяще о момента) со стороны торца (ненагруженного сечения) 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, состояа ем из охватывающей детали (втулки) и охватываемой детали (вала), имеющих продольно расположенные вдоль оси взаимно контаюирующие элементы зацепления, в которых между боковыми опорными профилями вдоль осевого направления предусмотрен образованный переменной по длине толщиной зубьев зазор, расширяющийся в сторону противоположной торцу (максимально нагруженное сечение) вала, начало образования зазора совмещено с торцем вала, при этом величина уменьшения толщины элемента зацепления на охватываемой или охватывающей детали выполнена по соотношению

г m (W- j т-т dx - J |- dx),

M3l Jo |1kfo)

G2 о temtfrt

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;

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

I длина контакта элементов зацепления;

m - постоянный коэффициент, характеризующий средний рас ;етный распределенный погонный крутящий момент.

Нафиг, 1 показано предлагаемое соединение, поперечное сечение; на фиг, 2 - то же, продольное сечение, в котором уменьшение толщины произведено на элементах зацепления охватывающей на фиг. 3 - то же, что на фиг. 2 с уменьшением толщины элементов зацепления на охватываемой детали; на фиг, 4 - схема образования зазора по поперечному сечению соединения.

Соединение состоит из охваты ваемой 1 и охватывающей 2 деталей, ° которых образованы элементы 3 и 4 зацепления на охватываемой и на охватывающей деталях. Элементы зацепления имеют опорные профили 5 и 6 на охватываемой и на охватывающей деталях. Между опорными элементами зацепления в исходном состоянии до прило- жения крутящего момента имеется зазор 7, переменный по длине и высоте элементов зацепления.

В продольном сечении по длине элемента зацепления его изменяющаяся толщина выполнена в соответствии с кривой пинией 8,при уменьшении толщины элемента заиепления на охватывающей детали (фиг.2) или кривой линией 9 при уменьшении топщины на охватываемой (фиг.З).

На всех представленных фигурах зазоры условно представлены в увеличенных размерах.

8 соединении, которое передает реверсивный крутящий момент ( и M(k на фиг.1), уменьшение толщины элементов зацепления выполнено с обеих сторон опорной поверхности.

Соединение работает следующим образом.

В момент приложения крутя щегр 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 соединением крутящего момента зона контакта расширяется вдол ь оси х за счет бопее интенсивного кручения охватывавмой детали относительно охватывающей и выбора зазора Z(x). При достижении крутящим моментом максимального значения Монако элементы зацепления входят в контакт по всей рабочей длине I соединения.

В связи с тем. что угол кручения сечений охватываемой детали () и охватывающей (f%(x) имеют разные значения при их независимом кручении, то для равномерного распределения крутящего момента по длине элементов зацепления в соединении должен быть зазор Z(x), в каждом сечении прямо пропорциональный разности углов кручения вала и втулки з(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 втулки с учетом первоначального зазора в соединении у ненагруженного сечения вала.

Использование в соединениях для передачи крутящего момента предлагаемых конструктивных решений позволяет по сравнению с известным снизить напряженность элементов соединения, значительно повысить его ресурс, а при одинаковом

0

5

уровне напряженности снизить металлоемкость.

Формула изобретения Соединение деталей, включающее охватываемую и охватывающую детали с элементами зацепления в виде зубьев на обращенных одна к другой поверхностях деталей, выполненными переменной толщины по оси соединение, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности соединения, путем выравнивания контактных давлений по длине и высоте зубьев, зубья охватывающей детали, жестко закрепленной на ее наружной боковой поверхности или зубья охватываемой детали выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости:

Z(x) г

m

1 рс х Gl Jo |1г(х)

dx

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

GI - модуль сдвига материала соответственно охватываемой детали;

lik(x) - момент инерции при кручении охватываемой детали;

I - длина контакта зубьев в соединении;

m - постоянный коэффициент, характеризующий расчетный погонный крутящий момент.

Использование: для передачи крутящего момента, например, в шпоночных и шли- цевых. 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 на ее наружной боковой поверхности, или элементы охватываемой детали выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: Z(x) r m 1/Gij x/hk(x)dx, где г-расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; GI - модуль сдвига материала, соответственно охватываемой детали; Ыф) - момент инерции при кручении охватываемой детали; - длина контакта элементов зацепления в соединении; m - постоянный коэффициент, характеризующий расчетный погонный крутящий момент. 4 ил.

К

rv4

ФиГоЗ

Ч

Фиг. 2.

N

У