Соединение типа вал-втулка и способ его гидропрессовой разблокировки Советский патент 1992 года по МПК B23P11/02 

Изобретение относится к машинострре нию и может быть применено для регулировки расположения установленной на валу с геометрическим натягом охватывающей детали с неравномерным распределением масс в окружном направлении.

Известно соединение с натягом вала и охватывающей детали, выполненной в виде кулачка подковообразной (или сердцевидном) конфигурации, повышенная неравномерность распределения массы которой в окружном направлении приводит к образованию по периметру сопряжения парных зон натяга относительно повышенного и по- ниженного уровней. При этом на посадочной поверхности кулачка выполненьг чередующиеся в продольном валу направлении кольцевые распределительные канавки для подвода рабочей среды высокого

давления при гидропрессовой разблокировке соединения.°

.:-.- В таком соединении зоны пониженного натяга образуются на участках посадочной поверхности, расположенных в местах пересечения ее плоскостью диаметральной симметрии кулачка: на одной стороне - как результат повышенной податливости кулачка в месте минимальной радиальной жесткости его. на противоположной стороне - в результате существующего баланса сил, действующих на периметре сопряжения в направлении по указанной плоскости симметрии. Зоны повышенного натяга образуются на участках посадочной поверхности, расположенных в местах пересечения ее плоскостью, перпендикулярной плоскости диаметральной симметрии кулачка, что

ч я 1 са

обусловлено относительно высокой жесткостью скул кулачка.

В процессе разблокировки такого кулачка при подводе рабочей среды по кольцевым канавкэм условия образования пленки рабочей среды на посадочной поверхности оказываются неодинаковыми для разных участков ее.

По мере повышения давления рабочей среды образование жидкостной пленки и разблокировка происходят в первую очередь на участках, расположенных в зонах пониженного натяга. При дальнейшем повышении давления рабочей среды возрастают утечки ее с торцов указанных участков, что при ограниченной мощности источника управляющего давления может привести к невозможности поднять давление до уровня, достаточного для эффективной разблокировки зон повышенного натяга.

Кроме того, максимально допустимый уровень давления разблокировки, как правило, ограничен прочностными характеристиками наиболее податливого участка кулачка с минимальной радиальной жесткостью.

При повышении давления рабочей среды сверх уровня, соответствующего разблокировке в зонах пониженного натяга, участки посадочной поверхности, расположенные в этих зонах, дополнительно нагружаются избыточным гидростатическим давлением, действующим в жидкостной пленке. При этом кулачок дополнительно деформируется, растягиваясь в плоскости диаметральной симметрии, что сопровождается некоторым дополнительным повышением натяга на участках посадочной поверхности, и без того находящихся в зонах повышенного натяга.

Поэтому в рассматриваемом соединении невозможно достичь одинакового качества разблокировки на разных участках по периметру сопряжения.

Целью изобретения является выравнивание качества разблокировки по периметру сопряжения.

Указанная цель достигается тем, что в соединении типа вал - втулка с существенно неравномерным распределением масс охватывающей детали в окружном направлении и соответствейно неравномерным натягом по периметру сопряжения ее с валом с наличием выраженных зон натяга повышенного уровня, при том, что на пйсадочной поверхности охватывающей детали или вала по периметру сопряжения выполнена одна или несколько кольцевых распределительных канавок для подвода рабочей

среды при гидропрессовой разблокировке соединения, дополнительно на посадочной поверхности охватывающей детали на участках ее, расположенных в зонах натяга повышенного уровня, выполнены гидравлически изолированные от кольцевых распределительных канавок дополнительные канавки ограниченной протяженности в окружном направлении.

При разблокировке соединения указанная цель может быть частично достигнута в Способе, предусматривающем подвод рабочей среды под одинаковым уровнем давления одновременно к кольцевым и

сегментным распределительным канавкам, В этом случае увеличивается площадь подвода рабочей среды на участках с повышенным натягом, что улучшает (делает более полным) профиль эпюры распределения

гидростатического давления в жидкостной пленке м соответственно увеличивает радиальную деформацию охватывающей детали на этих участках.

При ограниченных ресурсах гидравлической системы (при ограниченной мощности источника управляющего давления) некоторое дополнительное улучшение разблокировки может быть достигнуто способом,предусматривающим

предварительную подачу управляющего давления только к дополнительным распределительным канавкам с последующей подачей давления уже ко всем распределительным канавкам.

Поставленная цель может быть достигнута в способе гидропрессовой разблокировки соединения типа вал - втулка, заключающемся в радиальном упругом деформировании охватывающей детали посредством подвода рабочей среды высокого давления базового уровня к ее посадочной поверхности, когда к участкам посадочной поверхности, расположенным в зонах повышенного натяга, дополнительно подводят

рабочую среду под давлением верхнего уровня, превышающего базовый.

Это позволяет повысить степень разблокировки в зонах повышенного натяга до нужного уровня при поддержании давления

базового уровня в пределах, допускаемых по условиям обеспечения прочности наиболее податливого участка охватывающей детали.

Разблокировку можно вести, ограничивая давление базового уровня величиной, достаточной для появления капельных утечек у краевых участков сопряжения, расположенных в зонах пониженного натяга. Это позволяет минимизировать утечки

рабочей среды через указанные участки и

тем самым повысить эффективность использования источника управляющего давления для генерации давления верхнего уровня, что обусловлено неидеальной расходно-на- порной характеристикой источника при ограниченной его мощности.

На фиг. 1 показано соединение кулачка с валом, разрез по плоскости вращения; на фиг,2-это же соединение в разрезе диаметральной плоскостью симметрии и гидравлическая система для реализации упрощенного способа разблокировки; н фиг.З - соединение вала с кулачком умеренной ширины и гидравлическая система с редукционным клапаном для реализации двухуровневой разблокировки; на фиг.4 - соединение вала с уширенным кулачком и гидравлическая система с дифференциальным клапаном для реализации двухуровневой разблокировки.

Соединение образовано валом 1 и кулачком 2, сопряженными с геометрическим натягом по посадочной поверхности Н кулачка. Фактическое же распределение силового натяга по поверхности Н характеризуется наличием зон X, Y повышенного натяга и зон W, Z пониженного натяга.

На посадочной поверхности Н кулачка выполнены кольцевые распределительные канавки 3 и сегментные распределительные канавки 4, расположенные в зонах X и Y повышенного натяга.

В кулачке 2 выполнены каналы 5vnoABO- дящие рабочую среду к кольцевым распределительным канавкам 3 Каналы б, 7 или 8, выполненные соответственно в валу 1 или кулачке 2, предназначены для подвода рабочей среды к сегментным распределительным канавкам 4.

Гидравлическая система для разблокировки соединения содержит источник 9 управляющего давления, магистраль 10 давления базового уровня, магистраль 11 давления верхнего уровня, редукционный клапан 12, дифференциальный клапан 13 и предохранительный клапан 14.

Гидропрсссовую разблокировку соединения могут осуществить одним из нижеописанных способов.

При упрощенной реализации рабочую среду от источника 9 управляющего давления к распределительным канавкам 3 и 4 подводят одновременно под одинаковым давлением (фиг.2). При этом степень разблокировки на участках X, Y повышенного натяга повышается за счет увеличения площади подвода рабочей среды на этих участках и соответственно создания более благоприятных условий для поддержания

повышенного гидростатического давления4 в жидкостной пленке на этих участках.

Более эффективным является способ двухуровневой разблокировки, при котором

рабочую среду к сегментным распределительным канавкам 4 подводят от источника 9 управляющего давления по магистрали 11 под давлением верхнего уровня, соответствующим наступлению разблокировки на

0 участках, находящихся в зонах X, Y повышенного натяга, а рабочую среду к кольцевым распределительным канавкам 3 подают от источника 9 управляющего давления через регулируемый редукционный 12 или

5 дифференциальный 13 клапан по магистрали 10 под относительно пониженным давлением базового уровня, соответствующим наступлению разблокировки на участках, находящихся в зонах W, Z пониженного на0 тяга (фиг.З и 4) Как и в способе-прототипе давление разблокировки базового уровня может находиться в диапазоне 850-1000 кг/см2, что соответствует типовым значениям для современной технологии гидропрес5 совой разблокировки. О наступлении разблокировки судят по появлению протечек рабочей среды с торцовых краев указанных участков, а о степени разблокировки предварительно судят по интенсивности

0 этих протечек.

При этом степень разблокировки по периметру сопряжения вала 1 и кулачка 2 выравнивается и в то же время исключаются опасные перегрузки наиболее слабого мес5 та кулачка, расположённого в зоне Z. Последнее обусловлено тем, что отток рабочей среды из зон X, Y повышенного давления в продольном валу направлении (фиг.З) не позволяет высокому гидростатическому дав0 лению, возникающему в жидкостной пленке, образующейся на поверхности Н в отих зонах при разблокировке, распространиться в зоны Z и W в окружном направлении. При этом назначение

5 предохранительного клапана 14 состоит в страховке кулачка 2 от опасной перегрузки в результате ошибочной настройки регулируемого клапана 12 или 13 с чрезмерным повышением давления в магистрали 10 ба0 зового уровня или в результате неправильного подключения гидравлической системы к каналам 5.

При необходимости перепад давления на дифференциальном клапане 13 регулиру5 ют в процессе разблокировки так, чтобы обеспечить нужное согласование во времени (по мере повышения давления, подводимого от источника) начала разблокировки по участкам, расположенным в зонах разного натяга (например, одновременной или с упреждением разблокировки в зонах X, Y с последующей подрегулировкой для обеспечения дальнейшей эффективной разблокировки по всему периметру сопряжения, что может быть целесообразным в случае ограниченной мощности источника управляющего давления.

Разблокировку можно вести, ограничивая давление базового уровня величиной, достаточной для появления утечек капельного характера у краевых участков сопряже- чия, расположенных в зонах Z, W пониженного натяга.

Это позволяет минимизировать утечки рабочей среды через указанные участки и тем самым повысить эффективность использования источника управляющего давления для генерации давления верхнего уровня, что обусловлено неидеальностью расход- но-напорной характеристики источника при ограниченной его мощности.

При реализации способа по варианту, представленному на фиг.4 (с заглушенным средним каналом 5), протечки рабочей среды из жидкостного слоя, образующегося в зонах X, Y повышенного натяга в районе расположения сегментных распределительных канавок 4, частично аккумулируют в средней кольцевой распределительной канавке 3. Благодаря этому в среднем сечении кулачка в районе расположения этой канавки на посадочной поверхности Н образуется кольцевая зона давления среднего уровня, меньшего давления верхнего уровня, но большего давления базового уровня.

При таком способе разблокировки осуществляется дополнительная оптимизация эпюры гидростатических давлений в жидкостной пленке в продольном валу направлении путем некоторой добавочной овализации этой эпюры. При этом погрешности геометрии посадочных поверхностей в меньшей степени сказываются на качестве разблокировки, а утечки рабочей среды уменьшаются.

Соединение и способ его разблокировки позволяют повысить эффективность регулировки положения на валу охватывающей детали с существенно неравномерным распределением масс в окружном направлении. При такой разблокировке возможны как регулировки углового расположения охватывающей детали, так и ее продольного расположения на валу (последнее - в случае выполнения всех распределительных канавок и подводящих каналов в теле охватывающей детали).

При этом улучшается качество разблокировки по периметру сопряжения, уменьшается износ сопрягаемых поверхностей и вероятность образования задиров, уменьшается необходимое для регулировки усилие и сокращается время регулировки. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при ограничении давления разблокировки по условиям прочности

наиболее ослабленного радиального сечения охватывающей детали или при ограниченной мощности источника управляющего давления.

Предлагаемая конструкция соединения

позволяет оптимизировать форму охватывающей детали в расширенном диапазоне соотношений максимального и минимального радиальных размеров ее при сохранении возможности эффективной

разблокировки соединения.

Формула изобретения

1.Соединение типа вал - втулка с неравномерным натягом по периметру сопряжения, в котором на посадочной поверхности втулки или вала выполнены кольцевые распределительные канавки для подвода рабочей среды, отличающееся тем, что, с целью выравнивания качества разблокировки по периметру сопряжения, на участках посадочной поверхности втулки, расположенных в зонах повышенного натяга, выполнены гидравлически изолированные от распределительных канавок

дополнительные канавки ограниченной протяженности в окружном направлении.

2.Способ гидропрессовой разблокировки соединения типа вал - втулка, включающий радиальное упругое деформирование втулки посредством подвода к ее посадочной поверхности рабочей среды высокого давления базового уровня, о т л и чающийся тем, что, с целью выравнивания качества разблокировки по периметру

сопряжения, к участкам посадочной поверхности втулки, расположенным в зонах повышенного натяга, дополнительно подводят рабочую среду под давлением, превышающим базовый уровень.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования Источника управляющего давления, давление базового уровня ограничивают величиной, достаточной для появления капельных утечек у краевых участков сопряжения, расположенных в зонах пониженного натяга.

Использование: для разблокировки прессовых соединений, в которых ох ваты вающая деталь имеет различную радиальную жесткость по периметру сопряжения, а натяг расп ределен по периметру соп ряжен ия Неравномерно преимущественно с симметричным расположениемзон натяга повышен нргбуровнСизобретения: на посадочной поверхности охватывающей детали помимо периметрических кольцевых распределительных канавок дополнительно выполнены сегментные распределительные канавки, расположенные в; зонах натяга повышенного уровня, а при разблокировке соединения рабочую среду подводят к этим сегментным канавкам обособленно под давлением, превышающим давление рабочей среды, подводимой к кольцевым распределительным канавкам. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Фиг. 4

Фиг. 2