Шарнирное соединение Советский патент 1992 года по МПК F16C11/06 F16C11/04 

Изобретение относится к общему машиностроению.

Известно шарнирное соединение палец-втулка с постоянным сечением профиля пальца (1).

Однако известное соединение имеет следующие недостатки. При нагруженим этого шарнирного соединения внешней силой палец получает угловое перемещение в пределах зазора между втулками. При этом касание пальца с внутренней втулкой происходит по дуге полуокружности, причем с увеличением нагрузки площадь контакта увеличивается незначительно. С внешней втулкой линейный контакт происходит только при ненагруженном состоянии шарнирного соединения; с увеличением нагрузки

площадь контакта увеличивается и при определенной нагрузке и податливости пальца контакт может происходить по всей длине внешней втулки. Зона действия контактных давлений на внутреннюю поверхность внешней втулки сосредотачивается у ее внутреннего торца и палец работает на срез. Ввиду того, что поверхность внешней втулки и пальца длительно находятся в напряженном неподвижном контакте, а также контактная площадь их незначительна, происходит диффузия материалов этих деталей, холодная сварка их, т. е. заклинивание всего шарнирного соединения.

Происшедшее заклинивание пальца и втулки приводит к тому, что после р.ззгруже- ния шарнирного соединения, палец, стреп а XI

СЛ

ND Ю

GO

мясь возвратиться у свое первоначальное недеформированное состояние, сдвигает втулку и срезает сварочный шов, соединяющий эту втулку с щекой. Это приводит к полной непригодности соединения для дальнейшей эксплуатации. Для предотвращения заклинивания упрочняют поверхность пальца наклепом, токами высокой частоты и т. п., но эти дорогостоящие технологические методы полностью не устраняют возможность заклинивания шарнирного соединения. Это приводит к резкому уменьшению надежности машины или механизма и необходимости демонтажа всего шарнирного соединения и замены его новым.

Целью изобретения является повышение надежности шарнирного соединения палец-втулк з.

Поставленная цель достигается тем, что в шарнирном соединении палец-втулка, состоящая из пальца и минимум пары втулок, палец в средней части имеет проточку, диаметр которой определяется по следующей формуле:

V

d

1 Н97TFit(5-32PHh(l-12-p-) 2PH2h(l-2S)3

где d - диаметр пальца пор втулку, мм;

Е - модуль упругости первого ряда. Па;

д зазор чежду втулкой и пальцем, ммР - внешняя сила нагружения, Н;

Н - длина проточки, мм;

h - длин контактной площадки втулки с пальцем, мм.

Иными словами, поставленная цель достигается изменением жесткости пальца, что приводит к уменьшению удельного давления на контактной площадке втулки и распределения давления по всей длине втулки и соответственно уменьшения напряжения в опасных сечениях. Сопоставительный анализ заявляемого шарнирного соединения с прототипом показывает, что устранение заклинивания происходит не за счет упрочнения поверхности пальца или втукг различными сложными и дорогостояща.,/ технологическими методами, а ЗЕ счет увеличения просчитанной величины гибкости пальца.

. Предложенное техническое решение обеспечивает получение нового качества пальца, что свидетельствует о соответствии критерию существенные отличия.

На фиг, 1 представлено предлагаемое шарнирное соединение. Предлагаемое шарнирное соединение состоит из пальца

1, пары втулок 2 и пары втулок 3. Палец 1 имеет в средней части проточку 4, диаметр которой определяется по формуле:

г

di

1 +

(5-32РН2н(1-1.2)

h 3

32PhTh(l-2-g)

где d - диаметр пальца под втулку, мм; Е - модуль упругости первого рода, Па; б- зазор между втулкой и пальцем, мм;

Р - внешняя сила нагружения, Н;

Н - длина проточки, мм; h - длина контактной площадки втулки с пальцем, мм..

На фиг, 2 представлена схема нагружения ступенчатого пальца 1, приведенного к белке с постоянным сечением, при распределении удельного давления по всей длине втулок 2 (фиг. 1), причем меньшее сечение балки приведено к большему.

Работает предложенное соединение следующим образом.

При нагружении шарнирного соединения палец-втулка контакт между втулками 2 (фиг. 1) и пальцем 1 происходит по площадке, причем, с увеличением нагрузки площадь контакта постепенно увеличивается. Для уменьшения удельного давления на контактной площадке увеличивается пло- ;дчдь контакта по всей длине втулок 2. Расj пределение удельного давления по площади контакта & диаметральном сечг- нии принимается по сакону косинусоиды, в осевом направлении - по закону треугольника. Так как втулки 2 по сравнению с пальцем 1 имеют большую жесткость, изгибом втулок 2 пренебрегаем.

При постоянной длине втулок 2 и пальца 1 высота силозпго треугольника зависит от диаметра сечения пальца 1 и величины нагрузочной силы Р, Изменяя жесткость паль- ця создаем такую конструкцию его. в которой распределение удельного давления происходит по всей длине втулок 2, а следовательно уменьшаются напряжения в

опасных сечениях зз счет приближения точки приложения равнодействующей распределенной нагрузки (фиг, 2) к опасным сечениям, В этом случае оно достигает максимального значения в сечениях А-А и

Б-Б (фиг. 1), где и происходит заклинивание втулок 2 с пальцем 1. Увеличивая гибкость пальца 1 изменением в средней части пальца 1 на .длину Н диаметра пальца 1 ,мы тем самым устраняем возможность з линива- -ля шарнирного соединс ия Если осе же

прихват пальца 1 с втулками 2 произойдет (диффузия, коррозионный прихват), то палец 1 за счет сеоей увеличенной гибкости отсоединится от втулок 2. не разрушая при этом сварочный шов втулок 2. т, е. шарнирное соединение вернется в свое первоначальное рабочее состояние. Необходимость в каком-либо поверхностном упрочнении отпадает, что значительно удешевляет и упрощает технологию изготовления соединения.

Формула изобретения Шарнирное соединение, содержащее цилиндрический палец и по меньшей мере пару втулок, установленных на нем, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности соединений, палец выполнен с кольцевой проточкой в средней части между

М

установленными на нем втулками, при этом диаметр 61 средней части определяется из следующего соотношения:

S

dl d

9 Я Е d4 д - 32 Р Н2 h ( 1 - 1.2 Ј )

1 +™

32PH2h(l-2)3

где d - диаметр пальца под втулку, мм;

Е - модуль упругости первого рода. Па:

д- зазор между втулкой и пальцем, мм;

Р - внешняя сила нагружения, Н;

Н - длина проточки, мм;

h - длина контактной площадки втулки с пальцем, мм.

Использование: для общего машиностроения. Сущность изобретения: шарнирное соединение содержит цилиндрический палец и по меньшей мере пару втулок, установленных на нем. В средней части пальца между втулками выполнена кольцевая проточка, при этом диаметр средней части определяется из формулы: V di d 1 +

Фиг./