ГИБКИЙ ВАЛ Советский патент 1934 года по МПК F16C1/20 

Прилагаемое изобретение относится к гибким валам и имеет целью дать гибкий вал, обладающий простой конструкцией и высокой прочностью.

Гибкий вал, выполненный согласно предлагаемому изобретению, может работать при большой нагрузке без существенных потерь на внутреннее трение.

Вал состоит из частей простой конструкции, легко изготовляемых и собираемых. Он может быть заключен в гибкую трубу и при протягивании его в таком виде, во время его вращения, через колено жесткой трубы ни вал, ни гибкая труба не подвергнутся повреждениям и между гибким валом и трубой не возникнет трение. Вследствие этого, предлагаемый гибкий вал весьма пригоден для сверлильных станков и для многих других целей.

Гибкий вал, выполненный согласно предлагаемому изобретению, состоит из ряда кольцеобразных элементов, соединенных друг с другом короткими стержнями, сферическим головкам которых соответствуют вогнутые поверхности звеньев. Вращающий момент передается от одного звена к другому при помощи радиальных зубцов на концах звеньев.

Особенностью изобретения является применение соединительных стержней, снабженных головками, прочно закрепленными на их концах или составляющими одно целое с ними, состоящих из двух половин кольцевых звеньев, находящихся в зубчатом сцеплении с соседними звеньями. Дальнейшей особенностью предлагаемого изобретения является муфта для гибкого вала.

На чертеже фиг. 1 изображает вид сбоку, частично в разрезе по оси гибкого вала; фиг. 2 - поперечный разрез гибкого вала по линии 2-2 фиг. 1, в увеличенном масштабе, вид сверху; фиг. 3 - поперечный разрез вала по линии 2-2 фиг. 1, вид снизу; соединительная часть опущена, и обе половины звена показаны отделенными одна от другой; фиг. 4 - вид сбоку соединительного стержня в увеличенном масштабе; фиг. 5 - поперечный разрез по линии 5-5 фиг. 1 муфты вала; фиг. 6 - продольный разрез части видоизмененной формы выполнения вала, рассчитанной на сопротивление осевому давлению; фиг. 7 - поперечный разрез по линии 7-7 фиг. 6.

Гибкий вал, показанный на фиг. 1-5, состоит из ряда элементов 10, связанных соединительными частями 11. Все элементы 10 имеют одинаковую конструкцию; то-же относится к соединительным частям 11.

Каждый из элементов (звеньев) 10 состоит из разъемного кольца 15 с диаметральной плоскостью разъема и с большой центральной плоскостью 14, концевые стенки которой образуют противолежащие вогнутые сферические поверхности 16, 17, причем центры кривизны С16, С17 лежат на оси кольца и внутри последнего между его концами. На концах каждого кольца 15 имеются кольцевые шестерни 18, 19 с радиальными зубцами на боковой поверхности. Внутренний диаметр кольца у его концов, а также и внутренний диаметр шестерен 18, 19 значительно меньше диаметра центральной полости кольца. Зубцы 20 каждой из этих шестерен приходятся между двумя поверхностями усеченного конуса с кольцом.

Плоскость разъема кольца делит на две равные части два диаметрально противоположных разъемных зубца 22 каждой шестерни 15, 19 кольца.

Для удержания в соединенном состоянии обеих половин 15а, 15b, каждого кольца (звена) 15 применяются три способа. Первый из них состоит в скреплении посредством винтов 25 помещающихся в соответствующих отверстиях обеих половин звеньев. Второй способ состоит в применении обода 27, охватывающего наружную сферическую поверхность кольца. Обод 27 имеет отогнутый фланец 28, прилегающий к кольцевому заплечику 29 близ верхнего кольца, конусную часть 30, прилегающую к конусной части 31 кольца, и фланец 32, заходящий за кольцевой уступ 33 кольца, отгибаемый после посадки обода на кольцо и предупреждающий его соскальзывание.

Третий способ для удержания половин кольца в соединении состоит в том, что соединения кольца (звена) вала повернуты так одно относительно другого, что каждый из двух разъемных зубцов 22 каждого звена помещается между двумя цельными зубцами соседнего звена, т.е. помещается между двумя зубцами одной и той же половины последнего. Для этой цели можно так выполнить каждую шестерню с зубцами на боковой поверхности, чтобы она имела пазы 34, смещенные на 90° относительно, ее разъемных зубцов 22, и звенья собирались так, чтобы плоскости разъема соседних звеньев пересекались под прямым углом (фиг. 1).

Каждая соединительная часть 11 состоит из стержня 40 с головками 41, 42. Внутренние поверхности этих головок сферические и имеют тот же радиус кривизны, как и сферические внутренние поверхности 16, 17 полости звеньев.

Соединительные стержни выполняются предпочтительно из стали и подвергаются закалке. Наружные концы головок 45, 46 имеют конусную форму и снабжены закругленными вершинами 47, 48.

При сборке вала головки двух соединительных частей 11¹, 11^1-2 приставляются друг к другу своими закругленными вершинами 47, 48, затем сбивают обе половины 15а, 15b разъемного кольца элемента 10¹ вокруг этих головок так, чтобы последние были заключены в полости 14 кольцевого звена. Через головку 41 соединительной части 11^1-2 на звено надевают сверху 27 и закрепляют его отгибанием фланца 32. Затем к выступающей из собранного элемента 10 головке 41 соединительной части 11^1-2 приставляют головку 42 другой соединительной части 11^2-3 и вокруг головок этих болтов 11 собирают второй элемент 10². Таким образом можно составить вал любой длины, начиная сборку его снизу, причем выражение низ и верх относится здесь к положению частей на фиг. 1. Положение вала при сборке не имеет, конечно, значения. Необходимо, однако, чтобы части 31 всех элементов вала или части вала, были обращены вершинами в одну и ту-же сторону и чтобы сборка вала начиналась с того конца, к которому конусные части обращены своим основанием.

Диаметр стержня 40 должен быть меньше диаметра отверстия кольцевых звеньев и шестеренного звена, для обеспечения игры стержня в звене, необходимой для сгибания вала. Диаметр головок 41, 42 должен быть больше внутреннего диаметра концов звеньев, с целью предотвращения выхождения головок из полостей 14 звеньев после сборки вала. Стержни 40 должны иметь длину, достаточную для обеспечения зацепления соседних шестеренных звеньев, причем при прямом положении вала зубцы одной шестеренки не должны доходить до дна впадин между зубцами другой, чтобы не препятствовать сгибанию вала. Конические поверхности для внутренних и наружных концов зубцов каждого звена расположены так, что при наибольшем сгибании вала у его концов (фиг. 1 внизу) наружные концы зубцов параллельны дну впадин между зубцами, с которыми они зацепляются, на той стороне, в которую согнут вал.

Описанный выше гибкий вал не рассчитан на применение в таких условиях, в которых он не подвергается сколько-нибудь значительному сжатию по оси. Конусная наружная часть головки соединительных частей имеет целью предупреждение дребезжания частей и обеспечение правильного положения шестеренных концов кольцевых звеньев относительно друг друга во время бездействия вала. Если же вал находится всего в состоянии натяжения, то конусные части головок будут излишними.

Если вал должен претерпевать при бездействии сколько-нибудь значительное сжатие в осевом направлении, то ему можно придать форму, показанную на фиг. 6 и 7. В этой видоизмененной форме выполнения расположенные друг против друга сферические вогнутые поверхности 16а, 17а каждого кольцевого звена 15а имеют общий центр кривизны и составляют, таким образом, части одной сферической поверхности. Головки соединительных частей имеют здесь вместо конусной наружной части 45, 46, плоскую поверхность с центральным сферическим гнездом 47а, 48а для шарика 48, концентричного с поверхностями 16а, 17а. Во всем остальном этот вал сходен с описанным валом.

Для того, чтобы вал можно было заключить в трубу (защитный рукав), каждое разъемное кольцевое звено 10 снабжено кольцом 50 для шариков 51. Во фланце 28 обода 27 имеется внутреннее кольцо 52 обоймы для шариков, так что, хотя звено разъемное, но шарики катаются по непрерывной поверхности. Кольца 50 для шариков имеют больший наружный диаметр, чем какая-либо другая часть вала. Таким образом, при заключении вала в рукав, каждое из его звеньев оказывается монтированным в шарикоподшипнике.

Для того, чтобы длину вала можно было изменять, не прибегая к разборке одного из разъемных звеньев, его можно снабдить расположенными на соответствующих промежутках муфтами.

Муфта 60, показанная на фиг. 1, заменяет соединительную часть между элементами 10³ и 10⁴ и служит только для передачи момента вращения от одного из этих элементов на другой. Муфта 60 имеет особую соединительную часть 67, снабженную на концах стержнями 40а, 40b с головками 41а, 42b. Средняя часть соединительной части 61 состоит из двух цилиндров с образующими уступ внутренними концами 64а, 64b.

Лежащие в плоскости симметрии части 61, рассчитанные на прилегание друг к другу поверхности 66 этих внутренних концов, снабжены каждая полуцилиндрической канавкой 67а, 67b (фиг. 5), причем обе канавки образуют поперечное цилиндрическое отверстие, проходящее через центр соединительной части 61.

Один конец болта 72 можно снабдить резьбой, соответствующей резьбе в конце поперечного отверстия 71а гильзы. На торцах гильзы 70 имеются радиальные зубцы, образующие шестерни 73, или торцы приспосабливаются каким-либо другим образом для передачи вращения с нижнего зубчатого торца элемента 10³ на верхний зубчатый торец кольцевого звена 10¹.

Очевидно, что вал можно легко разнять у муфты 60, удалив болт 71 и отделив затем друг от друга обе половины соединительной части 61, для чего одну из них или же обе половины удаляют из гильзы 70. Концы вала можно столь же легко вновь соединить, надев сперва гильзу 70 на цилиндрическую часть 63 одной половиной соединительной части 61 и вставив затем в гильзу другую цилиндрическую половину части 61. Затем вталкивают обе половины соединительной части 61 в гильзу, чтобы ввести зубцы на торцах элементов 10³ и 10⁴ в зацепление с зубцами на торцах 73 гильзы и установить полуцилиндрические канавки 67, 68 в линию с поперечным отверстием 71а. После этого вставляют и закрепляют болт 71.

У муфты 60 вал, конечно, не может сгибаться, а потому гильзе 70 придан меньший диаметр, чем шариковым кольцам 50, так что муфта не препятствует проведению вала через кольцо.

При применении муфт вал собирают секциями, каждая из которых оканчивается частью 61а или 61b соединительной части 61. При сборке верхней секции вала, показанной в верхней части фиг. 1, головка части 61а вставлена в первый подлежащий сборке элемент этой секции, а именно 10³, при сборке же нижней из показанных на фиг. 1 секций вала, вставляют головку части 61а в последний элемент 10⁴ секции.

В описанные здесь примерные формы выполнения предмета предлагаемого изобретения можно, не отступая от идеи последнего, ввести много различных изменений, и отдельные особенности этого изобретения можно использовать не только в описанной здесь комбинации, но и каждую в отдельности. Употребленные здесь выражения „кольцевое звено„ и „кольцо“ относятся только к форме этой части и обозначают только, что звено имеет круглое сечение и снабжено отверстием, но отнюдь не ограничивают длины или относительных размеров звена.

1. Гибкий вал, состоящий из отдельных кольцевых звеньев, торцевые поверхности которых снабжены зубьями, сцепляющимися с зубьями смежных звеньев, отличающийся тем, что звенья снабжены внутреннею полостью с вогнутыми сферическими поверхностями и соединяются между собою попарно посредством соприкасающихся между собою стержней, обе концевые головки которых с внутренней стороны снабжены сферическими поверхностями, соответствующими внутренним сферическим поверхностям звеньев.

2. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что центры сферических поверхностей внутренней полости звена С16 и С17 расположены на оси кольцеобразного звена и внутри последнего.

3. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что каждое кольцевое звено, состоящее из двух половин, разрезано плоскостью, проходящей через ось звена.

4. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что обе половины каждого звена удерживаются в сомкнутом состоянии посредством обода 27, охватывающего наружную поверхность звена.

5. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что каждое звена охватывается трубчатым разрезным кольцом, причем между обеими половинами кольца помещены шарики.

6. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что наружная поверхность каждого звена имеет форму конуса, снабженного у своего основания заплечиком 33, захватываемого фланцами 32 обода 30.

7. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что плоскость разъема каждого звена расположена под углом к плоскости разъема смежного звена.

8. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что соединительные стержни соприкасаются между собою посредством своих торцевых конических поверхностей и закрепленными вершинами.

9. Форма выполнения вала по п. 1, отличающаяся тем, что один или некоторые из соединительных стержней, с целью разделения вала на части, выполнены в форме разъемного по оси стержня.