Соединение фланцев деталей Советский патент 1981 года по МПК F16B5/06 

1

Изобретение относится к устройствам газотурбинных и других тепловых вигателей, имеющих разъемные роторы, корпуса, трубопроводы и другие узлы, работающие при высоких нагрузках, давлении и температуре и переменных напряжениях и соединенных посредством фланцев. Соединение может быть применено и в машиностроении.

Известно соединение деталей, например, фланцевых, содержащее установленные в профильных пазах соединяемых деталей крепежные, элементы трапецевидного, прямоугольного или овального сечения 1 .

Недостатком этого соединения является необходимость выполнения сопрягаемых поверхностей крепежных элементов и деталей сложной конфигурации с высокой точностью для обеспе чения жесткости, в связи с чем предусмотрены устройства для затяжки, -кроме этого соединение нЬ применимо для высоконагруженных деталей.

Наиболее близкое к предлагаемому соединение фланцев деталей, содержащее стяжные вкладыши, в виде перемычки с двумя гoлoвкcuvш, установлен- ныв с натягом в сквозных пазах, вы- /

полненных по периферии фланцев соединяемых деталей 2,

Недостатком этого соединения яв- i ляется то, что цилиндрическая форма головок и короткая, малоподатливая перемычка приводят к необходимости точного выполнения головок и отверстий под них как по диаметру, так и по межосевым расстояниям, недопустимо высоким напряжениям в перемычках при посадке вкладышей с натягом и заеданию вкладышей при посадке. Следует отметить, что межосевые расстояния отверстий под головки вкладышей необходимо вьщерживать с высокой точностью и в тангенциальном направлении.

Все вышеперечисленное в итоге приводит к снижению надежности соединения при переменных нагрузках и к уменьшению ресурса изделия и снижению герметичности соединения.

Цель изобретения - увеличение герметичности и надежности соединения при переменных нагрузках.

Указанная цель достигается за счет того, что соединение снабжено пластинчатыми фиксаторг1ми, каждый из которых выполнен с боковыми радиусными выступами, головки вкладышей выполнены с полукруглыми поперечньлм сечением и с плоским опорным .торцом, а перемычка вкладыша выпол.нена в виде прямоугольной пластины с симметричными глухими радиусными пазами на выступающем за пределы фланцев соединяемых деталей участке вкладыша,при этом края пластинчатых фиксаторов отогнуты на фланцы соединяемых деталей, а радиусные выступы расположены в глухих радиусных пазах смежных вкладышей.

На фиг, 1 показан частичный вид вдоль оси на фланцы соединяемых деталей; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А. на фиг. 2, на фиг. 4 - внешний вид вклады1иа.

Во фланцах 1 и 2 соединяемых деталей выполнены радиально направленные пазы 3, равномерно расположенные по окружности. В пазах с натягом установлены стажные вкладьтчш 4, состоящие из плоской прямоугольной перемычки 5 и головок полукруглого сечения 6 и 7 с плоскими опорными торцами..

Радиальная фиксация каждой пары вкладышей обеспечивается посредством пластинчатых фиксаторов 8, радиусные выступы 9 которых входят в радиусные пазы 10, выполненные в переьчычке 5.

,Сжатие обеспечивается за счет натяга по размерам 2 .

Стабильность сжатия фланцев корпусов , работающих при высокой температуре повышается выбором материала вкладышей по коэффициенту линейного расширения. Демонтаж вкладышей производится введением рычажного съемного инструмента в пазы 10 или в зазоры 1

После запрессовки вкладышей 4 напряжение растяжения в перемычке 5 со здает усилие, сжимающее фланцы 1 и 2 Пластинчатые фиксаторы до постановки изогнуты по дуге окружности и выпрямляются для введения выступов9 в пазы 10. Края фиксаторов загибаются в кольцевые пазы 12 на периферии фланцев сое.циняе -1ых деталей.

Герметичность соединения достига. ,ется увеличением усилия стягивания фланцев, действием усилия на большую площадь фланцев и более равномерным натягом по размеру. Ниже приведены результаты сравнительного расчета соединений болтами среднего размера (резьба ) и вкладышами.

Исходные данные: среднее напряжение растяжения в болтах кг/мм материал болтов 40хВМА с пределом текучести 8,5 кг/мм -. Расчет выполнен без учета податливости фланцев, что не вносит существенных погрешностей в результаты.

12

Натяг в болте iJ 50 -I.IQ

0,028 мм.

Задается номинальным натягом во вкладыше Ь 0,03 мм.

Результаты расчета сведены в таблицу.

Натяг0,028 мм 0,030 мм

Напряжение

растяжения Ъ 50 кг/мм 44 кг/мм

Усилие сжатия

фланцев 870 кг 2100 кг

Напряжение смятия в опорных поверхностях 1 40 кг/мм 28,6 кг/мм

Запас- прочности по статическому напряжению и пределу текучести 1,70 1,93

Как видно из таблицы, усилие сжатия при помощи вкладышей возрастает

5 в 2,4 раза при уменьшении Ър на 12%, см уменьшается на 28,5%, что снижает возможность релаксации напряжений, а площадь приложения усилия сжатия возрастает в 1,7 раза. РавQ номерность натяга обеспечивается возможностью более точного выполнения размеров и фланцев и вкладышей.

Вкладыши изготовляются прокаткой 5 полосы и холодной калибровкой протягиванием через профилированную фильеру из твердого сплава с последующей разрезкой заготовки. Таким образом, размер 8 вкладышей может быть выполнен с высокой точностью. Поломка вкладышей предотвращается также значительным уменьшением концентрации напряжений. Радиус перехода плоской перемычки в полукруглые головки 6 и 7 равен 1,5-2,5 мм, в то 5 время как радиус впадин резьбы болтов находится в пределах 0,140,21 мм. Это повышает надежность и ресурс соединения.

Уменьшение плотности стыка между фланцами (герметичность) предотвращается уменьшением напряжений в элементах вкладышей и более равномерным натягом. Поломка вкладышей предотвращается выравниванием натяга, уменьшением напряжений и концентрации напряжений. Усадка деталей, работающих при больших температурных градиентах, устраняется наличием радиальных пазов во фланцах. Время сборки и разборки соединения уменьшается благодаря отсутствию гаек. Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является возможность вторичного использования вкла.цышей.