Соединение соосных валов

 

Изобретение относится к общему машиностроению , в частности к конструкциям узла соединения соосных валов, один из которых выполнен из керамики, а другой - из металла. Цель изобретения повышение надежности узла соединения. Узел соединения содержит металлический вал 1, соединяемый конец которого снабжен стаканом 2, внутри которого на стенках 3 выполнены круглые пазы и под шпонки 12, и керамический вал 5 с соединяемым хвостовиком 6, снабженным поперечными пазами 7. В последних установлены сегменты 8 и прокладки 11. Шпонка 12 закреплена в стакане разрезным кольцом 13. Крутящий момент от ведущего керамического вала 5 передается через шпонки 12. Сегмент 8 на рабочем режиме поворачивается по оси шпонки 12 под воздействием центробежных сил и крутящего момента хвостовика 6 вала 5. В горячем рабочем состоянии узла диаметр цилиндрической шпонки.12 меньше диаметра расточки пазов под шпонку и шпоночное соединение работает как роликовая обгонная муфта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л F 16 В 3/00, F 16 0 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР У1 ll v.c g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811645/27 (22) 09.04.90 (46) 07,06.92. Бюл. N . 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения (72) В.Х.Дуберштейн, А. Е. Гинзбург, M.È,ÃoðáàöåBè÷, А.И.Шайхулин и А,А.Кохан (53) 621.825,5 (088.8) (56) Патент США N. 4518315, кл. F 01 D 5/28, 1985, (54) СОЕДИНЕНИЕ СООСНЪ|Х ВАЛОВ (57) Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к конструкциям узла соединения соосных валов, один из которых выполнен из керамики, а другой— из металла. Цель изобретения — повышение надежности узла соединения. Узел соедине„, . Ж „„1739077 А1 ния содержит металлический вал 1, соединяемый конец которого снабжен стаканом

2, внутри которого на стенках 3 выполнены круглые пазы и под шпанки -12, и керамический вал 5 с соединяемым хвостовиком 6, снабженным поперечными пазами 7. В последних установлены сегменты 8 и прокладки 11, Шпонка 12 закреплена в стакане разрезным кольцом 13. Крутящий момент от ведущего керамического вала 5 передается через шпанки 12, Сегмент 8 на рабочем режиме поворачивается по оси шпонки 12 под воздействием центробежных сил и крутяще. го момента хвостовика 6 вала 5, В горячем рабочем состоянии узла диаметр цилиндрической шпонки.12 меньше диаметра расточки пазов под шпанку и шпоночное . соединение работает как роликовая обгонная муфта. 1 з,п. ф-лы, 3 ил.

1739077

30 вал опор не имеет. B холодном нерабочем 35 состоянии сопряженные элементы соединения валов испытывают очень больше напря-" .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям соединения вращающихся соосных валов, выполненных из металла и керамики.

Известна конструкция соединения металлического и керамического соосных валов методом горячей прессовой посадки

Керамический вал имеет длинную осевую цапфу, установленную во втулке металлического вала, причем длина цапфы втрое превосходит диаметр. В узле соединения металла с керамикой иэ-эа разности коэффициентов термических расширений (КТР) невозможно обеспечить постоянный уровень контактных напряжений, что снижает надежность соединения, Известна конструкция соединения валов через обгонную муфту, В таком соединении невозможно обеспечить жесткое соединение валов, исключающих наличие подшипников у одного цала.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является узел соединения ведущего керамического вала газовой турбины и металлического ведомого вала.

Прототип содержит снабженный подшипниками металлический вал, включающий на соединяемом конце расточку, выполненную в виде глухого отверстия или стакана. и керамический вал, конец которого путем горячей посадки соединен с металлическим стаканом первого вала. Между сопряженными поверхностями валов предусмотрена металлическая прокладка. Керамический женил сжатия, В рабочем режиме при нагретых валах за счет большего расширения металлического стакана напряжения посадки снижаются и между сопряженными поверхностями могут появиться зазоры, Б рабочем режиме напряжения посадки должны обеспечить передачу крутящего момента от керамического вала без скольжения (проскальзывания). При возникновении зазоров между сопряженными поверхностями валов происходит их расиентровка, возникают удары и.вибрации, Все зто снижает надежность узла соединения.

Цель изобретения — повышение надежности соединения керамического вала с металлическим.

Сущность изобретения и его отличительные признаки заключаются в следующем, Соединение снабжено осевыми цилиндрическими качающимися шпонками, которые могут быть выполнены как из металла, так и из керамики. На керамическом валу

55 выполнены равномерно расположенные по окружности тангенциальные пазы, включающие упорные сегменты, выполненные из металла или керамики, Форма упомянутых сегментов в поперечном сечении соответствует прямолинейной плоскости пазов керамического вала и внутренней цилиндрической поверхности металлического вала. На последней и на поверхности сегмента выполнены оппоэитно расположенные цилиндрические пазы, включающие осевую шпонку, диаметр которои выполнен меньше диаметра упомянутых цилиндрических пазов, Оппоэитные пазы с осевой шпонКоА могут быть смещены относительно оси симметрии сегментов в сторону направления вращения вала.

На фиг, 1 показано соединение валов (осевое сечение); на фиг, 2 — поперечное сечение соединения (в статике) со смещенными шпонками; на фиг. 3 — взаимное расположение осевой шпонки в оппоэитных пазах, установленных по оси симметрии сегмента.

Соединение валов (узел) содержит металлический вал 1, снабженный на соединяемом конце стаканом 2, в боковых стенках 3 которого выполнены полуцилиндрические пазы 4, и керамический ведущий вал 5 с соединяемым хвостовиком 6, снабженным поперечными плоскими пазами 7, в которых установлены упорные сегменты 8 с цилиндрической 9 и плоской 10 поверхностями, Между сегментом 8 и хвостовиком 6 в пазу

7 установлены металлические прокладки 11.

Сегмент 8 соединен со стенкой 3 стакана 2 цилиндрической шпонкой 12, закрепленной в стакане разрезным кольцом 13, установленным в кольцевой канавке 14. Относительно оси шпонки 12 сегмент 8 содержит входной 15 и выходной 16 участки, а хвостовик 6 — участки 17 и 18, Диаметр выполненный в стакане 2 и в сегментах 8 осевых пазов

19 и 20 больше диаметра шпонки 12, Монтаж узла осуществляют следующим образом.

На хвостовике 6 керамического вала в пазах 7 устанавливают и закрепляют прокладки 11 и сегменты 8 со шпонками 12, Затем для обеспечения сводной эапрессовки нагревают стакан 2 с валом 1, например. до температуры 400-600 С. После этого в стакан 2 запрессовывают хвостовик б с элементами 8, 11. 12 и закрепляют по оси шпонки 12 раэрезными кольцами 13, После охлаждения валов 1 и 5 стенками 3 стакана

2 обжимаются шпонки 12 сегмента 8 и тем самым плотно с натягом прижимают поверхности 10 сегментов 8 к поверхностям пазом 7 через прокладки 11, Длл исключения

1739077 точечных напряжений на сопряженных поверхностях керамического вала на упомянутые поверхности наносят слой пластичного материала, например металла, и используют прокладки 11, 5

В холодном узле в керамическом хвостовике возникают напряжения сжатия, не превышающие допустимых предельных значений для керамического материала, При раскручивании валов и вводе в рабочий 10 режим, например, газотурбинного двигателя под воздействием возникающих центробежных сил снижаются напряжения в сопряженных деталях. При вращении также происходит поворот сегмента 8 вокруг оси 15 шпонки 12, т.е. участок 15 сегмента прижимается к цилиндрической поверхности стакана 2, а участок 16 — к поверхности паза 7.

Таким образом, до подвода крутящего момента сегменты 8 под воздействием центро- 20 бежных сил разворачиваются для передачи крутящего момента от вала 5 к валу 1, т.е, от хвостовика 6 к стенкам 3 стакана 2. При подводе крутящего момента к хвостовику 6 за счет упомянутого разворота сегмента 8 25 обеспечивается контакт поверхности паза 7 с поверхностью 10 сегмента 8 и тем самым осуществляется передача крутящего момента к стакану 2 через шпонку 12 и контактирующие поверхности 9 сегмента 8 и 30 внутренние поверхности стакана. Для снижения напряжений сжатия в элементах узла от натяга как в холодном, так и в горячем состоянии диаметр пазов под цилиндрическую шпонку выполняют больше диаметр 35 шпонки..В этом случае на рабочем режиме шпоночное соединение работает как обгонная роликовая муфта, как это представлено на фиг. 3.

Преимущества изобретения по сравне- 40 нию с прототипом заключаются в следующем, В предложенной конструкции передача крутя щего момента осуществляет.ся через цилиндрические шпанки 12, а также за счет прижатия поверхностей сегментов 8 к цилиндрической поверхности стакана 2. Это исключает необходимость иметь значительный натяг сопряженных элементов на рабочем режиме и повышенные, близкие к предельным значениям, напряжения этих элементов в холодном состоянии узла. Это позволяет снизить напряжения в сопряженных элементах керамического вала, не допуская возникновения зазоров в соединении на рабочих режимах, что в итоге повышает надежность узла соединения валов и дает большой экономический эффект.

Формула изобретения

1. Соединение соосных валов, содержащее металлический вал с глухим осевым отверстием на соединяемом конце и керамический вал, соединяемый конец которого расположен в отверстии металлического вала, а также прокладку, расположенную на керамическом валу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности. оно снабжено цилиндрическими осевыми шпонками, на керамическом валу выполнены равномерно расположенные по окружности тангенциальные пазы, в последних расположены упорные сегменты, поперечное сечение которых соответствует форме пазов вала, наружная поверхность сегментов и внутренняя поверхность металлического вала выполнены с оппозитно расположенными цилиндрическими пазами,в которых расположены упомянутые шпонки, причем диаметр последних меньше диаметра шпоночных пазов, а прокладки установлены в пазах керамического вала.

2, Соединение по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оси шпонок смещены относительно оси симметрии сегментов в сторону направления вращения валов.

1739077

Составитель В.Дуберштейн

Техред М.Моргентал . Корректор M.Максимишинец

Редактор Т.Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1989 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5