Грузонесущая стержневая конструкция и способ ее изготовления

 

Использование: бесфланцевое соединение тонкостенных деталей, работающих в условиях воздействия динамических знакопеременных нагрузок. Сущность изобретения: конструкция содержит охватываемую и охватывающую детали, одна из которых имеет упор для другой и соединительный элемент. Соединительный элемент выполнен в виде штифтов, установленных в отверстиях, расположенных поперек деталей, причем штифты снабжены фиксаторами. Наружная поверхность охватываемой детали и внутренняя поверхность охватывающей детали выполнены коническими целиком или на отдельных участках. Внутри деталей размещены диафрагмы. Способ изготовления соединения включает выполнение стержневых элементов с трубчатыми деталями, их жесткое крепление между собой. Предварительно изготовленные трубчатые детали обрабатывают по наружной внутренней поверхности соответственно, вставляют друг в друга до упора, стягивают, выполняют отверстия, устанавливают штифты и в собранном виде жестко прикрепляют к стержням или трубам, а перед разборкой устанавливают направляющий элемент и маркируют. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесфланцевым соединениям, и предназначено для соединения как тонкостенных деталей, так и стержневых, работающих в условиях воздействия динамических знакопеременных нагрузок.

Известны фланцевые соединения деталей, содержащие, как правило, закрепленные на концах соединяемых деталей плоские или фасонные фланцы с отверстиями и установленные в последних болты с гайками.

Эти соединения получили широкое распространение в машиностроении из-за их простоты. Однако при больших диаметрах соединяемых деталей и при разнообразных нагрузках они обладают следующими недостатками: швы крепления фланцев при затяжке подвергаются кручению, так же как и кольца самого фланца, что может привести к разрушению шва, к расслоению кольца фланца по средним волокнам, болты плохо работают на разрыв, соединение плохо работает также из-за неплоскостности фланцев при сварке. Если фланец выполняется фасонным, то резко увеличивается трудоемкость и металлоемкость соединения.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату являются бесфланцевые соединения, содержащие охватываемую и охватывающую детали, одна из которых имеет упор для другой, и соединительный элемент. Соединительный элемент расположен в кольцевом канале, образованном кольцевыми канавками, выполненными на сопрягаемых поверхностях соединяемых деталей. Соединительный элемент выполнен из двух частей, сопрягаемых между собой [1] Недостатком этого устройства является сложность сборки соединения, так как одновременное введение частей соединительного элемента иногда оказывается затруднительным вследствие заклинивания последнего в кольцевом канале. В этом случае необходимы дополнительные движения и усилия для продвижения соединительного элемента по каналу. Для осуществления сборки необходимы специальные приспособления и, как правило, два сборщика. Были предприняты попытки усовершенствовать соединение. Но они привели к тому, что сборке требуется разворот одной из деталей относительно другой на 360^oC, что совершенно неприемлемо для крупногабаритных высоконагруженных узлов. Следует отметить также, что выполнение соединительного узла в виде прямоугольных канавок создает мощные концентраторы напряжений, резко уменьшающие прочностные характеристики соединения и его преимущества перед фланцевыми соединениями.

Изобретательской задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание прочного соединения деталей, испытывающих при эксплуатации комплексные нагрузки и обладающие удобствами монтажа и демонтажа.

Указанная задача решается тем, что; в бесфланцевом соединении, содержащем охватываемую и охватывающую детали, одна из них имеет упор для другой, и соединительный элемент выполнен в виде штифтов, установленных в отверстиях, выполненных поперек детали, причем штифты снабжены фиксатором; наружная поверхность охватываемой детали и внутренняя поверхность охватывающей выполнены коническими; на наружной поверхности охватываемой детали и на внутренней поверхности охватывающей детали выполнены конические участки; угол конусности равен или меньше 30^o; штифты и отверстия под них выполнены коническими с вершиной конуса внутрь детали; внутри деталей размещены диафрагмы.

Такое выполнение позволяет создать соединение, обеспечивающее достаточную прочность в условиях действия значительных динамических нагрузок для деталей любого размера при простоте монтажа и демонтажа.

Известны способы изготовления бесфланцевых соединений путем выполнения деталей, их жесткого крепления к грузонесущим стержням или трубам и взаимного фиксирования между собой (см. авт. свид. СССР N 981728). Однако при таком изготовлении возникают трудности при монтаже и демонтаже при соединении деталей больших габаритов.

Изобретательской задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание такого способа изготовления соединения, которое обладало бы удобствами монтажа и демонтажа при создании компактного узла соединения деталей значительных размеров, хорошо работающего в условиях значительных нагрузок.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе изготовления соединения путем выполнения деталей, их жесткого крепления грузонесущими стержнями или трубами взаимного фиксирования между собой предварительно изготовленные детали обрабатывают по наружному и внутреннему диаметру соответственно, вставляют друг в друга до упора, стягивают, выполняют отверстия, устанавливают штифты и в собранном виде жестко прикрепляют к стержням или трубам, а перед разборкой маркируют и/или устанавливают направляющий элемент.

На фиг. 1 показано соединение в сборе.

На фиг. 2 сечение А-А- фиг. 1.

На фиг. 3 сечение Д-Д фиг. 2 (штифты и фиксатор не показаны).

На фиг. 4 элемент фиксатора в виде хомута.

На фиг. 5 сечение Г-Г фиг. 4.

На фиг. 6 направляющий элемент соединения.

На фиг. 7 вариант фиксатора в виде кольца и пружины.

На фиг. 8 вид Е фиг. 7.

На фиг. 9 соединительный элемент в виде конических штифтов.

На фиг. 10 вариант соединения с коническими участками.

Соединение содержит охватывающую 1 и охватываемую 2 детали. В охватывающей детали 1 выполнен упор, например, в виде конической поверхности 12. Детали 1 и 2 соединяются с помощью соединительного элемента, выполненного в виде штифтов 4, установленных в отверстиях 5, расположенных поперек деталей 1 и 2, причем штифты 4 снабжены фиксатором 6. Фиксатор 6 может быть выполнен любым известным способом, например с помощью общего хомута 7 (фиг. 4, 5), или в виде кольца 8 и пружины 9 (как показано на фиг. 7, 8). Для соединения отдельных частей хомута служит палец 10, который контрится пружиной 11.

Внутренняя поверхность 12 охватывающей детали 1 и сопряженная с ней наружная поверхность 13 охватываемой детали 2 могут быть выполнены коническими целиком или на участках 14 (фиг. 10). При этом угол конусности, как показала экспериментальная отработка узла, не должен превышать 30^o. Штифты 4 и отверстия 5 под них могут быть выполнены коническими с вершиной внутрь детали 1 и 2, как показано на фиг. 9. Внутри детали 1 и 2 могут быть установлены диафрагмы 3 и 15.

Соединения изготавливают следующим образом.

В предварительно изготовленные детали 1 и 2 устанавливают диафрагмы 3 и 15, обрабатывают внутреннюю поверхность 12 детали 1 и сопрягаемую с ней наружную поверхность 13 детали 2. Вставляют деталь 2 в деталь 1 до упора поверхности 13 в поверхность 12 (по всей поверхности или по ее участку 14). Стягивают детали 1 и 2 с небольшим усилием и фиксируют друг относительно друга. Далее выполняют поперечные отверстия 5, в которые вставляют штифты 4. Устанавливают направляющий элемент 18 или маркируют детали 1 и 2.

Полученное соединение в собранном виде жестко прикрепляют к стержням или трубам 16 и 17. После этого соединение разбирают, удаляя фиксатор 6 штифтов 4, а затем и сами штифты.

Сборка конструкции из стержней или труб, имеющих описанное соединение, происходит следующим образом.

Деталь 2, жестко закрепленную на конце стержня или трубы 17, вставляют в деталь 1, жестко закрепленную на стержне или трубе 16 до упора, так чтобы направляющий элемент установился в предназначенное ему место или чтобы совпали знаки маркировки на деталях 1 и 2. При этом отверстия 5 в деталях 1 и 2 должны совпасть. Вставляют штифты 4 в отверстия 5. Устанавливают элементы 6, фиксирующие штифты 5.

Выполнение поверхностей 12 и 13 коническими или состоящими из цилиндрических и конических участков зависит от требований, предъявляемых к соединению, условий их работы и геометрических параметров соединяемых стержней или труб. Выполнение поверхностей 12 и 13 или их участков 14, а также отверстий 5 и штифтов 4 коническими обеспечивает беззазорность соединения, при этом обеспечивается совместная работа всех элементов соединения и его прочностные характеристики приближаются к прочностным характеристикам соединяемых труб или стержней.

Расчеты и испытания бесфланцевого соединения показали, что оно воспринимает и передает с элемента на элемент монтируемых конструкций широкий спектр видов нагрузок (растяжение-сжатие, изгиб, кручение) и их сочетаний, постоянных и переменных при напряжениях и деформациях в элементах соединения близких по величине напряжениям и деформациям в соединяемых стержнях или трубах.

Фирма "ПАКС" осваивает выпуск предлагаемого соединения и использует его в высоконагруженных узлах металлических конструкций крупногабаритных механизированных аттракционов.

Формула изобретения

1. Грузонесущая стержневая конструкция, содержащая по крайней мере два стержневых элемента, связанных между собой соединением с охватываемой и охватывающей поверхностями и с фиксирующим штифтом, отличающаяся тем, что каждый стержневой элемент выполнен по крайней мере из двух деталей, при этом соответствующая поверхность соединения и отверстие под фиксирующий штифт выполнены на одной из деталей, которая жестко связана с другой деталью и выполнена трубчатой с упрочняющим средством для придания соединению, по крайней мере, равнопрочности с другими деталями по отношению к максимальным нагрузкам, действующим на стержневые элементы.

2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что соединение включает в себя дополнительные штифты, пропущенные через дополнительные соосные отверстия, выполненные в трубчатых деталях.

3. Конструкция по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что упрочняющее средство выполнено в виде диафрагм, закрепленных на внутренней поверхности трубчатых деталей.

4. Конструкция по пп. 1 3, отличающаяся тем, что упрочняющее средство образовано выполнением трубчатых деталей разной толщины.

5. Конструкция по пп.1 4, отличающаяся тем, что фиксирующие штифты выполнены с фиксаторами их осевого перемещения.

6. Конструкция по пп.1 5, отличающаяся тем, что на сопрягаемых охватываемой и охватывающей поверхностях трубчатых деталей выполнены конические участки.

7. Конструкция по пп.1 5, отличающаяся тем, что наружная поверхность охватываемой детали и внутренняя поверхность охватывающей детали выполнены коническими.

8. Конструкция по пп.1 6, отличающаяся тем, что угол конусности конических участков равен или меньше 30^o.

9. Конструкция по пп.1 8, отличающаяся тем, что фиксирующие штифты и отверстия под них выполнены коническими с вершиной конуса, обращенной внутрь трубчатых деталей.

10. Способ изготовления грузонесущей стержневой конструкции, включающий выполнение стержневых элементов с трубчатыми деталями, жесткое их соединение и фиксирование между собой, отличающийся тем, что трубчатые детали предварительно обрабатывают соответственно по наружной и внутренней поверхностям до образования охватывающей и охватываемой поверхностей, после чего указанные детали вставляют друг в друга до упора по охватываемой и охватывающей поверхностям, стягивают, выполняют соосные отверстия, устанавливают в них штифты и в собранном виде жестко соединяют со стержневыми элементами, а перед разборкой конструкции соединение маркируют.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10