Соединение с натягом
Владельцы патента RU 2278997:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при получении соединений с натягом деталей типа вал-втулка. Вал и втулка выполнены из одного материала с одинаковыми физико-механическими свойствами с выступами в виде дорожек лазерной закалки. Шаг дрожек в два раза превышает их ширину. Дорожки расположены под углом 0-90° к оси соединения. При этом противолежащие дорожки вала и втулки смещены относительно друг друга на ширину дорожки. В частных случаях дорожки могут быть расположены по кольцевым линиям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных оси соединения, по прямым линиям, параллельным оси соединения, по винтовым линиям. В результате обеспечивается повышение нагрузочной способности соединения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям с натягом деталей типа вал-втулка по сопряженным цилиндрическим поверхностям.
Известно соединение с натягом деталей типа вал-втулка, имеющих сопряженные цилиндрические поверхности, на одной из которых выполнен рельеф в виде выступов твердостью, превышающих твердость материала другой соединяемой детали, и впадин, при этом рельеф нанесен посредством высокоскоростного точечно-импульсного расплавления металла поверхности, например лазерным излучением (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1199558, МПК В 23 Р 11/02, опубл. 23.12.1985 г.).
Недостатком известного соединения является то, что выступы не образуют сплошную линию сцепления вала и втулки по длине контакта, что вызывает недостаточную нагрузочную способность.
Известно соединение с натягом деталей типа вал-втулка, имеющих сопряженные цилиндрические поверхности с различными физико-механическими свойствами, например поверхностной твердостью, при этом деталь с большей поверхностной твердостью выполнена с канавками на ее поверхности (см. описание изобретения к патенту РФ №2106544, МПК F 16 В 4/00, опубл. 10.03.1998 г.).
Недостатком этого известного соединения, принятого за прототип, является то, что выполнение канавок ослабляет поперечное сечение соединяемых деталей, приводит к образованию зон со значительной концентрацией напряжений вокруг канавок и образованию трещин в процессе эксплуатации, что вызывает недостаточную нагрузочную способность соединения с натягом.
Задачей заявляемого изобретения является повышение нагрузочной способности соединения с натягом.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в соединении с натягом деталей типа вал-втулка, имеющих сопряженные цилиндрические поверхности, вал и втулка выполнены из одного материала, с одинаковыми физико-механическими свойствами, с выступами в виде дорожек лазерной закалки шириной а и шагом 2а, выполненных под углом 0-90° к оси соединения, причем противолежащие дорожки вала и втулки смещены относительно друг друга на ширину а дорожки.
Кроме того, при выполнении дорожек под углом 90° к оси соединения на валу и втулке дорожки расположены по кольцевым линиям в плоскостях, перпендикулярных оси соединения.
Кроме того, при выполнении дорожек под углом 0° к оси соединения на валу и втулке дорожки расположены параллельно оси соединения по прямым линиям.
Кроме того, при выполнении дорожек под углом, отличным от 0° или 90° к оси соединения, на валу и втулке дорожки расположены по винтовым линиям.
Это позволяет повысить нагрузочную способность соединения с натягом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показано соединение с натягом, общий вид в разрезе.
на фиг.2 - то же, сечение А-А.
на фиг.3 - то же, выполнение дорожек под углом 90° к оси соединения.
на фиг.4 - то же, выполнение дорожек под углом 0° к оси соединения.
Соединение с натягом содержит (фиг.1) вал 1 и втулку 2, имеющие сопряженные цилиндрические поверхности. Вал 1 и втулка 2 выполнены из одного материала, с одинаковыми физико-механическими свойствами, с выступами в виде дорожек 3 лазерной закалки шириной а и шагом 2а, выполненных под углом 0-90° к оси соединения, причем противолежащие дорожки 3 вала 1 и втулки 2 смещены относительно друг друга на ширину а дорожки 3.
При выполнении дорожек 3 под углом 90° к оси соединения на оси соединения на валу 1 и втулки 2 дорожки 3 расположены по кольцевым линиям 4 в плоскостях, перпендикулярных оси соединения (см. фиг.3).
При выполнении дорожек 3 под углом 0° к оси соединения на валу 1 и втулке 2 дорожки 3 расположены параллельно оси соединения по прямым линиям 5 (см. фиг.4).
При выполнении дорожек 3 под углом, отличным от 0° или 90° к оси соединения, на валу 1 и втулке 2 дорожки 3 расположены по винтовым линиям 6 (см. фиг.1).
Соединение с натягом работает следующим образом: соединение с натягом, состоящее из вала 1 и втулки 2 (фиг.2), на контактирующих поверхностях которых нанесены дорожки (треки) лазерной закалки шириной а и шагом 2а, которые расположены нормально к вектору сдвигающей силы. Причем противолежащие дорожки вала и втулки выполнены со смещением относительно друг друга на ширину а дорожки.
При выполнении на контактирующих поверхностях вала и втулки дорожек лазерной закалки в зонах лазерного влияния образуется мелкодисперсный мартенсит, обладающий по сравнению со структурой исходного материала большей твердостью и большим удельным объемом, в результате чего в зонах лазерного влияния образуются выступы. Высота и ширина дорожки в зависимости от режима закалки и мощности используемого лазера может изменяться. Так, при лазерной закалке поверхности цилиндрической детали из стали 45 ГОСТ 1050-88 при мощности лазерного излучения 1 кВт и диаметра сфокусированного лазерного луча 5 мм в зависимости от скорости обработки высота дорожки может изменяться в диапазоне от 3...25 мкм, ширина дорожки от 2,5 до 6 мм.
При сборке соединения с натягом выступы образуют сцепление, что при приложении внешней нагрузки обеспечивает повышение нагрузочной способности и сдвигоустойчивости сопряжения, что исключает необходимость выполнения канавок на цилиндрических поверхностях соединяемых деталей и трещинообразование.
При нагружении соединения с натягом осевой сдвигающей нагрузкой, для предотвращения сдвига вала относительно втулки дорожки лазерной закалки вала и втулки необходимо выполнять кольцевой формы под углом 90° к оси соединения.
Соединение с натягом, работающее на передачу крутящего момента дорожке лазерной закалки, выполняют под углом 0° к оси соединения прямыми полосами параллельно образующей.
При одновременном нагружении соединения с натягом крутящим моментом и сдвигающей силой дорожки лазерной закалки выполняют по винтовой линии, что препятствует раскрытию стыка как по крутящему моменту, так и по осевой силе.
Заявленное изобретение позволяет повысить нагрузочную способность соединения с натягом.
1. Соединение с натягом деталей типа вал-втулка, имеющих сопряженные цилиндрические поверхности, отличающееся тем, что вал и втулка выполнены из одного материала с одинаковыми физико-механическими свойствами с выступами в виде дорожек лазерной закалки шириной а и шагом 2а, выполненных под углом 0-90° к оси соединения, причем противолежащие дорожки вала и втулки смещены относительно друг друга на ширину а дорожки.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что при выполнении дорожек под углом 90° к оси соединения на валу и втулке дорожки расположены по кольцевым линиям в плоскостях, перпендикулярных оси соединения.
3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что при выполнении дорожек под углом 0° к оси соединения на валу и втулке дорожки расположены параллельно оси соединения по прямым линиям.
4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что при выполнении дорожек под углом, отличным от 0° и 90° к оси соединения на валу и втулке дорожки расположены по винтовым линиям.
