Соединение вала
Изобретение относится к соединению вала. Сущность изобретения заключается в том, что соединение вала содержит две дополняющие друг друга по форме и образующие разъемное соединение половины соединительной муфты, которые при соединении между собой образуют разъемную соединительную муфту. Муфта имеет ось и снабжена по меньшей мере одним гнездом для первого элемента вала, соединяемого без возможности вращения со вторым элементом вала так, что первый и второй элементы вала выравниваются по указанной оси соединительной муфты. Устройство содержит зажимные элементы для удерживания половин соединительной муфты вместе и их фиксации относительно первого элемента вала и удерживающее устройство, включающее в себя входящие между собой в зацепление удерживающие элементы для непосредственной фиксации первого элемента вала без возможности вращательного движения относительно соединительной муфты. Половины соединительной муфты содержат в гнезде несколько протяженных передающих усилие элементов, образующих указанные удерживающие элементы и проходящих вдоль линии, образующей угол с плоскостью, перпендикулярной оси соединительной муфты, и имеющих форму, допускающую их взаимное зацепление с дополняющими передающими усилие элементами на первом элементе вала. Передающие усилие элементы в гнезде образуют первую группу и вторую группу указанных передающих усилие элементов. Указанный угол для первой группы отличается от угла для второй группы. Техническим результатом является усовершенствование удерживающего устройства разъемной соединительной муфты. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к соединению вала, состоящему из двух, дополняющих одна другую по форме и образующих разъемное соединение половин соединительной муфты, которые при соединении между собой образуют разъемную соединительную муфту, имеющую ось и снабженную по меньшей мере одним гнездом для первого элемента вала, который должен соединяться, не допуская при этом вращения, со вторым элементом вала так, что первый и второй элементы вала выравниваются по указанной оси соединительной муфты, а также содержащую зажимные элементы, предназначенные для удерживания половин соединительной муфты вместе и их фиксации относительно первого элемента вала, и удерживающее устройство, включающее в себя входящие между собой в зацепление удерживающие элементы и предназначенное для непосредственной фиксации первого элемента вала, не допуская вращательного движения относительно соединительной муфты.
В известных муфтах вала этого типа, известных также как соединительные муфты или уплотнительные муфты, удерживающее устройство обычно содержит шпоночное соединение, имеющее по меньшей мере одну осевую шпонку, вставленную в совмещающую шпоночную канавку в соединительной муфте, образуемой половинами соединительной муфты в элементе или элементах вала. Шпонка служит элементом непосредственной фиксации, препятствующим относительному вращательному движению соединительной муфты, с одной стороны, и элемента или элементов вала, с другой стороны, в том случае, если фрикционная фиксация элемента или элементов вала оказывается недостаточной. Иногда удерживающее устройство содержит также один или несколько дополнительных удерживающих элементов, обеспечивающих непосредственную фиксацию элемента или элементов вала на соединительной муфте, не допускающую их осевого смещения относительно соединительной муфты.
Разъемные соединительные муфты обладают рядом преимуществ. Так, например, они дешевы по сравнению со многими другими видами муфт. Они не требуют специального инструмента для их установки и не требуют также дополнительного увеличения длины валов, чтобы обеспечить возможность установки. Однако в применявшихся до сих пор разъемных соединительных муфтах использование удерживающего устройства является проблематичным.
Удерживающее устройство с использованием в качестве удерживающих элементов осевых шпонок имеет ряд важных недостатков. Один из недостатков заключается в том, что шпоночные канавки образуют области концентрации напряжений на соединительной муфте и элементе или элементах вала, и поэтому ограничивают допустимую величину передаваемого крутящего момента.
Другой недостаток заключается в том, что в случае, если муфта и элемент или элементы вала должны непосредственно удерживаться вместе как в круговом, так и в осевом направлении с целью передачи значительных крутящих моментов и больших осевых усилий, требуется удерживающее устройство, содержащее как, по меньшей мере, одну осевую шпонку, так и, по меньшей мере, одну поперечную шпонку.
Еще один недостаток заключается в том, что часто бывает трудно создать достаточное усилие зажима, т.е. добиться достаточной величины трения между соединительной муфтой и элементом или элементами вала, в особенности в разъемных соединительных муфтах, требующейся для передачи очень больших крутящих моментов. Поэтому на практике приходится использовать удерживающее устройство для передачи хотя бы части нужного крутящего момента.
Недостатком является также то, что шпоночные соединения часто демонстрируют некоторый вращательный люфт при повторном изменении на противоположное направление кручения.
Еще одной проблемой является то, что поверхности контакта между соединительной муфтой и элементом или элементами вала подвержены так называемому фреттингу или коррозионному истиранию.
Основной целью настоящего изобретения является предложение муфты вала и, более конкретно, разъемной соединительной муфты с усовершенствованным удерживающим устройством.
Согласно настоящему изобретению этой цели достигают с помощью конструкции муфты вала, описанной в отличительной части независимых пунктов формулы изобретения.
В муфте вала, являющейся предметом настоящего изобретения, предлагается, таким образом, гнездо с протяженными передающими усилие элементами, образующими удерживающие элементы удерживающего устройства и проходящими вдоль линии, образующей угол с плоскостью, перпендикулярной оси соединительной муфты, и имеющими форму, допускающую их взаимное зацепление с дополнительными передающими усилие элементами на элементе вала, вставленном в гнездо. Передающие усилие элементы в гнезде образуют первую группу передающих усилие элементов и вторую группу передающих усилие элементов, причем указанный угол для первой группы отличается от угла для второй группы.
Поскольку передающие усилие элементы образуют угол с плоскостью, перпендикулярной оси соединительной муфты, причем этот угол не одинаков для всех передающих усилие элементов, передающие усилие элементы могут передавать усилие как под углом, так и в осевом направлении, непосредственно скрепляя вал или элементы вала с соединительной муфтой так, что элемент или элементы вала не могут поворачиваться или перемещаться в осевом направлении относительно соединительной муфты. Более того, передающие усилие элементы могут быть размещены по поверхности гнезда или по меньшей мере на значительной части поверхности гнезда, так что они могут совместно передавать очень большой крутящий момент и очень большое осевое усилие даже в случае, если их ширина и высота невелики.
Для эффективного использования имеющегося пространства гнезда лучше, чтобы указанный угол был одинаковым для всех передающих усилие элементов, входящих в одну группу.
В предпочтительном варианте реализации передающие усилие элементы каждой группы представлены винтовой резьбой, причем резьба одной группы является левосторонней, а резьба другой группы - правосторонней. Резьба может иметь один или несколько входов и обычно является трапецеидальной резьбой.
В предпочтительном варианте реализации соединительную муфту предпочтительно изготавливают, используя в качестве заготовки цельную или не разделенную гильзу. После формирования способом внутренней нарезки на внутренней поверхности гильзы резьбы и необходимых углублений, обычно отверстий под болты, с целью создания зажимных элементов гильзу разделяют в диаметральной плоскости таким образом, чтобы получить две, по существу, идентичные половины соединительной муфты.
Вне зависимости от того, образованы ли передающие усилие элементы винтовой резьбой или иными структурами, конечно необходимо гарантировать, чтобы передающие усилие элементы подходили к обеим группам передающих усилие элементов соответствующего гнезда при определенном угловом положении элемента вала относительно соединительной муфты.
Важным свойством соединения, являющегося предметом настоящего изобретения, является то, что оно может быть легко сконструировано с приданием ему нужных размеров таким образом, что непосредственное и взаимно блокирующее соединение соединительной гильзы с элементом или элементами вала оказывается само по себе достаточным для получения соединения, обладающего способностью передавать нужные крутящий момент и осевое усилие, так что нет необходимости рассчитывать также на фрикционное взаимодействие, хотя возможно также наличие фрикционного взаимодействия, обеспечивающего дополнительную надежность. Соответственно существует возможность, без неизбежного понижения в опасной степени способности соединения к передаче крутящего момента или осевого усилия, наносить средство защиты поверхности на внутренние поверхности половин соединительной муфты, соприкасающиеся с наружными поверхностями элемента вала с целью предотвращения или противодействия фреттингу этих поверхностей и для облегчения монтажа и демонтажа соединения.
Изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показан в качестве примера предпочтительный вариант его реализации.
На фиг.1 - вид сбоку соединения вала, представляющего изобретение, причем соединение установлено на двух элементах вала с целью их жесткого скрепления;
на фиг.2 - вид сверху соединения на фиг.1;
на фиг.3 - вид сбоку, сходный с фиг.1, однако показывающий соединение со снятой верхней половиной соединительной муфты;
на фиг.4 - вид сверху, соответствующий фиг.3;
на фиг.5 - вид соединения в поперечном разрезе, выполненном по линии V-V на фиг.1, причем элемент вала, пересекаемый секущей плоскостью, показан с торца;
на фиг.6 - вид в диаметральном разрезе по линии VI-VI на фиг.5, причем элементы вала, соединенные между собой соединительной гильзой, опущены;
на фиг.7 - вид в поперечном разрезе по линии VII-VII на фиг.5;
на фиг.8 - модификация соединения на фиг.1.
Соединение вала, показанное в качестве примера на фиг.1-7, обозначается в целом позицией 10. Соединение вала 10 предназначено для удержания вместе двух элементов вала А1 и А2, которые совмещены тесно прилегающими друг к другу противостоящими концами.
Соединение 10 содержит две, по существу, идентичные половины соединительной муфты 11 и 12, которые представляют собой «диагональные» зеркальные или обращенные копии друг друга, и ряд зажимных элементов, образуемых болтами 13, которые удерживают вместе половины соединительной муфты и прижимают их к элементам вала А1 и А2, причем их оси С1 и С2, по существу, совпадают с осью С3 соединительной муфты.
Когда половины соединительной муфты 11, 12 сжимаются вместе так, как показано на чертежах, они совместно образуют круговую цилиндрическую соединительную муфту, являющуюся концентричной с элементами вала А1 и А2 и жестко охватывающую их. Специалистам в области зажимных муфт хорошо известно, что размеры половин соединительной муфты должны соотноситься с размерами элементов вала А1, А2 таким образом, чтобы между противостоящими поверхностями 11А, 12А половин соединительной муфты оставалось хотя бы небольшое свободное пространство даже в тех случаях, когда они прочно сжимаются вместе, как показано, в частности, на фиг.5.
Внутренняя сторона соединительной муфты, образуемая половинами соединительной муфты 11, 12, содержит два аксиально выровненных гнезда 14, 15, являющихся обычно цилиндрическими и образующих оправу для помещения в них концевых частей совмещенных элементов вала А1 и А2.
Поверхность гнезд 14 и 15 не вполне гладкая, поскольку они снабжены внутренней винтовой резьбой 16 и 17 соответственно, которая дополняется и, соответственно, входит в наружную винтовую резьбу А3 и А4 на элементах вала А1 и А2 соответственно. В показанном варианте реализации винтовая резьба является трапецеидальной, как показано на фиг.7. Соответственно винтовая резьба является стандартной винтовой резьбой.
В каждом гнезде 14, 15 винтовая резьба 16 и 17, соответственно, делится на два участка резьбы, 16А, 16В и 17А, 17В соответственно, которые разделяются соответственно небольшим зазором 16С и 17С. На внутреннем участке резьбы 16А, 17А резьба 16, 17 является правосторонней, в то время как на наружном участке резьбы 16В, 17В - левосторонней. Вне зависимости от противоположной направленности, винтовая резьба на двух участках резьбы каждого из гнезд 14, 15 сходна в показанном варианте реализации, но она может также быть различной в пределах объема изобретения.
Соответственно винтовая резьба А2 и А4 на элементах вала А1 и А2, соответственно, разделяется на два участка резьбы А3А, А3В и А4А, А4В, соответственно, с противоположной направленностью.
В каждом гнезде 14, 15 винтовая резьба каждого участка резьбы образует множество протяженных удерживающих элементов, проходящих вдоль цилиндрической спиральной линии, т.е. наклонной линии, включающей в себя угол, равный углу шага винтовой резьбы, к плоскости, перпендикулярной оси С3 соединительной муфты, такой как плоскость L на фиг.1. Этот угол показан на фиг.6 для удерживающего элемента в каждом из участков резьбы 16А и 16В и обозначен, соответственно, как +а и -а, причем знаки плюс и минус означают соответственно правостороннюю резьбу и левостороннюю резьбу. Каждый удерживающий элемент образуется сегментом гребня винтовой резьбы, проходящим между поверхностями 11А, 12А половин соединительной муфты 11, 12. В показанных на фиг.4 и 7 в кружках увеличенных изображениях удерживающие элементы участков резьбы 16А, 16В, т.е. гнезда 14, обозначены позицией 16D.
Удерживающие элементы в гнездах 14, 15 являются передающими усилие элементами, которые приспособлены для взаимодействия с дополняющими удерживающими элементами, аналогичным образом служащими для передачи усилия, на участке элемента вала 14, 15, введенном в соответствующее гнездо для передачи крутящего момента и осевых усилий между элементом вала, введенным в гнездо, и соединительной муфтой.
Дополняющие удерживающие элементы образуются гребнем винтовой резьбы А3 и А4 элементов вала А1 и А2. Каждый дополняющий удерживающий элемент образуется сегментом непрерывного гребня винтовой резьбы А3 и А4, с которым в то время, когда половины соединительной муфты прижаты к элементам вала А1, А2, находится в зацеплении удерживающий элемент в гнезде 14, 15. Соответственно каждый удерживающий элемент элементов вала соответствует половине полного витка винтовой резьбы. На увеличенной части фиг.4 и фиг.7 удерживающие элементы элемента вала А1 обозначены позицией А3D.
Как показано на фиг.7, винтовая резьба представленного в качестве примера варианта реализации имеет трапецеидальный профиль. Этот профиль преимущественно является стандартизированным профилем, профильный угол которого равен 30о, а угол наклона боковой стороны резьбы, таким образом, равен 15о. Поскольку всегда имеется некоторый зазор между вершиной одной резьбы и дном другой резьбы, а половины соединительной муфты 11, 12 не образуют полного полукруга, половины соединительной муфты всегда могут соединяться с элементами вала А1, А2 с возможностью люфта при их обжатии вокруг них.
Угол наклона боковой поверхности резьбы создает также, за счет сжимающего усилия, приложенного болтами 13, устойчивое расклинивающее действие и, таким образом, большое осевое усилие между гребнями винтовой резьбы, взаимодействующими между собой. В результате соединительная муфта, образуемая половинами соединительной муфты 11, 12, обеспечивает прочное соединение элементов вала как по окружности, так и в осевом направлении. В то же время усилия, которые должны передаваться между соединительной муфтой и элементами вала, распределяются по большой поверхности без большой глубины профиля резьбы, и крутящий момент и осевое усилие, которые должны передаваться соединением между элементами вала, должным образом распределяются по соединению. Это означает, что материал половин соединительной муфты будет эффективно использоваться, так что наружный диаметр соединительной муфты можно свести к минимуму.
В варианте реализации, показанном в качестве примера, и который спроектирован для элементов вала большого диаметра, таких как валы корабельных винтов, болты 13, соединяющие и сжимающие половины соединительной муфты 11, 12 между собой, являются резьбовыми шпильками, один конец которых ввинчивают в одну из половин соединительной муфты. Они снабжены гайкой 13А, опирающейся на другую половину соединительной муфты через промежуточную шайбу.
Гайка 13А является гайкой, которую предлагают на рынке под товарным знаком Superbolt® и которая описана, например, в патенте GB-2156935. При выполнении сжатия гайку 13А навинчивают обычным образом на резьбовую шпильку 13 до тех пор, пока она не войдет во взаимодействие со своим гнездом в соответствующей одной из половин соединительной муфты 11, 12. Затем резьбовую шпильку натягивают с помощью, например, 8 или 12 винтов меньших размеров, расположенных по кругу, прилегающему к окружности гайки 13А и проходящих в осевом направлении сквозь гайку. Через шайбу винты опираются на поверхность гнезда половины соединительной муфты. Эти винты меньших размеров изготавливают с шестигранным гнездом для завинчивающего винты инструмента. Использование гайки такого типа позволяет в достаточной степени натягивать резьбовую шпильку без необходимости использования тяжелого и громоздкого инструмента. Это является важным фактором в тех случаях, когда муфту нужно устанавливать в местах с ограниченным и затрудненным доступом.
Соединительная муфта 10', показанная на фиг.8, изменена по сравнению с муфтой, показанной на фиг.1-8, только в том отношении, что половина каждой половины соединительной муфты, расположенная справа от пунктирной линии L на фиг.1, заменена полукруглым фланцем 11В, 12В, снабженным отверстиями под болты, так что половины соединительной муфты 11', 12' могут быть скреплены болтами с круглым фланцем на элементе вала А2'.
1. Соединение вала, содержащее две дополняющие друг друга по форме и образующие разъемное соединение половины соединительной муфты (11, 12), которые при соединении между собой образуют разъемную соединительную муфту, имеющую ось (С3) и снабженную по меньшей мере одним гнездом (14) для первого элемента вала (А1), соединяемого без возможности вращения со вторым элементом вала (А2, А2') так, что первый и второй элементы вала выравниваются по указанной оси соединительной муфты, зажимные элементы (13) для удерживания половин соединительной муфты (11, 12) вместе и их фиксации относительно первого элемента вала (А1), и удерживающее устройство (16, А3), включающее в себя входящие между собой в зацепление удерживающие элементы для непосредственной фиксации первого элемента вала без возможности вращательного движения относительно соединительной муфты, отличающееся тем, что половины соединительной муфты (11, 12) содержат в указанном гнезде (14, 15) несколько протяженных передающих усилие элементов (16D), образующих указанные удерживающие элементы и проходящих вдоль линии, образующей угол (+а, -а) с плоскостью (L), перпендикулярной указанной оси (С3) соединительной муфты, и имеющих форму, допускающую их взаимное зацепление с дополняющими передающими усилие элементами (A3D) на первом элементе вала (А1), причем указанные передающие усилие элементы в указанном гнезде образуют первую группу (16А) и вторую группу (16В) указанных передающих усилие элементов (16D), причем указанный угол (+а, -а) для первой группы отличается от угла для второй группы.
2. Соединение вала по п.1, отличающееся тем, что в пределах каждой из указанных групп (16А, 16В) указанный угол (+а, -а) является одинаковым для всех передающих усилие элементов (16D).
3. Соединение вала по п.2, отличающееся тем, что указанный угол (+а) первой из указанных групп (16А) передающих усилие элементов (16D) имеет такое же абсолютное значение, что и указанный угол (-а) второй из указанных групп (16В) передающих усилие элементов (16D), однако имеет противоположную направленность.
4. Соединение вала по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что указанная первая группа (16А) указанных передающих усилие элементов (16D) и указанная вторая группа (16В) указанных передающих усилие элементов (16D) являются зеркальными копиями друг друга.
5. Соединение вала по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что указанная линия, вдоль которой проходят указанные передающие усилие элементы (16D), является спиральной линией или частью спиральной линии.
6. Соединение вала по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что передающие усилие элементы (16D) образованы гребнями на поверхности гнезда.
7. Соединение вала по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что указанные передающие усилие элементы (16D) состоят из участков винтовой резьбы (16, 17).
8. Соединение вала по п.7, отличающееся тем, что участки винтовой резьбы (16, 17) являются участками трапецеидальной винтовой резьбы.
9. Соединение вала по п.7 или 8, отличающееся тем, что винтовая резьба имеет несколько входов.
10. Соединение вала по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что соединительная муфта содержит в дополнение к гнезду (14) для первого элемента вала (А1) второе гнездо (15) для второго элемента вала (А2), причем указанное второе гнездо отделено определенным промежутком от указанного гнезда (14) для первого элемента вала (А1) на указанной оси (С3).
11. Соединение вала по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что соединительная муфта содержит единственное гнездо (14) для элемента вала (А1, А2), и именно указанное гнездо для первого элемента вала (А1), и фланец (11В) для соединения соединительной муфты со вторым элементом вала (А2'), причем указанный фланец отделен определенным промежутком от указанного гнезда на указанной оси (С3).
12. Узел соединения вала, содержащий первый элемент вала (А1), второй элемент вала (А2, А2') и соединение вала (10) для жесткого взаимного соединения в осевом и круговом направлениях указанных первого и второго элементов вала при выравнивании первого и второго элементов вала относительно друг друга, причем указанное соединение вала включает в себя две дополняющие друг друга по форме и образующие разъемное соединение половины соединительной муфты (11, 12), которые при соединении между собой образуют разъемную соединительную муфту, имеющую опору или опоры (14, 11В, 12В) для элементов вала, причем указанные опора или опоры содержат по меньшей мере одно гнездо (14) для первого элемента вала (А1), причем указанное гнездо проходит вдоль оси соединительной муфты, зажимные элементы (13), предназначенные для удерживания половин соединительной муфты (11, 12) вместе и их обжатия вокруг первого элемента вала (А1), и удерживающее устройство (16, А3), включающее в себя входящие между собой в зацепление удерживающие элементы для непосредственной фиксации первого элемента вала (А1) без возможности вращательного движения относительно соединительной муфты, отличающееся тем, что половины соединительной муфты (11, 12) содержат в указанном гнезде (14, 15) несколько протяженных передающих усилие элементов (16D), образующих указанные удерживающие элементы и проходящих вдоль линии, образующей угол (+а, -а) с плоскостью (L), перпендикулярной указанной оси (С3) соединительной муфты, по меньшей мере один из указанных элементов вала (А1) содержит передающие усилие элементы (A3D), которые являются дополняющими к указанным передающим усилие элементам (16D) в указанном гнезде (14) и приспособлены для взаимно блокирующего соединения с указанными передающими усилие элементами (16D), причем и указанные передающие усилие элементы в указанном гнезде (14), и указанные передающие усилие элементы на указанном одном элементе вала (А1) образуют первую группу (16А, A3А) указанных передающих усилие элементов и вторую группу (16В, А3В) указанных передающих усилие элементов, и указанный угол (+а, -а) указанной первой группы отличается от такого угла указанной второй группы.
13. Узел соединения вала по п.12, отличающийся тем, что в пределах каждой из указанных групп (16А, 16В) указанный угол (+а, -а) одинаков для всех передающих усилие элементов (16D).
14. Узел соединения вала по п.13, отличающийся тем, что указанная первая группа (16А) указанных передающих усилие элементов (16D) и указанная вторая группа (16В) указанных передающих усилие элементов (16D) являются зеркальными копиями друг друга.
15. Узел соединения вала по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что указанные передающие усилие элементы (16D) состоят из участков винтовой резьбы (16, 17).
16. Узел соединения вала по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что соединительная муфта содержит в дополнение к указанному гнезду (14) для первого элемента вала (А1) второе гнездо (15) для второго элемента вала (А2), причем указанное второе гнездо отделено определенным промежутком от указанного гнезда (14) для первого элемента вала (А1) на указанной оси (СЗ).
17. Узел соединения вала по п.16, отличающийся тем, что указанные опора или опоры соединительной муфты содержат единственное гнездо (14) для элемента вала, и именно указанное гнездо для первого элемента вала (А1), и фланец (11В) для соединения соединительной муфты со вторым элементом вала (А2), причем указанный фланец отделен определенным промежутком от указанного гнезда.
