Шпоночное соединение



Шпоночное соединение
Шпоночное соединение
Шпоночное соединение
Шпоночное соединение

 


Владельцы патента RU 2502895:

Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической технике для соединения между собой различных составных частей изделий (корпусов, сопел, днищ, отсеков и т.д.), а также в других областях. В конструкции шпоночного соединения длина шпонки в поперечном сечении по дуге окружности сопрягаемой поверхности наружного шпангоута должна удовлетворять соотношению

l > 4 R max arcsin δ max 2 R max ,

где l - длина шпонки; Rmax - максимальный радиус сопрягаемой поверхности наружного шпангоута; δmax - максимальный радиальный зазор между сопрягаемыми поверхностями шпангоутов. Предлагаемая конструкция шпоночного соединения исключает поворот шпонки в кольцевой полости. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает равномерность контактных напряжений между соединяемыми элементами и шпонкой, практически исключает возникновение участков смятия деталей, что повышает надежность работы шпоночного соединения. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической технике для соединения между собой различных составных частей изделий (корпусов, сопел, днищ, отсеков и т.д.), а также в других областях.

Широко известны шпоночные соединения, применяемые для стыковки между собой элементов РДТТ (см. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл. - корр. РАН, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова. - М.: «Машиностроение», 1993. - Стр.70 (рис 2.23 г); стр.118 (рис.2.51)).

Основным недостатком такой конструкции является то, что при повороте шпонки в кольцевой полости при действии осевой нагрузки контакт соединяемых элементов со шпонкой происходит в локальных участках, а не по боковым площадкам шпонки. В связи с этим значительно возрастает контактное давление, в ряде случаев происходит местное смятие металла в участках контакта у соединяемых элементов. В результате затрудняется последующая разборка стыка (например, после проведения испытаний), требуется доработка деталей соединения и возникает вопрос о дальнейшей работоспособности соединения.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы шпоночного соединения за счет исключения поворота шпонки в кольцевой полости и уменьшение неравномерности контактного давления между шпонкой и соединяемыми элементами.

Технический результат достигается тем, что в шпоночном соединении частей изделий, содержащих наружный и внутренний шпангоуты, в кольцевую полость между которыми установлены шпонки, длина шпонки в поперечном сечении по дуге окружности сопрягаемой поверхности наружного шпангоута должна удовлетворять соотношению

l > 4 R max arcsin δ max 2 R max ,

где l - длина шпонки;

Rmax - максимальный радиус сопрягаемой поверхности наружного шпангоута;

δmax - максимальный радиальный зазор между сопрягаемыми поверхностями шпангоутов.

На фиг.1 показана в сечении схема работы шпоночного соединения при короткой шпонке.

На фиг.2 показано в сечении схема работы шпоночного соединения при увеличенной длине шпонки.

На фиг.3 в поперечном сечении показаны точки контакта шпангоутов со шпонкой.

На фиг.4 в поперечном сечении показана шпонка критичной длины.

При работе шпоночного соединения (фиг.1) при сдвигающей нагрузке Т, действующей на наружный 1 и внутренний 2 шпангоуты, шпонка 3 может поворачиваться в кольцевой полости, образованной шпоночными пазами 4, 5 шпангоутов 1, 2.

Учитывая, что для уменьшения трения при заведении шпонок ширина шпоночных пазов выполняется большей, чем ширина шпонки, шпоночный паз может только частично ограничить поворот шпонки, при этом картина работы соединения принципиально не меняется.

На фиг.1 показан максимально возможный угол поворота βmах шпонки 3 без ограничений при отсутствии трения по контактным участкам, который реализуется при минимально возможной длине шпонки, и может быть определен по формуле:

β max = arcsin δ a ,                                                                          ( 1 )

где δ - радиальный зазор между сопрягаемыми поверхностями шпангоутов;

а - ширина шпонки.

При наличии трения по контактным участкам угол поворота шпонки будет несколько меньше.

При повороте шпонки с каждой из плоских боковых поверхностей шпонки контактирует кольцевое ребро 6, 7 шпоночного паза соответствующего шпангоута, поэтому контакт соединяемых элементов при повороте шпонки (теоретически - точечный) происходит по локальным участкам малой площади, расположенным на окружностях кольцевых ребер 6, 7. Силы S в сечении (фиг.1) расположены на прямой, проходящей через ребра 6, 7 шпоночных пазов шпангоутов, и направлены перпендикулярно к боковым поверхностям шпонки.

В этом случае схема работы соединения является нерасчетной со значительным увеличением местного контактного давления и, в итоге, приводит к смятию металла на соединяемых элементах и на самой шпонке.

На фиг.2 представлен поворот более длинной шпонки, чем на фиг.1. Угол поворота β уменьшился, так как точки контакта 9 ребра наружного шпангоута 1 со шпонкой 3 расположены на краях шпонки и поэтому смещены по окружности ребра 6, что в сечении на фиг.2 соответствует смещению точек контакта 9 на величину h. В этом случае угол поворота шпонки β определяется по формуле:

β = arcsin δ h a ,                                                                    ( 1 )

На фиг.3 в поперечном сечении показаны точки контакта 8, 9 ребер шпангоутов со шпонкой. При этом точка контакта 8 с ребром 7 внутреннего шпангоута 2 со шпонкой 3 расположена посередине длины шпонки, а точки контакта 9 с ребром 6 наружного шпангоута 1 расположены по краям шпонки.

Смещение h (фиг.2) может быть определено из фиг.3:

h = R ( 1 cos θ ) = 2 R sin 2 θ 2                                                          ( 2 )

где R - радиус окружности ребра шпоночного паза наружного шпангоута;

θ - угол расположения по дуге окружности ребра 6 краевых точек 9 шпонки 3 от ее среднего сечения.

В начальном положении (без поворота) сила S в точке 8 и две силы S/2 в точках 9 (фиг.3), направленные перпендикулярно плоскости чертежа, создают на шпонке крутящий момент с плечом δ-h, который приводит к повороту шпонки. Поворот продолжается до устойчивого равновесия шпонки, пока действует крутящий момент. При отсутствии трения по контактным участкам конечное положение показано на фиг.2, когда сила S в точке 8 и две силы S/2 в точках 9 находятся в одной плоскости и крутящий момент на шпонке отсутствует.

Длина шпонки по дуге соответствует длине дуги окружности ребра 6 (фиг.3):

l = 2 R θ                                                                                                  ( 3 )

Исключая из формул (2), (3) угол θ, зависимость между величиной h смещения краевых точек 6 в сечении (фиг2) и длиной шпонки l запишется в виде:

h = 2 R sin 2 ( l 4 R ) .                                                                                     ( 4 )

Исключить поворот шпонки и существенно уменьшить контактное давления между шпонкой и ребрами шпангоутов возможно при выборе соответствующей длины шпонки.

Из формулы (1) следует, что угол поворота шпонки равен нулю при условии δ=h. В этом случае все действующие на шпонку силы в точках 8 и 9 находятся в одной плоскости и крутящий момент на шпонке отсутствует. Это соответствует минимальной длине шпонки lm по дуге окружности ребра 6, при которой поворот шпонки должен отсутствовать. Из уравнения (4) следует минимальная (критичная) длина шпонки, которая является нижней границей допустимых длин шпонки при отсутствии ее поворота.

l m = 4 R arcsin δ 2 R .                                                                   ( 5 )

Однако при этой длине равновесие шпонки будет неустойчивым, и практически за счет неточности величин, входящих в формулу (5), и возможного некоторого смятия контактных поверхностей может появиться угол поворота шпонки, что снова приведет к нерасчетной работе соединения.

Поэтому на практике для устойчивого равновесия шпонки при нулевом угле поворота длина шпонки l должна быть увеличена по сравнению с соотношением (5) и рассчитываться по максимальным значениям параметров:

l > 4 R max arcsin δ max 2 R max

Таким образом, предлагаемое техническое решение исключает поворот шпонки в кольцевой полости, обеспечивает равномерность распределение контактных давлений между соединяемыми элементами и шпонкой и практически исключает возникновение участков смятия деталей, что повышает надежность работы шпоночного соединения.

Шпоночное соединение частей изделий, содержащих наружный и внутренний шпангоуты, в кольцевую полость между которыми установлены шпонки, отличающееся тем, что длина шпонки в поперечном сечении по дуге окружности сопрягаемой поверхности наружного шпангоута должна удовлетворять соотношению
l > 4 R max arcsin δ max 2 R max ,
где l - длина шпонки;
Rmax - максимальный радиус сопрягаемой поверхности наружного шпангоута;
δmax - максимальный радиальный зазор между сопрягаемыми поверхностями шпангоутов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ножным кривошипным механизмам. .

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано в ненапряженных шпоночных соединениях с невыпадающей шпонкой и направлено на повышение надежности соединения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической технике для соединения между собой различных составных частей изделий, а также в других областях, и направлено на равномерность контактных напряжений между соединяемыми элементами и шпонкой и практически исключает возникновение участков смятия деталей.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к разъемным соединениям, передающим крутящий момент, и может быть использовано в конструкциях соединений деталей машин, приборов и оборудования.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к шпоночным соединениям. .

Изобретение относится к управлению автоматическим переключением передач велосипеда посредством центробежной силы вращающихся грузов с последующим подключением вспомогательного усилия от втулки вращающегося колеса для срабатывания заднего переключателя передач.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в сборочных узлах машин и оборудования для соединения преимущественно тонкостенных деталей с помощью шпонки со стороны их торцовых поверхностей.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической отрасли для соединения между собой различных составных частей изделий.

Изобретение относится к машиностроению, к разъемным соединениям, передающим крутящий момент, и может быть использовано в конструкциях соединений деталей машин, приборов и оборудования.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к системе и соответствующему способу добычи углеводородов из нескольких поземных пластов, а также к смешиванию или к одновременному извлечению таких углеводородов. Скважинный инструмент состоит из нескольких трубчатых секций, соединяемых новой безрезьбовой линейной соединительной системой. Внутри цилиндрических стенок соседних стенок обеспечен канал для электрических проводников для соединения электронных компонентов в различных секциях инструмента. Уплотнительные втулки и другие уплотнительные элементы, расположенные в канале для электрических проводников, обеспечивают поддержание атмосферного давления для электрических компонентов внутри инструмента. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к разъемным соединениям, предающим крутящий момент и осевую нагрузку, и может быть использовано в конструкциях соединения валов, деталей машин, приборов и оборудования. Шпоночное соединение включает охватываемую и охватывающую детали, шпонку, установленную в пазы соединяемых деталей, выполненную, как и шпоночные пазы, в виде двояковыпуклой линзы, защитную втулку, зафиксированную на охватываемой детали. В пазах соединяемых валов, в плоскости, перпендикулярной оси, установлены диаметрально противоположно две поперечные шпонки, выполненные, как и пазы, с радиусом, равным радиусу наружного диаметра охватывающего вала, причем ширина шпонки и пазов одинакова. Данная конструкция надежна в работе, технологична в изготовлении, обладает низкой трудоемкостью изготовления, имеет возможность передачи как крутящего момента, так и осевой нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к устройству стопорения крутящего момента для привода скважинных погружных насосов и направлено на предохранение от поломки элементов соединения при достижении крутящего момента предельного значения. Устройство для предохранения узла привода скважинного насоса от перегрузки по крутящему моменту содержит по меньшей мере один предохранительный элемент, выполненный в виде шпонки, обеспечивающей передачу крутящего момента между скважинным насосом и узлом его привода и срезающейся при достижении крутящим моментом предельного значения, причем предохранительный элемент состоит по меньшей мере из двух материалов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх