Коническая втулка

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к устройствам для соединения совместно вращающихся частей. Коническая втулка выполнена в форе усеченного конуса, имеет сквозной боковой разрез. Боковой разрез выполнен спиральной формы с одним оборотом. Проекция линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, может представлять собой спираль Архимеда или логарифмическую спираль. Достигается повышение надёжности работы втулки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения для соединения совместно вращающихся частей.

Уровень техники

Известна цилиндрическая втулка, имеющая внутреннее осевое цилиндрическое отверстие, позволяющее надеть этот элемент на приводной вал (см., например, книгу Д.Н. Решетова «Детали машин», стр. 84, рис. 6.5. М.: Машиностроение, 1989 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является элемент, соединяющий приводной вал со ступицей, включающий коническую втулку, разрезанную по направляющей с внутренним осевым цилиндрическим отверстием, позволяющим надеть этот элемент на приводной вал, и наружной конусной стенкой, на которую надевается ступица с фиксирующими ее положение крепежными болтами. Такие съемные ступицы поступают на рынок под товарным знаком SKF, см., например (http://www.skf.com/portal/skf_ru/home/products?maincatalogue=1&lang=ru&newlink=1_16_ 2).

Раскрытие изобретения

Коническая втулка в форме усеченного конуса с осевым цилиндрическим отверстием выполнена со спиральным боковым разрезом на высоту конуса с одним оборотом от основания конуса радиуса R до противоположного основания конуса радиуса r<R, причем по обоим концам спиральных разрезов выполнены уступы.

Уравнение проекции линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, представляет собой спираль Архимеда: ρ(φ)=R-(R-r)·φ/2π, где R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π).

Уравнение проекции линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, представляет собой логарифмическую спираль, например: ρ(φ)=R 2^kφ/π, где k=ln(r/R)/ln4, R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π).

Оба уравнения спиральных разрезов в отмеченном угловом интервале геометрически близки между собой, однако отметим и разницу между ними. Спираль Архимеда более простая в разметке и исполнении, а логарифмическая спираль более короткая.

Коническая втулка используется в соединении приводного вала со ступицей для передачи крутящего момента за счет сил трения между валом, втулкой и ступицей, возникающих при натяжении ступицы на втулку. При натяжении ступицы на коническую втулку с линейным разрезом по образующей происходит обжатие втулки, сопровождающееся уменьшением ширины разреза, при этом по линии разреза образуется концентратор напряжений, в зоне которого многократно возрастают касательные напряжения на поверхности втулки и нормальные напряжения сжатия на краях разреза. В случае применения втулки с разрезом по спирали концентратор напряжения остается, однако вследствие спиральной геометрии разреза он «размазывается» по окружности, что приводит к уменьшению величины напряжений и, как следствие, повышению надежности работы втулки и соединения в целом. Уступы по обоим концам спиральных разрезов выполнены для улучшения сопряжения берегов разреза при затягивании.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена фронтальная проекция конической втулки с частичным вырезом.

На фиг. 2 показана проекция конической втулки в плане.

На фиг. 3 представлена аксонометрия конической втулки.

На фиг. 4 представлены спираль Архимеда и спираль логарифмическая.

Осуществление изобретения

Коническая втулка (1) в форме усеченного конуса выполнена со спиральным боковым разрезом (2) на высоту конуса с одним оборотом от основания конуса радиуса R до противоположного основания конуса радиуса r<R, причем по обоим концам спиральных разрезов выполнены уступы (3) для улучшения сопряжения берегов разреза при затягивании.

Уравнение проекции линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, может представлять собой спираль Архимеда (4): ρ(φ)=R-(R-r)·φ/2π, где R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π), (фиг. 4).

Уравнение проекции линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, может быть логарифмической спиралью (5), например: ρ(φ)=R 2^kπ/π, где k=ln(r/R)/ln4, R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π), (фиг. 4).

Оба спиральных разреза в отмеченном угловом интервале геометрически близки между собой. Спираль Архимеда более простая в разметке и исполнении, а логарифмическая спираль более короткая.

Коническая втулка используется в соединении приводного вала со ступицей для передачи крутящего момента за счет сил трения между валом, втулкой и ступицей, возникающих при натяжении ступицы на втулку. При натяжении ступицы на коническую втулку с линейным разрезом по образующей происходит обжатие втулки, сопровождающееся уменьшением ширины разреза, при этом по линии разреза образуется концентратор напряжений, в зоне которого многократно возрастают касательные напряжения на поверхности втулки и нормальные напряжения сжатия на краях разреза. В случае применения втулки с разрезом по спирали концентратор напряжения остается, однако вследствие спиральной геометрии разреза он «размазывается» по окружности, что приводит к уменьшению величины напряжений и, как следствие, повышению надежности работы втулки и соединения в целом.

1. Коническая втулка в форме усеченного конуса с осевым цилиндрическим отверстием и боковым разрезом на высоту конуса, отличающаяся тем, что боковой разрез выполнен спиральным с одним оборотом от основания конуса радиуса R до противоположного основания конуса радиуса r<R.

2. Коническая втулка по п. 1, отличающаяся тем, что проекция линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, представляет собой спираль Архимеда: ρ(φ)=R-(R-r)·φ/2π, где R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус плоской спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π).

3. Коническая втулка по п. 1, отличающаяся тем, что проекция линии бокового разреза на плоскость, перпендикулярную оси конуса, представляет собой логарифмическую спираль, например ρ(φ)=R 2^kφ/π, где k=ln(r/R)/ln4, R - наибольший радиус конуса, r - наименьший радиус конуса, ρ - полярный радиус плоской спирали, φ - полярный угол (0≤φ≤2π).