Бесшпоночное соединение деталей

00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Сумский филиал Харьковского политехнического института им. В. И, Ленина (72) Д. В, Муриков, П, А. Василега и Г. М. Голофост(54) БЕСШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ(57) Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано, например, при испытании под нагрузкой электрических машин, валы которых не имеют шпоночных пазов. Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы (С) 1 при сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке, Соединение состоит из С 1 с продольными прорезями (ПП) 2 определенной ширины, выполненными на длину посадочной поверхности, вала 3 с коническим участком для установки на последнем С 1 и установленных в зоне ПП 2 стягивающих болтов (СБ) 4. Последние выполнены со сквозными осевыми отверстиями 5 для размещения в них нагревательных элементов. СБ 4 изготовлены с суммарной прочностью на растяжение, равной прочности на растяжение материала С 1 с поперечным сечением, равным площади ПП 2. Оптимальная длина СБ 4 определяется, исходя из среднего диаметра сопрягаем ых деталей по определенной зависимости. СБ 4 могут быть термоизолированы от С 1. Для обеспечения монтажа-демонтажа С 1 необходимо обеспечить расчетный нагрев только СБ 4, а на всей С 1, что снижает энергозатраты при эксплуатации соединения и обеспечивает простоту и удобство обслуживания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, при испытании под нагрузкой электрических машин, валы которых не имеют шпоночных пазов,Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы при сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке.На фиг, 1 изображено бесшпоночное соединение деталей, общий вид; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг, 3 - разрез Б - Б на фиг. 1.Соединение состоит из ступицы 1, в которой выполнены продольные прорези 2 на всю длину посадочной поверхности сопрягаемых деталей - ступицы 1 и вала 3. Каждая прорезь 2 имеет ширину 6 р, выбранную из условия обеспечения гарантированного зазора при затяжке, так как отсутствие зазора не позволяет передавать нагрузку от стягивающих болтов 4 на охватываемую деталь - вал. Оптимальная ширина прорезей определяется из соотношениябр= 6+ 0,01(асср,где 6 р - ширина прорези;6 - термическое удлинение стягивающих болтов;Йр - средний диаметр сопрягаемых деталей,Число прорезей 2 можно сделать от одной до нескольких, однако при одной прорези контактное давление охватывающей детали по окружности охватываемой детали (валу) неравномерное; при числе прорезей больше двух, усложняется конструкция соединения. Наиболее оптимальными являются две продольных прорези, а чтобы конструкция была симметричной и усилия равномерно распределялись на обе половины разрезаемой ступицы, прорези выполнены диаметрально противоположно.Каждая прорезь 2 скреплена стягивающими болтами 4, с суммарной прочностью на растяжение, определяемой, необходимым удельным давлением в сопрягаемых деталях и равной прочности материала ступицы 1 на растяжение, с сечением, равным площади АВС 17 продольной прорези 2.Сопротивление взаимному смещению сопряженных ступицы 1 и вала 3 обусловлено упругими силами деформации, определяемыми величиной удельного контактного давления на их сопряженных поверхностях.Удельное давление на поверхности соединения определяется наибольшим вращающим моментом, передаваемым соединением, выполненным с натягом2 М.,РЪ 1 -1-7 где Р в удельн давление, кг/мм, М., - крутящий момент, передаваемый бесшпоночным соединением, кгм; 1 - коэффициент трения, принимаемыйравным 0,14;оср - средний диаметр охватываемой детали (вала), мм;5 1 - длина посадочных поверхностей сопрягаемых деталей, мм.По величине Р определяется суммарнаяпрочность стягивающих болтов 4.Необходимую прочность болтов можнодостигнуть, выполняя последние из высококачественной стали с высокой удельной прочностью.Необходимые контактное давление и натяг сопрягаемых деталей достигаются за счет сил термической деформации стягивающих болтов 4. Нагрев стягивающих болтов 4 осуществляется электронагревательными элементами (не показаны). Для размещения электронагревательных элементов в болтах 4 выполнены сквозные отверстия 5, На поверхности стягивающих болтов 4 20 расположены термоизолирующие втулки 6для предотвращения передачи тепла от болтов 4 к ступице 1.Величина нагрева стягивающих болтов4 определяется из условия обеспечения натяга между поверхностями охватыающей и охваты ваемой деталей и условиями монтажа и демонтажа соединения.Необходимый натяг определяется поформуле30 С Ср6= Р( - + - ) с 1 с,Е 1 Ергде Р - удельное давление, кг/мм,Сь Ср - коэффициенты, определяемые иззависимостей,40 для сплошного стального валас 11= 0, тогда45с 1 - дгде д, д - соответственно наружный и внутренний диаметры остывающейдетали;50 д - наружный диаметр охватываемойдетали;рь р - коэффициенты Пуанссона.Для стальных деталейр= р 2 = 0,3.Расчетная температура нагрева охватыва ющей детали (ступицы 1) определяется поформулеГдЕ Омакс - НаИбОЛЬШИй НатяГ ПОСадКИ, МИН; 6, необходимый зазор при сборке,мин; а - коэффициент линейного расшире. ния (для углеродистой стали а=1 о - температура помещения, С;до - диаметр соединения, мм.Необходимая температура нагрева определяется из формулы (1) ЬгЗо 1000 а 1 р(2) тимальную величину рабочей длины болтаможно определить из соотношенияс 1 ср 1 р1 р = где 1 р - рабочая длина стягивающих болтов;40д.р - средний диаметр сопрягаемых деталей (при конусной форме вала);1 р - расчетная температура нагрева стягивающих болтов при рабочей длинеболта, равной среднему диаметру 45сопрягаемых деталей.1 д - допустимая температура нагрева стягивающих болтов из условия долговечности их термоизоляции.Бесшпоночное соединение деталей работает следующим образом.50Перед посадкой ступицы 1 на вал 3 в отверстие 5 стягивающих болтов 4 устанавливают электронагревательные элементы, если они не установлены там постоянно, и подключают их к источнику электропитания. После нагрева болтов 4 до расчетной тем пературы последние удлиняются за счет термического расширения их материала, и ступица легко надевается на вал 3. После ох 15сгде 1 р - рабочая длина стягивающих болтов.Рабочая длина стягивающих болтов может быть равной, большей или меньшей среднего диаметра д.р сопрягаемых деталей.При равенстве дср и 1 р и при условии ра венства коэффициентов линейного расширения материала болтов и ступицы 1 согласно (1) и (2) расчетная температура нагрева стягивающих болтов одинаковая.С целью повышения производительности монтажно-демонтажных работ за счет уменьшения времени нагрева и охлаждения болтов 4, а также увеличения долговечности термоизоляции 6 болтов целесообразно уменьшить температуру нагрева болтов 4 и увеличить их рабочую длину, При 30 этом расчетная температура нагрева соединительных болтов 4 будет уменьшаться прямо пропорционально отношению д Оп 1 рдср лаждения стягивающие болты 4 за счет термического сжатия создают необходимое удельное давление на поверхности сопрягаемых деталей (ступицы 1 и вала 3). Сопротивление взаимному смешению деталей в посадках с натягом создается упругими силами деформации сопряженных ступицы 1, вала 3 и стягивающих болтов 4.Для демонтажа ступицы 1 с вала 3 электронагревательные элементы, размещенные внутри стягивающих болтов 4, подключаются к источникам электропитания. Стягиваюшие болты 4 удлиняются за счет термического расширения и снимают давление с сопрягаемых деталей (ступицы 1 и вала 3). В рзультате ступица 1 легко снимается с вала 3.Выполнение в ступице продольных прорезей на длину посадочной поверхности сопрягаемых деталей позволяет легко надевать и снимать ее с конца вала, так как, когда стягивающие болты нагреты, ступица надевается на вал по легкоходовой посадке.формула изобретения1. Бесшпоночное соединение деталей, содержащее вал с коническим посадочным участком и установленную на нем с натягом ступицу, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации за счет облегчения монтажа-демонтажа ступицы при сохранении прочности соединения, соответствующей горячей посадке, ступица выполнена с продольными прорезями на длину посадочной поверхности, снабжена стягивающими болтами, установленными в зоне прорезей, и нагревательными элементами, ширина прорезей определяется из соотношениябр= Ь+ 0,01 д.,где ор - ширина прорези;б - термическое удлинение болтов;дср - средний диаметр сопрягаемых деталей.а суммарная прочность стягивающих болтов на растяжение выбирается из условиясоздания удельного давления в сопрягаем ых деталях, соответствующего горячейпосадке соединения, и равна прочности материала ступицы на растяжение с сечением, равным площади продольной прорези.2. Соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что болты выполнены со сквозными отверстиями, а нагревательные элементы установлены внутри последних.3. Соединение деталей по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что болты термоизолированы от материала ступицы.4. Соединение деталей по пп.и 2 или 3,отличающееся тем, что рабочая длина болтовбольше среднего диаметра сопрягаемыхдеталей и определяется из соотношениядср1 р1 р=1362869 где 1 Р - рабочая длина стягивающих болтов;дскб средний диаметр сопрягаемых деталей;1 р в расчетн температура нагрева стягивающих болтов при рабочей длине болта, равной среднему диаметру сопрягаемых деталей; б Фиг Составитель В. ИвановТехред И. Верее КорректорТираж 804 Подписноеомитета СССР по делам изобретенийЖ - 35, Раушская наб., д. 4/5ческое предприятие, г. Ужгород, ул. П. Мускаоткрытий ектная,Редактор И. КасардаЗаказ 5960/23ВНИИПИ Государственного113035, МосквПроизводственно-полиграфи 1 - допускаемая температура нагревастягивающих болтов из условия дол говечности их термоизоляции;5. Соединение деталей по пп. 1 - 3 или 4, отличающееся тем, что ступица выполнена с двумя прорезями, расположенными диа. метрально противоположно.