Соединение деталей
Использование: для передачи крутящего момента, например в шпоночных и шлицевых, с различными профилями элементов зацепления, на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Сущность изобретения: в соединении деталей элементы зацепления охватывающей детали, жестко закрепленной со стороны, противоположной торцу охватываемой детали, или элементы зацепления последней выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: Z(x)r m(1/Gi Jl x/hk(x)dx+ 1/G2 0 (x)dx). где г - расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; Gi, G2 - модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей детали; hk(x), teKx) - момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали; I - длина контакта элементов зацепления в соединении; m - постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный погонный крутящий момент. 4 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ {21) 4715496/27 (22) 05.07.89 (46) 15.06.92. 6юл. N. 22 (71) Челябинский филиал Государственного союзного научно-исследовательского тракторного института "НАТИ" (72) А.С.Авраменко и С,С.Дмитриченко {53) 621.825.2 (088.8) (56) Патент ФРГ М 2656946, кл. F 16 О 1/06, 1978. (54) СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: для передачи крутящего момента. например в шпоночных и шлицевых, с различными профилями элементов зацепления, на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Сущность изобретения: в соединении деталей элементы зацепления охватывающей детали, жестко закрепленной ! Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям для передачи крутящего момента. Известны конструкции соединений для передачи крутящего момента, например, шпоночные, шлицевые, с различными профилями элементов зацепления (прямообочные. эвольвентные, треугольные), призматические, профильные, в том числе трефные, состоящие из охватываемой детали(вала) и охватывающей детали(втулки), на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Опорные (контактные) поверхности элементов зацепления, через которые передаются нагрузки от крутящего момента, имеют, как правило, параллельное расположение вдоль соединения.,, Ы, l 740817 А1 со стороны, противоположной торцу охватываемой детали, или элементы зацепления последней выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: Z(x)-r m(1/Gq f х/Щх)дх+1/Gz f x/Щх)бх), где r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; Ga, Gz — модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей детали; I Ja 4 а веЪ Недостатками таких соединений явля4 ется наличие у них на элементах зацепления в зоне выхода вала из втулки на стороне нагруженного сечения вала пиковых напря- О0 жений, превышающих в несколько раз их средние расчетные значения. Это приводит к преждевременному усталостному разрушению соединений. Известна конструкция шлицевого соединения, в котором с целью повышения равномерности распределения контактных давлений по длине шлиц в теле каждого шлица охватывающей детали (втулке) выполнена продольная; прорезь, образованная щелью, открытой со стороны наружной поверхности шлица и конической поверхно-. стью, обращенной большим основанием в 1740817 сторону смещения венца, с которого снимается крутящий момент. Недостатком такого соединения является невозможность равномерного распределения lо длине соединения максимального крутящего момента, передаваемого соединением, технологическая сложность исполнения и невозможность ее использования в соединениях, имеющих мелкие шлицы. Известно соединение шлицевого вала, в котооом для снижения пиковых напряжений в наиболее напряженных точках соединения предусмотрен между профилями касающихся зубьев (шлицев) вдоль осевого направления расширяющийся зазор, по величине равный упругой деформации шлица под нагрузкой, при этом изменяющийся зазор образуется уменьшением толщины шлица вала по дуге окружности, центр которой находится над местом начала расширения зазора. Недостатком конструкции приведенного соединения является то, гго изменение зазора между контактирующими поверхностями шлицев по величине, равной упругой деформации шлица под нагрузкой и являющийся функцией дуги окружности, не обеспечивает равномерное распределение по длине шпиц максимального крутящего момента, передаваемого соединением, а сле:довательно, не обеспечивает возможное снижение пиковых напря>кений в соедине-нии, у которого охватывающая деталь за- креплена (или у которой происходит снятие крутящего момента) со стороны, противоположной торцу (максимально нагруженное се ение) охва;ываемой детали. Цель изобретения — повышение надежности соединений для передачи крутящего моменга путем равномерного распределения контактных давлений по длине соединения при передаче максимального крутящего момента и выравнивание их по высоте элементов зацепления. Указанная цель достигается тем, что в соединении для передачи крутящего момента, состояшем из охватывающей детали (втулки) и охватываемой детали (вала), имеющих продольно расположенные вдоль оси взаимно контактирующие элементы зацепления, в которых между боковыми опорными профилями вдоль осевого направления, предусмотрен образованный переменной по длине толщиной зубьев зазор, расширяющийся в сторону противоположной торцу (a сторону максимально нагруженного сечения) вала. начало образования зазора совмещено с торцем вала, При этом величина уменьшения толщины элемента зацепления 55 на охватываемой или охватывающей детали выполнена по соотношению И= г m (— f g„ @ х 61 О Ilk(5) 62 где г — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной чочки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; Gi, Сг — модуль сдвига материала, соответственно охватываемой и охьатывающей детали; 11k(x), l2k(x) — момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали; ! — длина контакта элементов зацепления; гл — постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный распределенный погонный крутящий момент. На фиг, 1 показано предлагаемое соединение, поперечное сечение; на фиг. 2 — то же, продольное сечение, в котором уменьшение толщины произведено на элементах зацепления охватывающей детали; нэ фиг. 3 — то же. что на фиг, 2, с уменьшением толщины элементов зацепления на охватывэемой детали; на фиг, 4 — схема образования зазора по поперечному сечению соединения. Соединение состоит.из охватывземой 1 и охватывающей 2 деталей, в которых образованы элементы 3 и 4 зацепления на охватываемой и на охватывающей деталях. Элементы зацепления имеют опорные профили Ь и 6 на охвэтываемой и на охватываю-. щей деталях. Между опорными элементами зацепления B исходном состоянии до приложения крутящего момента имеется зазор 7, переменный по длине и BblcOTB элементов зацепления. Б продольном сечении по длине элемента зацепления его изменяющаяся толщина выполнена в соответствии с кривой линией О,при уменьшении толщины элемента зацепления на охватывающей детали (фиг.2) или кривой линией 9 при уменьшении толщины на охватываемой (фиг,3}. На всех представленных фигурах зазоры условно представлены в увеличенных размерах. В соединении, которое передает реверсивный крутящий момент(М и< и М1к на фиг. 1), уменьшение толщины элементов зацепления выполнено с обеих сторон опорной поверхности. Соединение работает следующим обра-. зом. В момент приложения крутящего момента малой величины в контакт входят 1740817 б. опорные профили элементов зацепления в зоне начальных значений, Начало координат по оси х совмещено с ненагруженным сечением (торцом) вала. C ростом передаваемого соединения крутящего момента зона контакта расширяется вдоль оси х за счет более интенсивного кручения охватываемой детали относительно охватывающей и выбора зазора z(x). При достижении крутящим моментом максимального значения М1, шс элементы зацепления входят в контакт по всей рабочей длине) соединения. В связи с тем, что угол кручения сечений охватываемой детали p>(x) и охватывающей pz(x) имеют разные значения при их независимом кручении, то для равномер1 Р ного распределения крутящего момента по длине элементов зацепления в соединении должен быть зазор qx), в каждом сечении прямо пропорциональный разности углов кручения вала и втулки (x), обеспечивающий разность углов кручения сечений вала и втулки. Так как в предлагаемом соединении углы кручения сечений вала и втулки имеют разные значения, то для обеспечения выравнивания давлений по высоте зубьев исходный контур опорного профиля на умен ьшаемом по толщине зубе должен быть повернут на угол разности углов кручения вала и втулки с учетом первоначального зазора в соединении у ненагруженного сечения вала. Использование в соединениях для передачи крутящего момента предлагаемых конструктивных решений позволяет по сравнению с известным снизить напряженность элементов соединения, значительно повысить его ресурс, а при одинаковом уровне напряженности снизить металлоем5 кОсть. Формула изобретения Соединение деталей, включающее охватываомую и охватывающую детали с элементами зацепления в виде зубьев на 10 обращенных одна к другой поверхностях деталей, выполненными переменной толщины по оси соединения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения надежности соединения путем-выравнивания контактных дав15 лений по длине и высоте зубьев, зубья охватывающей детали, жестко закрепленной со стороны, противоположной торцу охватываемай детали, или зубья последней выполнены толщиной, изменяющейся па 20 следующей зависимости: 7(х;=-; „и(" " -dx Ô у (х, ) 1 о и(х) Gg î lgg(y) где r — расстояние от центра тяжести се .е25 ния детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле зуба; G<, Ga — модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей детали, 30 ) (,), )at<(x) — момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали, ) - длина контакта зубьев в соединении; m — постоянный коэффициент, характе35 ризующий средний расчетный погонный крутящий момент. 1740817 1740817 Фиг 4 Составитель А.Авраменко Редактор M.Íåäîëóæåíêî Техред М.Моргентал Корректор Н.Король Заказ 2070 Тираж ВНИИПИ Гос арств Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
