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 на ее наружной боковой поверхности, или элементы охватываемой детали выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: Z(x) r m 1/Gij x/hk(x)dx, где г-расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; GI - модуль сдвига материала, соответственно охватываемой детали; Ыф) - момент инерции при кручении охватываемой детали; - длина контакта элементов зацепления в соединении; m - постоянный коэффициент, характеризующий расчетный погонный крутящий момент. 4 ил.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s F 16 С) 1/06

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4715496/27 (22) 05.07.89 (46) 15.06.92.. Бюл. hh 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 N. 2656946, кл. F 16 0 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 детаИзобретение 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, Недостатками таких соединений является наличие у них на элементах зацепления в зоне выхода вала из втулки на стороне лей элементы зацепления охватывающей детали, жестко закрепленной на ее наружной боковой поверхности, или элементы охватываемой детали выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости:

2(x) =т m 1/G1P x/11k(x)dx, где r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; G > — модуль сдвига материала, соответственно охватываемой детали; 11k(x) — момент инерции при кручении охватываемой детали; 1— длина контакта элементов зацепления в соединении; m — постоянный коэффициент, . характеризующий расчетный погонный крутящий момент. 4 ил. нагруженного сечения вала пиковых напряжений, 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 поверхностью, обращенной большим основанием в сторону смещения венца, с которого снимается крутящий момент;

Недостатком такого соединения является невозможность равномерного распределения flo длине соединения максимального крутящего момента, передаваемого соеди1740818 детали; нением, технологическая сложность исполнения и невозможность ее использования в соединениях, имеющих мелкие шлицы.

Известно соединение шлицевого вала, в котором для снижения пиковых напряжений в наиболее напря>кенных 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, что 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 шлиц максимального крутящего момента, передаваемого соединением, а следовательно, не обеспечивает возможное сни>кбчие пиковых напряжений в соединении, у которого охватывающая деталь закреплена (или у которой происходит снятие крутящего момента) со стороны торца (ненагруженного сечения) охватываемой детали.

Н,ель изобретения — повышение надежности соединений для передачи крутящего момента путем равномерного распределения контактных давлений по длине соединения при передаче максимального крутящего момеIITa и выравнивание их по высоте элементов зацепления.

Указанная цель достигается тем, что в соединении для передачи крутящего момента, состоящем 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 (максимально нагруженное сечение) вала, начало образования зазора совмещено с. торцем вала, при этом величина уменьшения толщины элемента зацепления на охватываемой или охватывающей детали выполнена по соотношению где r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на

55 боковом опорном профиле элемента зацепления;

6, 62 — модуль сдвига материала, соответственно охватываемой и охватывающей

1ь{х), !г <{х) — момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей детали;

i — длина контакта элементов зацепления;

m — постоФйный коэффициент, характеризующий средний расчетный распределенный погонный крутящий момент.

На фиг, 1 показано предлагаемоесоединение, поперечное сечение; на фиг, 2 — то же, продольное сечение, в котором уменьшение толщины произведено на элементах зацепления охватывающей детали, на фиг.

3 — то же, что на фиг. 2 с уменьшением толщины элементов зацепления на охватываемой детали; на фиг, 4 — схема образования зазора по поперечному сечению соединения.

Соединение состоит из охваты ваемой 1 и охвать.вающей 2 деталей, s которых обра; зованы элементы 3 и 4 зацепления на охватываемой и на охватывающей деталях.

Элементы зацепления имеют опорные профили 5 и 6 на охватываемой и на охватывающей деталях, !Лежду опорными элементами зацепления в исходном состоянии до прилон<ения крутящего момента имеется зазор 7, переменный по длине и высоте элементов зацепления.

В продольном сечении по длине элемента зацепления его изменяющаяся толщина выполнена в соответствии с кривой линией 8,при уменьшении толшины 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 увели <енных размерах.

В соединении, которое передает реверсивный крутящий момент (MII< и MII< на фиг.1), уменьшение толщины элементов зацепления выполнено с обеих сторон опорн ой fl G 8 8 pXH OCT N.

Соединение работает следующим образом.

В момент прило>кения крутящего момента малой величины в KQHTGI

MiaMa

В связи с тем, что угол кручения сечений охватываемой детали у (х) и охватывающей pz(x) имеют разные значения при их независимом кручении, то для равномерного распределения крутящего момента по. "О длине элементов зацепления в соединении должен быть зазор Z(x), в каждом сечении прямо пропорциональный разности углов

- кручения вала и втулки gb(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 ис-. 2О ходный контур опорного .профиля на уменьшаемом по толщине зубе должен быть повернут на угол разности углов кручения вала и втулки с учетом первоначального зазора в соединении у ненагруженного сече- 25 ния вала.

Использование в соединениях для передачи крутящего момента предлагаемых конструктивных решений позволяет по сравнению с известным снизить напряжен- ность элементов соединения, значительно повысить его ресурс, а при одинаковом уровне напряженности снизить металлоемкость.

Формула изобретения

Соединение деталей, включающее охватываемую и охватывающую детали с элементами зацепления в вйде зубьев на обращенных одна к другой поверхностях деталей, выполненными переменной толщины пооси соединения, отл ича юще ес ятем, что, с целью повышения надежности соединения, путем выравнивания контактных давлений по длине и высоте зубьев, зубья охватывающей детали, жестко закрепленной на ее наружной боковой поверхности или зубья охватываемой детали выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости;

Z(x) =r m .— f" dx

1 х

Gi 0 lir(x) где r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле зуба;

G1 — модуль сдвига материала соответственно охватываемой детали;

l1k(x) — момент инерции при кручении охватываемой детали; ! — длина контакта зубьев в соединении:

m — постоянный коэффициент, характеризующий расчетный погонный крутящий момент.

1740818

1740818

Составитель А.Авраменко

Редактор М.Недолуженко Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Заказ 2070 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101