Узел соединения деталей машин

Изобретение относится к ответственным узлам, используемым в машиностроении. Узел соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержит две соединяемые детали, цилиндрическую втулку и болт с гайкой. В детали, к которой примыкает гайка, выполнено цилиндрическое отверстие для установки втулки под посадку болта без зазора, переходящее к цилиндрической расточке меньшего диаметра, примыкающей к плоскости разъема. В другой детали выполнено отверстие, в котором установлен болт с расчетным зазором, выбираемым при сборке соединения. В результате повышаются усталостная прочность соединения, равномерность распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении, жесткость узла на сдвиг и существенно снижается трудоемкость изготовления узла. 1 ил.

 

Изобретение относится к ответственным узлам, используемым в машиностроении, в частности в гидромашиностроении, для соединения валов гидротурбины и гидрогенератора, а также для соединения рабочего колеса с валом гидротурбины, жестких полумуфт, передающих значительные крутящие моменты.

Известны узлы соединения сильнонагруженных деталей машин, в которых осуществляется соединение болтами, установленными в отверстия без зазоров и с зазорами [1] (стр.36, фиг.1.20 и 1.21).

В узле соединения, в котором болты устанавливают в отверстие без зазора, соединяемые детали должны совместно обрабатываться. Причем отверстия в соединяемых деталях калибрируют разверткой или растачивают совместно с большой точностью, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим заданную посадку.

Эти технологические операции весьма трудоемки, в особенности для крупногабаритных деталей, изготавливаемых нередко в разных городах. Сборка и разборка таких соединений приводит к задирам посадочных поверхностей отверстий деталей и шлифованных поверхностей болтов.

При расчете такого типа групповых болтовых соединений от совместного действия поперечных и осевых усилий принимают, что болты нагружены равномерно. Однако, как показали экспериментальные исследования усталостной прочности металлических моделей с полнофакторным моделированием таких соединений, коэффициент равномерности распределения поперечной нагрузки находится в пределах 0,25-0,35 [2].

Эти недостатки существенно снижают эффективность использования рассматриваемого узла соединения, являющегося весьма дорогостоящим, в особенности для крупногабаритных узлов машин.

При работе узла соединения, в котором болты установлены с зазором, имеет место значительный изгиб болта по всей длине, причем максимальные изгибные напряжения приходятся на сечение резьбовой части болта, которое совпадает с первым витком гайки, где имеют место значительные концентрации напряжений и которое разрушается прежде всего в данных соединениях [2].

Известен еще узел соединения деталей машин, в котором в детали, к которой примыкает гайка, болт поставлен без зазора, а в другой детали болт поставлен с расчетным зазором [3].

Основным недостаткам данного решения является необходимость обеспечения достаточно высокой точности соосности отверстий соединяемых деталей, что также трудновыполнимо в узле с групповым резьбовым соединением.

Цель изобретения - повышение усталостной прочности соединения путем уменьшения напряжения изгиба под резьбовой частью и под головкой болта, уменьшение износоусталости болта в зоне, расположенной под пояском детали вследствие уменьшения изгиба этой зоны, повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении, повышение жесткости узла на сдвиг и существенное снижение трудоемкости изготовления узла.

Поставленная цель достигается тем, что в детали, к которой примыкает гайка, выполнено отверстие для установки цилиндрической втулки под посадку болта без зазора, переходящее к цилиндрической расточке меньшего диаметра, примыкающего к плоскости разъема, а в другой детали выполнено отверстие, в котором болт установлен с расчетным зазором, выбираемым при сборке соединения.

Узел содержит установленную в отверстие детали 2 втулку 3, деталь 1 и болт 4 с гайкой 5 (см. чертеж).

В детали 2 выполнено цилиндрическое отверстие с диаметром d₆ и высотой l_п2 для установки втулки 3 диаметром d₇ с зазором Δ₃ под посадку болта 4 без зазора. В детали 1 выполнено отверстие с диаметром d₄, в котором болт установлен с зазором Δ₁.

При сборке соединения болт 4 свободно проходит через отверстие d₄ детали 1, поскольку этот диаметр больше посадочного диаметра d₅ болта на 2 Δ₁ и плотно входит в отверстие цилиндрической втулки 3 под посадку без зазора. После чего, перемещая тело каждого болта в направлении, обратном действующей поперечной нагрузке, выбирается зазор Δ₁. Затем производится затяг болтов на заданное усилие натяга, обеспечивающее упругое вдавливание головки болтов 4 и гаек 5 в детали 1 и 3.

При работе соединения под действием поперечных нагрузок все болты деформируются как трехопорные стержни с двумя защемленными краями и одной опорой длиной l_п1, находящейся в пределах детали 1. Защемление болта в сечении, совпадающим с опорной поверхностью головки, обеспечивается за счет упругого вдавливания головки болта 4 от затяга, а в детали 2 защемление болта обеспечивается как за счет посадки без зазора во втулке 3, так и за счет гайки, вдавленной в эту втулку, которая, в свою очередь, также упруго вдавливается в деталь 2 от затяга болта. Вследствие этого повышается равномерность загрузки всех болтов группового болтового соединения, воспринимающего срезающее усилие от крутящего момента в случае кольцевого фланцевого соединения валов или усилия от общего сдвига двух деталей в случае плоского фланцевого соединения. При этом равномерность распределения поперечной нагрузки доходит до 1 и существенно повышаются реальная прочность и жесткость соединения.

Использование предлагаемого узла соединения особенно эффективно в дорогостоящих машинах, передающих значительные мощности. Разрушение узла соединения рабочих органов с валами в таких случаях приводит к существенному ущербу народному хозяйству [4].

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Иванов М.Н. Детали машин. М.: "Высшая школа", 1991, с.382.

2. Бугов Х.У. Фланцевые соединения. Расчет и проектирование. Л.о.: "Машиностроение", 1975, 191 с.

3. Патент №2169876. Москва 27.06.2001 (прототип). Авторы: Бугов X.У., Егожев А.М. и др.

4. Бабаджаниди М.И. Обрыв рабочего колеса радиально-осевой турбины. - "Энергомашиностроение", 1965, №3, с.45-46.

Узел соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержащий две соединяемые детали, цилиндрическую втулку и болт с гайкой, отличающийся тем, что в детали, к которой примыкает гайка, выполнено цилиндрическое отверстие для установки втулки под посадку болта без зазора, переходящее к цилиндрической расточке меньшего диаметра, примыкающей к плоскости разъема, в другой детали выполнено отверстие, в котором установлен болт с расчетным зазором, выбираемым при сборке соединения.