Узел соединения деталей машин

Изобретение относится к области машиностроения и используется для соединения валов гидротурбины и гидрогенератора. Узел соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержит две соединяемые детали, болт с гайкой. В детали, к которой примыкает гайка, выполнено болтовое отверстие под посадку болта без зазора, плавно переходящее к плоскости разъема. В другой детали выполнено отверстие, в котором болт установлен с расчетным зазором, плавно переходящее к концентрическим цилиндрическим расточкам большего диаметра, примыкающим с одной стороны к плоскости разъема, а с другой - к опорной поверхности головки болта. На протяжении зазора, ограниченного с одной стороны плоскостью разъема, а с другой - отверстием, в котором болт установлен с расчетным зазором, стержень болта выполнен коническим, узким основанием направленным в сторону резьбовой части, широкое основание болта переходит в цилиндрический участок на длине посадки с расчетным зазором, заканчивающийся радиусной канавкой для уплотнителя и буртиком. Пространство между плоскостью разъема и уплотнителем заполнено полимерным материалом. В результате повышается усталостная прочность соединения и его жесткость на сдвиг. 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, рабочих органов плугов к корпусам и др.

Известны конструкции узлов соединения сильнонагруженных деталей машин, в которых осуществляется соединение болтами, установленными в отверстия без зазора 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, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим заданную посадку.

Эти технологические операции весьма трудоемки, в особенности для крупногабаритных деталей. 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 таких соединений, коэффициент равномерности распределения поперечной нагрузки находится в пределах 0,25-0,35 [2].

Эти недостатки существенно снижают эффективность использования рассматриваемого узла соединения.

Известен узел соединения деталей машин с помощью полупризонных болтов [3], установленных с расчетными зазорами. Основным недостатком этого решения является 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 соединениях с болтами, установленными с зазорами [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 [4].

Основными недостатками данного решения является необходимость обеспечения достаточно высокой точности соосности отверстий соединяемых деталей, а также недостаточная жесткость узла соединения.

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, а также повышение жесткости на сдвиг соединения.

Поставленная цель достигается тем, что в детали, к которой примыкает гайка, выполнено болтовое отверстие под посадку болта без зазора, плавно переходящее к плоскости разъема, а в другой детали выполнено отверстие, в котором установлен болт с расчетным зазором, плавно переходящий к концентрическим цилиндрическим расточкам большого диаметра, примыкающим с одной стороны к плоскости разъема, а с другой - к опорной поверхности головки болта.

На протяжении зазора стержень болта выполнен коническим, узким основанием направленным в сторону резьбовой части, широкое основание болта переходит в цилиндрический участок на длине посадки с расчетным зазором и заканчивается радиусной канавкой для уплотнителя и буртиком, а в пространстве между плоскостью разъема и уплотнителем создано упругое основание из полимерного материала.

На чертеже показан продольный разрез предлагаемого узла соединения.

Узел содержит установленные в отверстия деталей 7 и 2 болт 3 с гайкой 4, полимерный наполнитель 5 и прокладку 6.

В детали 2 выполнено болтовое отверстие с диаметром d₅ под посадку болта 3 без зазора, плавно переходящее к плоскости разъема N. В детали 1 выполнено отверстие с диаметром d₃, в котором болт установлен с расчетным зазором Δ.

Это отверстие протяженностью l_п отстоит от плоскости разъема N на расстоянии l₃+l₄ переходит плавно к двум другим цилиндрическим расточкам большего диаметра по краям: одного - диаметром d₄, примыкающим к плоскости разъема N, и другого - диаметром d₆, примыкающим к опорной поверхности N₁ головки болта.

На участке длиной l₃+l₄+l₅ болт имеет коническую поверхность для уменьшения трудоемкости при разборке соединения. Со стороны головки, на расстоянии l₃+l₄+l_п1 от плоскости разъема N болт имеет радиусную канавку для установки упругой прокладки 6, которая переходит в опорный буртик 7, выполненный за одно целое с болтом.

При сборке соединения болт 3 свободно проходит через отверстие d₃ детали 1, поскольку этот диаметр больше посадочного диаметра d₅ болта на 2Δ, и плотно входит в отверстие под посадку без зазора детали 2, после чего производится затяг болта на заданное усилие натяга, обеспечивающее упругое вдавливание головки болта 3 и гайки 4 в детали 1 и 2. После затяжки болта полость между телом болта и отверстиями в детали 1 диаметрами d₃ и d₄ заполняется полимерным материалом. Герметичность полости со стороны головки болта обеспечивается за счет упругой прокладки 6,поджимаемой буртиком 7 болта диаметром d₇, который меньше диаметра d₆ на величину 2Δ.

При работе соединения под действием поперечных нагрузок происходит небольшой сдвиг за счет упругой деформации полимерного материала и тела болта длиной l_1б+l₅. Поскольку болт 3 фиксирован в детали 2 как за счет посадки без зазора, так и за счет гайки, вдавленной в деталь 2 от начального затяга, часть болта, расположенная в детали 2, перемещается как одно целое и полностью исключается изгиб резьбовой части. Также существенно уменьшаются изгибные напряжения под головкой болта после заполнения свободной полости части болта длиной l_п1+l₃+l₄+l₅ полимерным материалом.

Применение полимерного наполнителя с высокими механическими характеристиками повышает равномерность распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении до 1, что существенно повышает реальный запас прочности и жесткости. Использование предлагаемого узла соединения особенно эффективно в дорогостоящих машинах, передающих значительные мощности, разрушение которых приводит к значительному ущербу народному хозяйству [5].

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

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

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

3. А.С. СССР №1564428.

4. Патент №2169876. Москва, 27.06.2001 (прототип), F 16 L 23/00.

5. Бабарджаниди М.И. Обрыв рабочего колеса радиально-осевой турбины. "Энергомашиностроение", 1965. №3. С.45-46.

Узел соединения деталей машин, преимущественно гидромашин, содержащий две соединяемые детали, болт с гайкой, в детали, к которой примыкает гайка, выполнено болтовое отверстие под посадку болта без зазора, плавно переходящее к плоскости разъема, а в другой детали выполнено отверстие, в котором болт установлен с расчетным зазором, плавно переходящее к концентрическим цилиндрическим расточкам большего диаметра, примыкающим с одной стороны к плоскости разъема, а с другой - к опорной поверхности головки болта, отличающийся тем, что на протяжении зазора, ограниченного с одной стороны плоскостью разъема, а с другой - отверстием, в котором болт установлен с расчетным зазором, стержень болта выполнен коническим, узким основанием направленным в сторону резьбовой части, широкое основание болта переходит в цилиндрический участок на длине посадки с расчетным зазором, заканчивающийся радиусной канавкой для уплотнителя и буртиком, а пространство между плоскостью разъема и уплотнителем заполнено полимерным материалом.