комбинированное полое тело и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Комбинированное полое тело для восприятия вращающих моментов, растягивающих, сжимающих или изгибающих усилий, содержащее наружный и внутренний слои материала, внутренний слой выполнен нагруженным в радиальном направлении по всей длине, а наружный слой выполнен нагруженным равномерно по окружности предварительным растягивающим напряжением, отличающееся тем, что оно снабжено промежуточными, расположенными в контакте друг с другом и слоями материалов зажимными телами с коническими или клиновидными поверхностями, угол конусности которых находится в пределах угла самоторможения, образующими опорные средства, последние размещены в полости между внутренним и наружным слоями, при этом внутренний слой радиально расширен в области пластических деформаций и выполнен из материала с меньшим пределом текучести, чем материал наружного слоя.

2. Тело по п.1, отличающееся тем, что внутренний слой выполнен в виде нескольких кольцевых или втулочных тел.

3. Тело по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде коленчатого вала, приводного вала или кулачкового вала.

4. Тело по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде шатуна.

5. Способ изготовления комбинированного полого тела, включающий размещение внутреннего слоя материала в полости наружного слоя, создание радиального давления во внутреннем слое и равномерного по окружности предварительного рястягивающего напряжения наружного слоя, отличающийся тем, что изготавливают опорные средства с коническими или клиновидными поверхностями, угол конусности которых находится в пределах угла самоторможения, слои материала устанавливают с образованием полости между ними, в которой размещают указанные опорные средства, при этом последние смещают в радиальном направлении посредством гидравлического внутреннего радиального давления во внутреннем слое материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным полым телам для восприятия вращающих моментов и/или растягивающих сжимающих или изгибающих усилий.

Известно комбинированное полое тело, в котором армированный цилиндр установлен на отрезке трубы так, что в отрезке трубы остается предварительное сжимающее напряжение, а в армированном цилиндре предварительное растягивающее напряжение. Армированный цилиндр при этом состоит преимущественно из волокнистого комбинированного материала и установка обеих частей друг в друге становится возможна благодаря упругой деформации при расширении армированного тела и радиальном сжатии трубного тела, причем при установке осуществляется соединение с силовым замыканием.

Цель изобретения изготовление различных элементов в форме комбинированных полых тел, которые отличаются при легкой конструкции высокой прочностью и несложным изготовлением.

Для этого в наружном слое материала посредством воспринимающего давления в радиальном направлении внутреннего опорного средства в основном по всей длине преобладает равномерное по окружности предварительное растягивающее напряжение. Соответственно распределению толщины стенки и величины местного напряжения сжатия или временной последовательности напряжения сжатия отдельных осевых участков предусмотрено, что в наружном слое материала преобладает при известных условиях одновременно равномерное по оси или неравномерное предварительное сжимающее напряжение.

Согласно предлагаемому исполнению, которое может касаться комбинированного полого тела как с круглым поперечным сечением, так и с некруглым поперечным сечением, между наружным слоем и одной или несколькими расположенными внутри втулками предусмотрены опирающиеся друг на друга посредством самоторможения зажимные тела, причем пластически деформированный материал расположенного внутри слоя или втулок имеет меньший предел текучести, чем материал наружного соя. Зажимные тела принимают участие в поддержании предварительного напряжения в наружном слое из-за их большой прочности при сжатии. Внутренний пластически деформированный слой материала надежно фиксирует зажимные тела в расширенной композиции.

В качестве предпочтительных материалов для наружного слоя подходят материалы с высоким пределом прочности при растяжении и высоким пределом текучести, например улучшенные стали, пружинные стали, титан или волокнистые комбинированные материалы. В качестве материалов для внутреннего слоя или втулок, которые должны быть пластически деформируемыми, следует предложить соответственно подобранные конструкционные стали, углеродистые стали или цветные металлы. Наружный слой и внутренний слой или внутренние втулки могут состоять в каждом случае из нескольких пластов с возрастающей наружу прочностью. Зажимные тела промежуточного слоя должны быть предусмотрены предпочтительно из керамики или жесткого под давлением твердого материала, причем также возможны и хрупкие материалы. Из-за остаточного предварительного напряжения между наружным и внутренним слоем создается сцепление также между отдельными пластами. Благодаря сцеплению является возможным наружный слой и/или внутренний слой, или внутренние втулки собирать из нескольких отдельных осевых участков, причем при наличии стыков во внутреннем и наружном слое последние должны быть смещены по оси достаточно далеко друг от друга. Комбинированное полое тело должно собираться, таким образом, из коротких втулочных частей.

Толщины стенок комбинированных слоев или показатели прочности в составленных по оси из отдельных участков полых тел в продольном направлении могут распределяться по ступеням, так что при последовательном воздействии с одинаковым давлением расширения получаются различные осевое м радиальное предварительные напряжения, причем последнее в отдельных поперечных сечениях в каждом случае является почти равномерным.

Пластическое расширение внутреннего слоя или внутренних втулок в каждом случае должно осуществляться путем внутренней подачи давления квазистатически или пульсирующе, или взрывообразно.

Во внутреннем слое или внутренних втулках в каждом случае дополнительные опорные средства могут запрессовываться или формоваться в форме поперечных днищ или им подобных, которые, например, в участке перехода поперечного сечения повышают радиальную жесткость.

Поддерживаемое во внутреннем и наружном слоях предварительное напряжение можно получать также путем использования других соединений, в частности термических соединений (усадка, разгонка) или посредством чистого осевого прессового соединения, причем соотношение пределов текучести материалов внутреннего и наружного слоя отходит на задний план по значению.

На фиг. 1 изображено соответствующее изобретению комбинированное полое тело в виде коленчатого вала, продольный разрез; на фиг.2 и 3 полое тело, поперечные сечения.

На фиг.1 изображен отрезок коленчатого вала, который включает две коренные шейки 1, 2 и одну шатунную шейку 3. В шейке коленчатого вала расположен противовес 4. Коленчатый вал состоит из наружной втулки 5 и вставленных в нее внутренних пластически деформированных втулок 6, 7, 8 на участке шеек 9, 10 и на участке щек 11, 12 коленчатого вала. Наружная втулка 5 при этом составлена из вставленных друг в друга частей 13-18 шейки, которые взаимно насажены в щеках 19 и 20 коленчатого вала.

На фиг.2 показана щека 19 коленчатого вала. Многосекционные зажимные тела 21-26 в поперечном сечении имеют клиновидную форму и приводят к предварительному напряжению при сборке.

На фиг.3 показана щека 20 коленчатого вала. Многосекционные зажимные тела 27-32 имеют перемещающиеся относительно друг друга клиновые поверхности с углом конусности в пределах угла самоторможения.

Зажимные тела в осевом направлении являются коническими или клиновидными и имеют также в поперечном сечении форму клина, причем в каждом случае углы находятся в пределах угла самоторможения. При осевом запрессовывании и при известных условиях при радиальном расширении втулок зажимные тела перемещаются относительно друг друга и застрахованы от упругой отдачи вследствие самоторможения на поверхностях скольжения, так что они образуют и поддерживают предварительное напряжение.