способ разъемного соединения цилиндрических деталей типа "вал-втулка"

Формула изобретения

1. Способ разъемного соединения цилиндрических деталей типа «вал-втулка», при котором в кольцевой паз охватывающей детали помещают по крайней мере два закладных элемента, фиксируют каждый закладной элемент по крайней мере одним прижимным элементом, обеспечивая сопряжение закладного элемента с кольцевым пазом охватывающей детали по цилиндрической поверхности охватывающей детали, соединяют охватывающую и охватываемую детали, совмещают кольцевой паз охватывающей детали и кольцевой паз охватываемой детали, образуя кольцевую полость, помещают для каждого закладного элемента по крайней мере два фиксирующих элемента в отверстиях на охватывающей детали, извлекают прижимные элементы и размещают на их месте дополнительные фиксирующие элементы в отверстиях прижимных элементов, при помощи фиксирующих элементов перемещают закладные элементы в кольцевую полость до сопряжения с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватываемой детали и фиксируют закладные элементы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закладной элемент имеет клиновидную форму поперечного сечения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере часть поверхности каждого закладного элемента, контактирующую с внутренней поверхностью кольцевого паза охватываемой детали, выполняют цилиндрической с диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевого паза охватываемой детали не соосно цилиндрической поверхности закладного элемента, контактирующей с охватывающей деталью, при этом закладной элемент выполняют с переменным сечением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что закладному элементу, выполненному из упругого материала с постоянным сечением, предварительно придают форму в виде кольцевого сектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для соединения цилиндрических деталей или узлов, в частности отсеков ракет.

Из уровня техники известен способ разъемного соединения двух цилиндрических деталей (патент РФ № 2167346 от 20.05.2000, МПК F16B 21/18), при котором разогревают разрезное упругое кольцо, вставляют разрезное упругое кольцо и стопорное разрезное упругое кольцо в кольцевой паз охватываемой детали, охлаждают разрезное упругое кольцо, соединяют охватываемую и охватывающую детали, располагают разрезное упругое кольцо и стопорное разрезное кольцо в кольцевой полости, образованной кольцевыми пазами охватываемой и охватывающей деталей, при этом разрезное упругое кольцо выполнено из материала с эффектом памяти формы.

Недостатком данного способа является необходимость нагрева упругого кольца.

Также известен способ разъемного соединения двух цилиндрических деталей (патент РФ № 2135848 от 27.08.1999, МПК F16B 21/00), наиболее близкий к предлагаемому изобретению и выбранный в качестве прототипа. В данном способе в кольцевой паз охватываемой детали помещают разрезное деформируемое кольцо, а в охватывающей детали устанавливают несколько пар симметричных штоков (радиальных и продольных), перемещают продольные штоки, перемещая радиальные штоки, и соединяют охватываемую и охватывающую детали.

Недостатками прототипа являются: недостаточно высокая надежность из-за сложности применяемого устройства, а также одноразовое срабатывание механизма при разъединении, что требует его замены при каждом последующем использовании.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание простого и надежного способа, соединения цилиндрических деталей, позволяющего легко разъединить детали при необходимости.

Задача решается за счет того, что в кольцевой паз охватывающей детали помещают, по крайней мере, два закладных элемента, фиксируют каждый закладной элемент, по крайней мере, одним прижимным элементом, обеспечивая сопряжение закладного элемента с цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватывающей детали, соединяют охватывающую и охватываемую детали, совмещают кольцевой паз охватывающей детали и кольцевой паз охватываемой детали, образуя кольцевую полость, размещают для каждого закладного элемента по крайней мере два фиксирующих элемента в отверстиях на охватывающей детали, извлекают прижимные элементы и размещают на их месте дополнительные фиксирующие элементы в отверстиях прижимных элементов, при помощи фиксирующих элементов перемещают закладные элементы в кольцевую полость до сопряжения с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватываемой детали и фиксируют закладные элементы.

В частном случае осуществления изобретения закладной элемент выполняют с клиновидной формой поперечного сечения.

В другом частном случае осуществления изобретения, по крайней мере, часть поверхности каждого закладного элемента, контактирующая с внутренней поверхностью кольцевого паза охватываемой детали, выполнена цилиндрической, с диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевого паза охватываемой детали не соосно цилиндрической поверхности закладного элемента, контактирующей с охватывающей деталью, при этом закладной элемент выполнен с переменным сечением и клиновидной формы.

В третьем частном случае осуществления изобретения закладному элементу, выполненному из упругого материала с постоянным сечением клиновидной формы, предварительно придают форму в виде кольцевого сектора (например, путем термофиксации).

В четвертом частном случае осуществления изобретения закладные элементы при выполненном сопряжении охватывающей и охватываемой деталей расположены в кольцевой полости с окружными зазорами между ними.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

Поперечное сечение кольцевой полости в месте установки фиксирующего элемента: на фиг.1 закладной элемент расположен в кольцевом пазе охватывающей детали, на фиг.2 закладной элемент расположен в промежуточном положении, на фиг.3 закладной элемент расположен в кольцевой полости, и детали соединены.

Продольное сечение кольцевой полости в месте установки фиксирующего элемента: на фиг.4 закладной элемент расположен в кольцевом пазе охватывающей детали, на фиг.5 закладной элемент расположен в кольцевой полости, и детали соединены.

Продольное сечение кольцевой полости в месте установки элемента разъединения на фиг.6, при этом закладной элемент расположен в кольцевой полости, и детали соединены.

На фиг.1-6 обозначены:

1 - охватывающая деталь;

2 - охватываемая деталь;

3 - закладной элемент;

4 - фиксирующий элемент;

5 - прижимной элемент;

6 - кольцевой паз охватывающей детали;

7 - кольцевой паз охватываемой детали;

8 - отверстия в охватывающей детали для прижимных элементов;

9 - отверстия в охватывающей детали для фиксирующих элементов;

10 - отверстия в закладном элементе для прижимных элементов;

11 - отверстия в закладном элементе для фиксирующих элементов;

12 - элемент разъединения;

а - часть поверхности закладного элемента, контактирующая с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватывающей детали;

b - часть поверхности закладного элемента, контактирующая с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватываемой детали;

- перемещение закладного элемента при соединении деталей;

- давление закладного элемента на охватываемую деталь;

- перемещение охватываемой детали относительно охватывающей детали.

Предлагаемый способ заключается в том, что в кольцевой паз охватывающей детали 1 помещают по крайней мере два закладных элемента 3, фиксируют каждый закладной элемент 3 по крайней мере одним прижимным элементом 5, для обеспечения сопряжения закладного элемента 3 с кольцевым пазом охватывающей детали 6 по цилиндрической поверхности охватывающей детали 1, соединяют охватывающую 1 и охватываемую 2 детали, совмещают кольцевой паз охватывающей детали 6 и кольцевой паз охватываемой детали 7, образуя кольцевую полость, помещают для каждого закладного элемента 3 по крайней мере два фиксирующих элемента 4 в отверстиях в охватывающей детали для фиксирующих элементов 9, извлекают прижимные элементы 5 и размещают на их месте дополнительные фиксирующие элементы 4 в отверстиях прижимных элементов на охватывающей детали 8, при помощи фиксирующих элементов 4 перемещают закладные элементы 3 в кольцевую полость до сопряжения с внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого паза охватываемой детали 7 и фиксируют закладные элементы 3.

Каждый закладной элемент 3 выполнен в виде кольцевого сектора, имеющего поверхность, контактирующую с кольцевым пазом охватывающей детали 6, и поверхность, контактирующую с кольцевым пазом охватываемой детали 7. Поверхность а выполнена цилиндрической с диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевого паза охватывающей детали 6. Максимальная ширина закладного элемента 3 в любом варианте осуществления изобретения не превышает глубину кольцевого паза охватывающей детали 6 и превышает разность между диаметром внутренней цилиндрической поверхности охватывающей детали 1 и внутренним диаметром кольцевого паза охватываемой детали 7.

В одном из вариантов исполнения поверхность b выполнена цилиндрической с диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевого паза 7 охватываемой детали 2, при этом ось поверхности b расположена ближе к закладному элементу 3, чем ось поверхности а. Части поверхности закладного элемента 3, обращенные к внутренней цилиндрической поверхности кольцевого паза охватываемой детали 7 и сопряженные с поверхностью b, могут быть выполнены произвольной формы, например, в виде плоскостей, но должны соответствовать условию, при котором максимальная ширина закладного элемента 3 не превышает глубину кольцевого паза 6 охватывающей детали 1. В этом варианте исполнения закладной элемент 3 имеет переменные форму и площадь сечения и выполнен из неупругого материала.

В другом варианте исполнения закладной элемент 3 выполнен из упругого материала с постоянным сечением, поверхность b выполнена цилиндрической с диаметром, большим или равным диаметру внутренней поверхности охватывающей детали 1 и большим диаметра наружной поверхности охватываемой детали 2 в месте сопряжения и имеет возможность прилегания к внутренней цилиндрической поверхности кольцевого паза охватываемой детали 7 при деформировании закладного элемента 3.

Каждое поперечное сечение закладного элемента 3 имеет клиновидную форму, независимо от того, выполнен ли закладной элемент 3 с постоянным или переменным сечением. Сечение закладного элемента 3 представляет собой прямоугольник со срезанным углом (фаской) либо с двумя соседними срезанными углами, при этом срезанные углы (фаски) расположены со стороны поверхности b.

Охватывающая 1 и охватываемая 2 детали выполнены с возможностью упора при сопряжении, при этом в месте сопряжения на внутренней поверхности охватывающей детали 1 и внешней поверхности охватываемой детали 2 выполнены: кольцевой паз охватываемой детали 6 и кольцевой паз охватывающей детали 7, при сопряжении образующие общую кольцевую полость.

Рассмотрим вариант исполнения, при котором для соединения двух цилиндрических деталей 1 и 2 используют два закладных элемента 3, в каждом из которых расположены: одно отверстие для прижимного элемента 10 и по два отверстия для фиксирующих элементов 11. В охватывающей детали 1 также выполнены: отверстие для прижимного элемента 8 и два отверстия для фиксирующих элементов 9. В отверстии 8 располагают сначала прижимной элемент 5, а затем фиксирующий элемент 4, а при необходимости разъединения - прижимной элемент 5.

В рассматриваемом варианте исполнения, когда в отверстие сначала вставлен прижимной элемент 5, а затем фиксирующий элемент 4, отверстия в охватывающей детали для прижимных элементов 8 выполнены резьбовыми. Отверстия в закладных элементах для прижимных элементов 10 и для фиксирующих элементов 11 выполнены резьбовыми. Диаметр резьбы отверстия в охватывающей детали для прижимного элемента 8 должен быть больше, чем диаметр резьбы прижимного элемента 5, а диаметр резьбы фиксирующего элемента 4 должен быть равен диаметру резьбы отверстия в охватывающей детали для фиксирующего элемента 9 и быть больше диаметра отверстия в закладном элементе фиксирующего элемента 11.

В варианте осуществления изобретения прижимные элементы 5 могут быть выполнены с резьбовыми частями меньшей длины, чем глубина кольцевого паза охватывающей детали, и с упорными частями, в которые переходят резьбовые части, выполненными с диаметром, большим, чем диаметр отверстий 9. В закладных элементах 3 также выполнены резьбовые отверстия 11, соответствующие резьбовым частям элементов разъединения. Также в варианте осуществления изобретения со стороны внутренней полости охватываемой детали 2 в кольцевом пазу 7 могут быть выполнены резьбовые отверстия для элементов разъединения 12.

Фиксирующий элемент 4 может быть выполнен в виде цилиндрического стержня с резьбовыми частями или в виде винта установочного стопорного с внутренним шестигранником и заостренным коническим концом по ГОСТ 8878-93. Прижимной элемент 5 может быть выполнен в виде болта или винта с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником под ключ по ГОСТ 11738-84, аналогично могут быть выполнены и элементы разъединения 12.

В случае осуществления способа с помощью закладных элементов из упругого материала с постоянным сечением, используют, по крайней мере, три элемента 4 (не показано), при помощи которых на различных этапах сборки и разборки соединения осуществляют прижим и фиксацию закладных элементов 3 внутри кольцевого паза охватывающей детали, при этом закладным элементам предварительно придают форму в виде кольцевого сектора (путем термофиксации перед закалкой).

При необходимости исключения взаимного смещения соединяемых деталей 1 и 2 в окружном направлении в конструкции соединения может быть предусмотрена фиксация соединяемых деталей 1 и 2, например, путем установки штифта в радиальном направлении, или, например, штифтовым соединением, выполненным в виде по крайней мере одного паза на внутренней поверхности охватывающей детали 1 и по крайней мере одного штифта, установленного соответственно пазу на внешней поверхности охватываемой детали 2 (не показано).

Рассмотрим работу устройства на примере работы одного из вариантов устройства, представленном на фиг.1-5. В кольцевом пазу охватывающей детали 6 размещают два закладных элемента 3, в отверстия охватывающей детали для прижимных элементов 8 помещают прижимные элементы 5 и фиксируют каждый закладной элемент 3, при этом внутренняя поверхность закладных элементов не выступает за пределы внутренней поверхности охватывающей детали 1. В таком состоянии охватываемая деталь 2 свободно входит в охватывающую деталь 1 до их взаимного соприкосновения по стыку (до упора). Кольцевой паз на внутренней поверхности охватывающей детали 6 совмещают с кольцевым пазом охватываемой детали 7, образуя кольцевую полость. В отверстия на охватывающей детали для фиксирующих элементов 9 помещают фиксирующие элементы 4, затем извлекают прижимные элементы 5 и в отверстия на охватывающей детали для прижимных элементов тоже помещают фиксирующие элементы 4, завинчивают фиксирующие элементы 4, что приводит к воздействию на закладные элементы 3 сил, направленных радиально к осям охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей и смещающих закладные элементы 3 из кольцевого паза охватывающей детали 6 в кольцевую полость, прижимают поверхности b закладных элементов 3 к внутренней поверхности кольцевого паза охватываемой детали 7. Поскольку ширина закладных элементов 3 превышает разность между диаметром внешней поверхности охватываемой детали 2 и внутренним диаметром кольцевого паза охватываемой детали 7, а следовательно, и глубину кольцевого паза охватываемой детали 7, закладные элементы 3 расположены одновременно в кольцевых пазах 6 и 7 охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей, обеспечивают перекрытие стыка охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей и препятствуют их взаимному осевому перемещению.

Для того чтобы разобрать это соединение, убирают фиксирующие элементы 4 и в отверстия на охватывающей детали 8 и 9 вставляют прижимные элементы 5, совмещают концы резьбовых частей прижимных элементов 5 с отверстиями в закладных элементах 10 и 11, ввинчивают прижимные элементы 5 в закладные элементы 3 и перемещают в радиальном направлении от осей охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей, вынуждая закладные элементы 3 переместиться в кольцевой паз охватывающей детали 6. Дополнительно, в случае использования элементов разъединения 12, ввинчивают элементы разъединения 12 в отверстия в охватываемой детали 2, воздействуя на закладные элементы 3 дополнительной нагрузкой в радиальном направлении от оси охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей. В случае выполнения элементов разъединения 5 с резьбовыми частями меньшей длины, чем глубина кольцевого паза охватывающей детали 1, и упорными частями, элементы разъединения завинчивают в закладные элементы 3 до упора, вызывая перемещение закладных элементов 3 в кольцевой паз охватывающей детали 6. Разъединяют охватывающую 1 и охватываемую 2 детали.

Повторное соединение и разъединение охватывающей 1 и охватываемой 2 деталей может быть осуществлено любое необходимое число раз. Надежность соединения цилиндрических деталей также повышает использование износостойких закладных элементов, позволяющих осуществлять многократное соединение/разъединение соединяемых деталей.

В случае, если закладные элементы 3 выполнены упругими, они деформируются до прилегания поверхности b к кольцевому пазу 7 охватываемой детали 2.

Способ может быть использован в машиностроении, в частности для соединения отсеков ракет, использующихся в условиях знакопеременных и вибрационных нагрузок.

Представленные чертежи и описание позволяет реализовать способ, что характеризует данное изобретение как промышленно применимое.