Результат интеллектуальной деятельности: Фрикционное соединение приводного вала и шкива

Область применения, к которой относится изобретение

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к соединению совместно вращающихся частей.

Уровень техники

Известно фрикционное соединение совместно вращающихся приводного вала и шкива с помощью цилиндрической втулки, имеющей внутреннее осевое цилиндрическое отверстие, позволяющее надеть этот элемент на приводной вал с натягом и таким же образом закрепить шкив (см., например, книгу Д.Н. Решетова «Детали машин», стр. 81 и далее М.: Машиностроение, 1989 г.). К недостаткам такого соединения можно отнести технологическую сложность его исполнения.

Известно фрикционное соединение приводного вала со шкивом, включающее коническую втулку, разрезанную по направляющей с внутренним осевым цилиндрическим отверстием позволяющим надеть этот элемент на приводной вал и с наружной конусной стенкой, на которую надевается шкив с фиксирующими ее положение крепежными болтами. См., например, (http://www.skf.com/portal/skf_ru/home/products?maincatalogue=l&lang=ru&newlink=1_16_2), или сайт motion-products.ru>upload/iblock/fad/…pdf. Для размещения конической втулки между поверхностями приводного вала и отверстия шкива необходимо выполнение отверстия шкива соответствующей втулке конической формы что усложняет его изготовление.

Раскрытие изобретения

Фрикционное соединение приводного вала со шкивом, работает, как известно, за счет сил трения, организуемых между поверхностью вала и поверхностью отверстия надетого на него шкива. Обычно между этими двумя поверхностями устанавливается промежуточный элемент - втулка и силы трения организуются между поверхностями втулки, вала и шкива. В предлагаемом изобретении в качестве такого промежуточного элемента предлагается использовать цилиндрическую пружину с нулевым расстоянием между витками (пружинная втулка). Внутренний диаметр пружины равен диаметру приводного вала, а внешний диаметр пружины - равен диаметру отверстия втулки. Пружину можно закрутить на вал до упора и снаружи закрутить на нее шкив до того же упора. При этом длина пружины должна быть несколько больше длины участка вала, взаимодействующего со шкивом. Продольное сжатие пружины приводит к исключению зазоров между витками и возникновению силового контакта между витками пружины по спиральной линии их соприкосновения. При этом в витках пружины возникают контактные напряжения местного сжатия, что приводит к деформации поперечного сечения витков, когда первоначально круглое поперечное сечение витка за счет сил сжатия стремится трансформироваться в эллиптическое сечение. Таким образом, появляется давление витков пружины с одной стороны на приводной вал, а с другой - на поверхность отверстия в шкиве, что и приводит к возникновению сил трения. Таким образом, чем больше будет сжатие пружины, тем больше будет деформация поперечных сечений витков пружины и, соответственно, будут увеличиваться силы трения, соединяющие в единую систему приводной вал и шкив. Продольное сжатие пружины может быть осуществлено через тарельчатую шайбу путем закручивания гайки на приводной оси или иным образом. Следует еще заметить, что установка пружины должна быть согласована с направлением вращения вала, имея в виду направление закручивания витков пружины, так, чтобы при вращении вала происходило инерционное закручивание пружины, что будет повышать величину контактных напряжений и соответственно силы трения. С учетом возможных несовершенств в изготовлении пружины, полагаем, что длина пружины должна превышать длину контакта интервале 0,25-0,5 толщины витка.

Возникающая при этом величина фрикционного крутящего момента может быть определена эмпирически в результате испытаний или теоретически решением контактной задачи теории упругости с учетом физико-механических свойств используемых конструкционных материалов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема фрикционного соединения.

На фиг. 2 представлена схема деформации сечения пружинной втулки.

Осуществление изобретения

Фрикционное соединение приводного вала 1 со шкивом 2, включает сжатую цилиндрическую пружину с нулевым расстоянием между витками (пружинная втулка) 3, размещенную между поверхностью вала 1 и поверхностью отверстия шкива 2 с нулевым зазором, упорную шайбу 4, тарельчатую шайбу 5 и гайку 6.

Соединение осуществляется следующим образом. На приводной вал 1 устанавливается упорная шайба 4 и надевается (накручивается) пружинная втулка 3, длина которой превышает длину контакта вала со шкивом в интервале 0,25-0,5 толщины витка. На пружинную втулку аналогичным образом устанавливается шкив 2 и тарельчатая шайба 5. Закручиванием гайки 6 тарировочным гаечным ключом происходит сжатие пружинной втулки 3 и деформация первоначально круглого поперечного сечения витка 7 к эллиптической форме 8, сопровождающаяся давлением витков на сопрягаемые поверхности с возникновением требуемых сил трения, обеспечивающих совместное вращение вала 1 и шкива 2. Необходимая величина крутящего момента при сжатии гайкой 6 пружинной втулки 3 может быть определена эмпирически. Для инерционного закручивания установка пружиной втулки 3 согласуется с направлением вращения вала, то есть направления закручивания пружинной втулки и вращение вала должны быть противоположны.