УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к узлам соединения деталей торцовыми поверхностями, в частности, к соединению графитированных электродов в электрометаллургии, буровых штанг в горном деле.
Известен по SU №616671 от 25.07.1978 г. узел соединения двух токопроводящих деталей, например углеграфитированных электродов. Электроды содержат на торце одного ниппель, сопряженный с гнездом второго. На боковых поверхностях ниппеля и гнезда выполнены по винтовой линии чередующиеся выступы и пазы, например резьба, а также продольные пазы и шипы. В ниппеле и гнезде предусмотрены радиальные отверстия, в которые после сборки детали вводится цементирующийся (коксующиеся) материал, заполняющий пазы и зазоры между витками ниппеля и гнезда. Это обеспечивает жесткое, неразборное соединение электродов, непрерывно расходуемых при работе на дуговых печах.
Материал электрода - графит, имеет анизотропную структуру, более плотную по периферии; выполнение резьбовых поверхностей внутри тела электрода (в гнезде или монолитном ниппеле) снижает механическую прочность соединения.
Узел безниппельного соединения двух токопроводящих деталей, например графитированных электродов по SU №598273 от 15.03.1979 г. содержит соединительный элемент на сопрягаемых поверхностях, наклонные выступы и ответные впадины, симметричные относительно оси детали. Это обеспечивает повышение механической прочности стыка деталей, так как механическую нагрузку воспринимают периферийные участки кругового сечения электродов.
К недостаткам соединения относятся сложность его разборки, осуществляемая поворотом деталей на 180° в вертикальной плоскости, что для крупногабаритных деталей не всегда возможно.
Перечисленных недостатков лишен узел соединения двух деталей по а.с. SU №932957 от 05.10.1976 на электродах по сопрягаемым торцевым поверхностям выполнены шипы и ответные пазы с наклонными боковыми гранями, а вдоль их продольной оси - соосные отверстия с фиксирующим зубчатым стержнем для инструмента. В одном из электродов имеется отверстие для инструмента по перемещению стержня; на стержне выполнен продольный паз, а в одном из электродов - дополнительное радиальное отверстие. Узел также снабжен штифтом, заглубленным в паз стержня. Такая совокупность существенных признаков обеспечивает простую, гарантированную сборку и разборку узла и выбрана за прототип.
К его недостаткам можно отнести ограничение области применения соединения, в частности, невозможность его использования для трубных деталей.
Целью создания полезной модели является расширение технологических возможностей соединения путем обеспечения монолитности двух сопрягаемых полых деталей и их быстрой разборки, например электродов, металлических труб, буровых штанг и др.
Поставленная цель достигается тем, что соединение двух деталей на сопрягаемых поверхностях содержит наклонные шипы и ответные пазы и соосные отверстия разной глубины для размещения в них минимум одною стержня; с тыльного торца стержня расположен его фиксатор, например пружина или таблетка из коксующегося материала; на поверхности отверстия детали, сопрягаемой с таблеткой, расположены боковые канавки; отверстия в деталях могут быть выполнены сквозными, а стержень полым; упомянутые отверстия в деталях и стержень могут быть ступенчатыми; стержень может содержать продольное щелевидное отверстие с зубьями, расположенными по одной стороне отверстия.
Изложенная сущность поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 вариант соединения с пружинным фиксатором.
фиг.2 соединение с таблеткой из коксующегося материала.
фиг.3 соединение трубчатых деталей.
фиг.4 отверстие детали с канавкой.
фиг.5 ступенчатый стержень.
фиг.6 стержень с щелевидным зубчатым отверстием.
фиг.7, 8 варианты выполнения ключей.
фиг.9 варианты сборки электродов.
фиг.10 варианты сборки штанг.
Соединяемые цилиндрические детали (фиг.1) - электроды 1 и 2 имеют на сопрягаемых торцах наклонные шипы 3 и ответные пазы 4, расположенные симметрично относительно оси электродов 1 и 2.
Стержень 5 расположен одновременно в отверстиях 6 и 7 электродов 1 и 2, глубина а отверстия 7 равна половине высоты с стержня 5; глубина b отверстия 6 больше высоты с стержня на величину, равную длине пружины 8 в сжатом состоянии, расположенной в электроде 2 и выполняющей функцию фиксатора стержня в его рабочем положении.
Фиксатором (рис.2) может быть таблетка 9 из коксующегося при высокой температуре материала; на поверхности отверстия 6 расположены канавки 10 для заполнения их мягким материалом таблетки (фиг.4.). В процессе нагрева таблетки она расплывается, заполняя канавки 10, затем, по мере повышения температуры, коксуется, стопоря стержень и обеспечивая неразборность соединения электродов.
Отверстия 11 и 12 электродов 1 и 2 (фиг.3) могут быть сквозными одного размера диаметра, либо ступенчатыми. Стержень 13 может быть полым, с отверстием 14.
Наружный диаметр D стержня 13 равен диаметру больших ступеней отверстий 11 и 12.
Глубина этих ступеней, высота стержня и длина пружины 8 назначаются из условий, изложенных по варианту фиг.1.
Стержни 5 или 13 могут быть ступенчатыми (фиг.5) с размерами, ответными отверстиям 11 и 12 по диаметрам и длинам сопрягаемых ступеней.
Возможно выполнение стержня 13 (фиг.6) с щелевидным отверстием 15 и зубьями 16, расположенными на одной из продольных сторон отверстия 15. Длина зубьев 16 равна толщине t полого стержня 11.
Ключ для перемещения такого стержня состоит (фиг.7) из круглого валика с зубьями 17 и ответными зубьям 16.
ш
ш
Диаметр D валика 18 равен наружному диаметру зубьев 17. Ширина b зубьев 17 соответствует толщине t стержня 13.
18
Длина ℓ ключа 18 обеспечивает его выступание в рабочем положении из детали 1 или 2. Отверстие 19 служит для размещения кольца при вращении ключа 18.
20
Ключ 20 (фиг.8) может выполнять функции фиксатора, его длина ℓ обеспечивает его постоянное заглубленное положение в детали 1 или 2, на торце предусмотрен квадратный хвостовик 21 для вращения.
Варианты использования соединения:
Пример 1. Сборка дуговых электропечей.
Электрод 1 в «свече» является верхним, он расположен над сводом печи. Наращиваемый электрод 2 расположен над электродом 1: в отверстии 6 расположен стержень 5 с таблеткой 9, не обладающей клеящими свойствами для удержания стержня 5. Удерживание стержня 5 в отверстии 7 осуществляется вручную или с использованием приспособлений. Шипы 3 электрода 1 совмещаются с пазами 4 электрода 2: последний перемещают в поперечном направлении относительно электрода 1. Стержень 5, находясь в отверстии 6 электрода 2, скользит по торцу электрода 1, при достижении соосности отверстий 6 и 7 стержень 5 опускается на глубину «а» в отверстие 6, располагаясь одновременно в электродах 1 и 2.
Электрод 1 имеет температуру выше температуры электрода 2, что способствует свободному взаимному перемещению электродов, их сборке. Находясь в собранном виде, торец электрода 2 постепенно нагревается, таблетка 9 расширяется в объеме, заполняя боковые канавки отверстия 7. При последующем коксовании таблетки 9 обеспечивается неразборность соединения электродов 1 и 2.
Возможно использование полого, трубчатого стержня 5, заполненного коксующимся материалом. Совместное расширение его и таблетки 9 может обеспечить полное заполнение отверстий 6 и 7 коксующимся материалом.
Пример 2. Сборка буровых штанг.
В этом случае детали 1 и 2 являются штангами. В отверстии штанги 2 расположен стержень 13 с щелевидным зубчатым отверстием 15 и шестеренчатым ключом. Наращивание, сборка штанги 2 со штангой 1 осуществляется их взаимным перемещением по пазам, ответным шипам до совмещения осей отверстий 11 и 12, ключом 17 стержень 13 принудительно опускается в штангу 1. Затем ключ 18 вынимается из штанги 2; к ее верхнему торцу присоединяется привод вращения. При использовании сборного ключа 20, он остается в сопряжении со стержнем 13 в штанге 2.
При бурении скважин такое соединение обеспечивает изменение направления вращения бура при одновременном знакопеременном по направлению осевом перемещении с частотой, обеспечивающей ударные нагрузки на горную породу и др.