Узел закрепления детали на валу

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к соединениям вал - ступица и предназначена для простого и надежного крепления зубчатых колес, шкивов, звездочек, рычагов и аналогичных деталей на валах с возможностью мобильной регулировки их осевого и углового положений.
Из уровня техники известно соединение вала со ступицей биконическими наружными и внутренними кольцами, разжимаемыми путем сведения с помощью винтов двух промежуточных колец, установленных с двух сторон в кольцевые зазоры между биконическими кольцами (Орлов П.И. Основы конструирования. М.: Машиностроение, 1988, кн. 2, с. 304, рис. 638).
Недостатками этого соединения являются необходимость центрирования детали относительно вала по четырем поверхностям и неравномерность распределения контактных давлений по длине контактирующих поверхностей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа узел для крепления детали на валу, содержащий изготовленные из упругого материала две втулки с наружной конической и внутренней цилиндрической посадочными поверхностями, размещенные навстречу друг другу в зазоре между валом и ступицей, которая имеет внутреннюю посадочную поверхность в виде двух встречно направленных сужающимися концами конических участков. Втулки снабжены средством их осевого перемещения, выполненным в виде четного количества винтов, размещенных в соответствующих отверстиях, которые выполнены равномерно по окружности в одной из втулок с зазором под стержень винта, и ввинченных в резьбовые отверстия во второй втулке, которые выполнены равными по количеству и соответствующими расположению гладких отверстий в первой втулке. Между указанными отверстиями поочередно с обоих торцов каждой из втулок выполнены пазы, отстоящие от близлежащих отверстий под винты на одинаковом расстоянии. Вал, на котором размещены обе втулки, выполнен с цилиндрической посадочной поверхностью. (Патент №199090 Узел для крепления детали на валу от 13.02.2020 г.).
Недостатками известного, описанного выше узла для крепления детали на валу, как показал опыт практического использования идентичной конструкции, в том числе технической проблемой, является невысокая нагрузочная способность узла для крепления детали на валу, связанная с фрикционным способом передачи крутящего момента с вала на ступицу детали (или наоборот) и по внутренним, и по наружным посадочным поверхностям втулок, а с ростом величины передаваемого крутящего момента пробуксовка в узле начинается по внутренним цилиндрическим посадочным поверхностям обеих втулок, контактирующим с валом, а не по наружным коническим посадочным поверхностям втулок, контактирующим с двумя внутренними разнонаправленными коническими поверхностями ступицы детали, закрепляемой на валу. Это обстоятельство занижает изначально номинальную расчетную величину передаваемого узлом для крепления детали на валу крутящего момента, т.е. снижает нагрузочную способность узла в целом.
В основу заявленной модели был положен технический результат - повышение эффективности узла для крепления детали на валу за счет увеличения нагрузочной способности узла путем выполнения жесткого соединения втулок с валом для передачи крутящего момента с использованием, например, шлицевого, шпоночного или профильного соединений.
Технический результат достигается тем, что узел закрепления детали на валу, содержащий изготовленные из упругого материала две втулки с наружной конической посадочной поверхностью, размещенные навстречу друг другу в зазоре между валом и ступицей, имеющей внутреннюю посадочную поверхность в виде двух встречно направленных сужающимися концами конических участков, и снабженные средством их осевого перемещения, выполненным в виде четного количества винтов, размещенных в соответствующих отверстиях, которые выполнены равномерно по окружности в одной из втулок с зазором под стержень винта, и ввинченных в резьбовые отверстия во второй втулке, которые выполнены равными по количеству и соответствующими расположению гладких отверстий в первой втулке, а между указанными отверстиями поочередно с обоих торцов каждой из втулок выполнены пазы, отстоящие от близлежащих отверстий под винты на одинаковом расстоянии, причем внутренние посадочные поверхности обеих втулок связаны с валом для передачи крутящего момента между ними посредством жесткого соединения.
Полезная модель поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 изображен разрез по оси узла закрепления детали на валу с одним из возможных жестких (здесь шлицевым) исполнением соединения втулок с валом.
На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 изображена в диметрии одна из двух втулок с гладкими отверстиями под стержни винтов.
На фиг. 4 изображена в диметрии другая втулка с резьбовыми отверстиями для завинчивания в них винтов.
Узел закрепления детали на валу содержит изготовленные из упругого материала две втулки 1 и 2 (см. фиг. 1) с конической наружной посадочной поверхностью 3, размещенные навстречу друг другу в зазоре между валом 4 и ступицей 5, имеющей внутреннюю посадочную поверхность в виде двух встречно направленных конических участков 6 и цилиндрического технологического участка 7 посередине между ними, и снабженные средством их осевого перемещения, выполненным в виде четного количества винтов 8, размещенных в соответствующих отверстиях 9, выполненных равномерно во втулке 1 с зазором под стержень 10 винтов 8 и, например, с возможным гнездом 11 под головку 12 винтов 8 со стороны торца 13 втулки 1, обращенного вовне ступицы 5, и завинчиваемых в резьбовые отверстия 14 втулки 2, выполненные равными по количеству и соответствующими расположению гладких отверстий 9 во втулке 1, между которыми поочередно с обоих торцов 13 и 15 втулки 1 и с обоих торцов 16 и 17 втулки 2 выполнены пазы (см. фиг. 2, 3 и 4), отстоящие от близлежащих отверстий 9 и 14 под винты 8 на одинаковом расстоянии. Внутренние посадочные поверхности 19 втулок 1 и 2 (см. фиг. 1) связаны с валом 4 посредством жесткого соединения для передачи крутящего момента между втулками 1 и 2 и валом 4 с использованием, например, шлицевого (см. фиг. 1, 2, 3, 4), шпоночного или профильного (на фигурах не показаны) соединений.
Сборка узла закрепления детали на валу производится следующим образом.
Во внутреннюю полость ступицы 5 детали, с той ее стороны, с которой в дальнейшем будет вестись закрепление детали на валу 4 посредством описываемого узла, устанавливают втулку 1, а с другой стороны ступицы 5 в ту же полость устанавливают втулку 2, после чего во все гладкие отверстия 9 втулки 1 вставляют винты 8 головками 12 со стороны торца 13 втулки 1 и ввинчивают их предварительно, без затяжки в резьбовые отверстия 14 втулки 2, совместив оси отверстий двух типов, путем поворота одной из втулок 1 или 2 вокруг своей оси. После этого, собранный комплект из нескольких деталей, путем его осевого перемещения, надвигают на вал 4, размещая тот в нужном осевом положении, а при необходимости, поворотом вокруг оси вала 4, и в нужном угловом положении, и приступают к фиксации детали на валу 4 посредством описываемого узла закрепления. Для этого окончательно ввинчивают все винты 8 в резьбовые отверстия 14 втулки 2 до тех пор, пока головки 12 винтов 8 полностью не войдут в гнезда для них 11 во втулке 1, а при исполнении втулки 1 без гнезд 11 под головки винтов 8 - пока головки 12 не прижмутся к наружному торцу 13 втулки 1, и затягивают все винты 8, стягивая между собой обе втулки 1 и 2 с осевой силой такой величины, которая необходима для создания сил трения на наружных посадочных поверхностях 3 втулок 1 и 2, которые будут достаточны для обеспечения передачи узлом закрепления детали на валу с втулок 1 и 2 на ступицу 5 (или наоборот) крутящего момента заданной величины.
Разборка узла закрепления детали на валу осуществляется в следующем порядке.
Вывинчиваются и вынимаются из втулки 1 все винты 8, снимается с вала комплект, включающий в себя закрепляемую на валу 4 деталь вместе с двумя втулками 1 и 2 в ее ступице 5, с последующей разборкой этого комплекта.
Заявленное техническое решение, а именно, выполнение внутренних посадочных поверхностей втулок не гладкими цилиндрическими, связанными с валом фрикционным способом для передачи крутящего момента между втулками и валом, как в прототипе, а посредством жесткого соединения для передачи крутящего момента между втулками и валом путем использования, например, шлицевого, шпоночного или профильного соединений, увеличивает номинальную величину передаваемого узлом с вала на ступицу детали (или наоборот) крутящего момента и, тем самым, повышает нагрузочную способность узла (в целом). Или, рассуждая иначе, повышение нагрузочной способности узла закрепления детали на валу, по сравнению с прототипом, путем замены фрикционного способа передачи крутящего момента между втулками и валом на жесткое соединение, позволяет уменьшить габариты узла при реализации заявленной полезной модели узла закрепления детали на валу.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле полезной модели, обеспечивает при реализации полезной модели получение заявленного технического результата - повышение эффективности узла закрепления детали на валу за счет увеличения нагрузочной способность узла путем выполнения жесткого соединения втулок с валом для передачи крутящего момента с использованием, например, шлицевого, шпоночного или профильного соединений.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к машиностроению, в частности, к соединениям вал - ступица, и может быть использован для закрепления зубчатых колес, шкивов, звездочек, рычагов и аналогичных деталей на валах;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.