СОЕДИНЕНИЕ ПРИВОДНОГО ВАЛА СО СТУПИЦЕЙ

Полезная модель относится к конструкциям соединения приводного вала со ступицей, предназначенного для передачи крутящего момента, и может быть использована в машиностроении, например при изготовлении (или ремонте) центробежных вентиляторов.
Известно соединение приводного вала со ступицей, в котором передача крутящего момента от приводного вала к ступице производится с помощью шпонок, а для осевой фиксации применяется ограничительный бурт и детали крепления (Брук А.Д., Матикашвили Т.И., Невельсон М.И. и др. Центробежные вентиляторы. М: «Машиностроение», 1975, с. 349).
К недостаткам этого устройства относится низкая прочность соединения, особенно при работе в условиях высоких температур, например, при использовании соединения в вентиляторах. Из-за интенсивного разогрева более тонких элементов крыльчатки рабочего колеса возникают зазоры между посадочными участками приводного вала и ступицы, что приводит к нежелательной вибрации, радиальным и торцевым биениям. Вследствие усталости материала возможны поломки и преждевременный выход вентилятора из строя. Острые кромки шпоночных канавок и пазов являются концентраторами напряжений, что также снижает прочность и долговечность соединения приводного вала со ступицей.
Известно соединение составных частей, используемое в конструкции составного валка, принятое в качестве прототипа, содержащего несущую профилированную ось с буртом и с профилированной внутренней поверхностью бандаж, насаживаемый с натягом с возможностью свободного перемещения его участков меньшего диаметра в нагретом состоянии вдоль несущей оси через участки с большим диаметром по длине к бурту, при этом образующие посадочных поверхностей составных частей выполнены криволинейными (Составной валок. Патент России №2191648. МПК В21В 27/03).
К недостаткам этого устройства относится сложность изготовления посадочных поверхностей его составных частей, а также возможность разрушения соединения в процессе эксплуатации от значительных растягивающих напряжений.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании простого и технологичного в изготовлении и сборке соединения, обеспечивающего надежность сцепления сопрягаемых частей - приводного вала и ступицы, исключающее их взаимное смещение.
Поставленная задача решается тем, что в соединении приводного вала со ступицей, включающем профилированный участок приводного вала с ограничительным буртом и деталями крепления, а также сопряженную с ним по посадке ступицу с профилированной внутренней поверхностью, посадочный участок приводного вала выполнен из двух цилиндрических участков разного диаметра, продольные оси которых смещены в радиальном направлении с образованием эксцентриситета, при этом внутренняя посадочная поверхность ступицы выполнена ответной формы к посадочной поверхности приводного вала. Кроме того, контуры цилиндрических участков вала и ступицы сопряжены в одной точке и контуры цилиндрических участков вала и ступицы установлены с перекрытием.
На чертеже изображен общий вид соединения приводного вала со ступицей.
Предлагаемое соединение состоит из приводного вала 1, на котором выполнен ограничительный бурт 2, и ступицы 3. Посадочный участок приводного вала 1 выполнен из двух цилиндрических участков 4 и 5 разного диаметра, продольные оси которых смещены в радиальном направлении с образованием эксцентриситета Δ. Крепление приводного вала к ступице 3 производится через ограничительный бурт 2 с помощью крышки 6 и винтов 7.
Сопрягаемая внутренняя (посадочная) поверхность ступицы 3 выполнена ответной формы, т.е. продольные оси соответствующих цилиндрических поверхностей внутреннего пространства ступицы смещены аналогичным образом в радиальном направлении на величину Δ.
В результате предложенного смещения продольных осей цилиндрических участков приводного вала и ступицы в поперечном сечении образуется геометрическая фигура, получаемая смещением окружностей относительно друг друга. Механическая сцепка, обусловленная формой серповидного участка, выступающего за контур окружности вращения, устраняет скручивание ступицы относительно приводного вала, при этом обеспечивает жесткое фиксирование сопрягаемых элементов предлагаемого соединения с возможностью передачи больших крутящих моментов даже при малом натяге или его отсутствии.
Возможные положения цилиндрических участков разного диаметра:
- цилиндрический участок большего диаметра примыкает к ограничительному бурту;
- цилиндрический участок меньшего диаметра примыкает к ограничительному бурту;
- контуры цилиндрических участков не перекрываются (окружность малого диаметра находится внутри окружности большего диаметра);
- контуры цилиндрических участков сопрягаются в одной точке;
- контуры смежных цилиндрических участков перекрываются.
В случаях, когда цилиндрический участок меньшего диаметра примыкает к ограничительному бурту, либо контуры (смежных) цилиндрических участков 4 и 5 перекрываются, отпадает необходимость в деталях крепления (от осевого смещения), так как цилиндрический участок ступицы, примыкающий к ограничительному бурту 3, оказывается зажатым между буртом и выступающим за контур серповидным участком смежного с ним цилиндрического участка приводного вала.
Сборка приводного вала со ступицей производится следующим образом. Для обеспечения правильности монтажа сходственные участки приводного вала и ступицы предварительно метят термостойкой краской. Ступицу вместе с прикрепленными к ней вращающимися элементами (например, лопастями вентилятора, т.е. «крыльчаткой») нагревают в камерной печи до температуры, обеспечивающей свободное прохождение профилированного посадочного участка приводного вала через внутреннее пространство ступицы при заданном уровне натяга. После нагрева ступицы (крыльчатки) ее извлекают из печи и устанавливают на торец (продольная ось вертикальна). Приводной вал, подвешенный с торца ограничительным буртом вверх, подводят к нагретой ступице, добиваясь совмещения меток, и заводят его внутрь ступицы до упора в ограничительный бурт. В процессе остывания ступицы выбирается зазор между ней и приводным валом, при этом ступица облегает приводной вал с заданным натягом. С помощью крышки 6 и винтов 7 производится крепление приводного вала через ограничительный бурт 2 к ступице 3, что предотвращает их от осевого смещения.
Таким образом, в результате указанного исполнения конструкции соединения приводного вала со ступицей повышается технологичность изготовления составных частей соединения, а также надежность их фиксации от круговых и осевых смещений.