ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ВАЛА И ВТУЛКИ

Изобретение относится к шпоночным соединениям вращающегося вала и установленной на валу втулки, в частности, втулки, на конце которой расположено вращающееся скользящее уплотнительное кольцо, входящее в состав уплотнения вала и прижимаемое к поверхности, приблизительно перпендикулярной продольной оси.
Изобретение может быть использовано для валов насосов, перекачивающих нефть или нефтепродукты по магистральному трубопроводу.
Известно уплотнение, представленное в Руководстве по эксплуатации 120 УТ 00.00РЭ «Уплотнение торцевое», 2003 г., серийно выпускаемое ООО Научно-производственный центр «Анод» (сокращенно ООО НПЦ «Анод», г.Нижний Новгород, ул. Свободы, 63). Данное уплотнение предназначено для уплотнения вала насоса.
Это уплотнение содержит вращающееся уплотнительное кольцо 2 и невращающееся уплотнительное кольцо 3, подпружиненное к кольцу 2 (рисунок 1 на странице 5 упомянутого выше Руководства по эксплуатации).
Вращающееся уплотнительное кольцо 2 неподвижно присоединено к одному из концов втулки (гильзы) 1, установленной на валу насоса. На другом конце втулки 1 (противоположном к концу, на котором установлено уплотнительное кольцо 2) находится паз. Паз является сквозным по толщине стенки втулки 1. Паз имеет закрытый и открытый концы. Открытый конец паза совпадает с торцом втулки 1.
На валу насоса также расположен паз. Паз имеет закругленную концевую часть, обусловленную технологией вырезания паза на валу с
помощью дисковой фрезы. Длина паза на валу больше, чем длина паза втулки 1.
Втулку 1 присоединяют к валу с помощью шпонки 13, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда. Чтобы шпонка 13 вошла одновременно в оба паза на втулке 1 и на валу, пазы следует установить друг против друга так, чтобы закругленная (более узкая, чем ширина шпонки) часть паза расположилась под стенкой втулки 1 и не мешала закладыванию шпонки 13. Шпонка 13 предназначена для передачи крутящего момента от вала к втулке 1.
На конце втулки 1, противоположном концу с уплотнительным кольцом 2, по внешней поверхности втулки 1 нарезана резьба, на которую накручена гайка 11.
На конце вала насоса также нарезана резьба, на которую накручена гайка 12.
Гайки 11 и 12 соединены между собой с помощью болтов 14. В результате, элементы 11, 12, 14 образуют соединение, предотвращающее аксиальное перемещение втулки 1 вдоль вала.
В данном устройстве гайка 11 накручена на конец втулки 1 таким образом, что находится над частью поверхности шпонки 13 с ее внешней от вала стороны. В результате, гайка 11 придерживает шпонку от выпадения из пазов. Гайка 12 имеет определенные размеры, позволяющие закрывать своим торцом открытый конец паза втулки 1.
Описанное выше соединение вала и втулки 1 является наиболее близким аналогом к заявляемому соединению.
Недостатком данного соединения является то, что гайка 11 закрывает лишь часть поверхности шпонки 13. Вследствие этого шпонка 13 выпадает из шпоночных пазов при вращении вала, что
снижает надежность работы соединения. При увеличении площади перекрытия гайкой 11 верхней поверхности шпонки 13 пришлось бы изменить конструкцию, в состав которой входит втулка 1 (в данном случае это торцевое уплотнение вала насоса).
Задачей изобретения является создание надежного в работе неподвижного шпоночного соединения вала и втулки.
Технический результат заключается в предотвращении выпадения шпонки из пазов неподвижного шпоночного соединения вала и втулки без изменения конструкции, в состав которой входит втулка, (например, без изменения уплотнения вала насоса).
Как и наиболее близкий аналог, неподвижное шпоночное соединение вала и втулки, размещенной на валу, содержит расположенный на конце втулки и сквозной по толщине ее стенки паз, один конец которого открыт с торца втулки, паз, расположенный на валу, имеющий закругленную концевую часть и длину большую, чем длина паза втулки, при этом пазы выполнены и установлены друг против друга с расположением закругленной части паза вала под стенкой втулки и с возможностью закладывания шпонки одновременно в оба паза, гайку, накручиваемую на конец втулки, на котором находится паз, и частично накрывающую шпонку с ее внешней от вала стороны, и гайку, накручиваемую на вал и закрывающую открытый конец паза втулки, при этом гайки неподвижно соединены между собой.
В отличие от наиболее близкого аналога, шпонка выполнена с выступом, входящим в закругленную часть паза вала под стенкой втулки.
Если в соединении часть паза вала находится под гайкой, накручиваемой на вал, то шпонка может иметь дополнительный выступ, входящий в часть паза вала под гайкой, расположенной на валу.
Устройство изображено на фигурах 1 и 2 со следующими обозначениями: 1 - вал, 2 - втулка, 3 - паз на втулке, 4 - паз на валу, 5 - закругленная концевая часть паза на валу, 6 - шпонка, 7 - гайка на втулке, 8 - гайка на валу, 9 - выступ на шпонке, 10 - дополнительный выступ на шпонке.
Неподвижное шпоночное соединение вала 1 и размещенной на нем втулки 2 содержит паз 3. Паз 3 расположен на конце втулки 2.
Один конец паза 3 открыт с торца втулки 2. Паз 3 является сквозным по толщине стенки втулки 2.
На валу 1 расположен паз 4. Паз 4 имеет закругленную концевую часть 5. Длина паза 4 на валу 1 больше, чем длина паза 3 на втулке 2.
Пазы 3 и 4 выполнены таким образом и установлены в шпоночном соединении друг против друга так, что закругленная часть 5 паза 4 на валу 1 располагается под стенкой втулки 2, а шпонку 6 можно заложить одновременно в оба паза 3 и 4. Соотношение размеров пазов 3; 4 и шпонки 6 рассчитывают для каждой конкретной конструкции.
Заявляемое соединение содержит гайку 7. Гайка 7 накручена на тот конец втулки 2, на котором находится паз 3. Гайка 7 частично накрывает шпонку 6 с ее внешней от вала 1 стороны.
Соединение включает также гайку 8. Гайка 8 накручена на вал 1. Гайка 8 закрывает открытый конец паза 3 на втулке 2.
Гайки 7 и 8 неподвижно соединены между собой, например, при помощи болтов.
Шпонка 6 выполнена с выступом 9, входящим в закругленную часть 5 паза 4 вала 1 под стенкой втулки 2. Высота выступа 9 меньше высоты шпонки 6, соответствует высоте паза 4 вала 1 и позволяет выступу 9 входить в промежуток между внутренней поверхностью втулки 2 и дном паза 4 на валу 1. Выступ 9 можно закруглить по геометрии паза 4. Таким образом, шпонка 6 закреплена в шпоночных пазах 3 и 4 не только одном месте (с помощью гайки 7), как в наиболее близком аналоге. Шпонка 6 в заявляемом соединении закреплена также за счет того, что выступ 9 находится в закругленной части 5 паза 4 и накрыт сверху внутренней стенкой втулки 2. В результате, шпонка 6 в заявляемом соединении имеет два закрепления, что является более надежным соединением, чем соединение в конструкции наиболее близкого аналога.
Длина паза 4 на валу 1 больше, чем длина паза 3 на втулке 2. Поэтому возможно расположение части паза 4 на валу 1 под гайкой 8, накручиваемой на вал 1. В этом случае для обеспечения большей надежности закрепления шпонки 6 в шпоночном соединении шпонка 6 имеет дополнительный выступ 10 (фиг.2), входящий в часть паза 4 под гайкой 8. Дополнительный выступ 10 соответствует высоте паза 4 вала 1 и позволяет дополнительному выступу 10 входить в промежуток между гайкой 8 и дном паза 4 на валу 1. Дополнительный выступ 10 можно закруглить по геометрии паза 4.
Соединение осуществляют следующим образом. Втулку 2 надевают на вал 1. Совмещают пазы 3 и 4 таким образом, чтобы закругленная часть 5 паза 4 на валу 1 расположилась под стенкой втулки 2. Закладывают шпонку 6, имеющую выступ 9, одновременно в пазы 3 и 4. Выступ 9 заходит под втулку 2 в закругленную часть 5 паза 4 на валу 1.
На конец втулки 2, на котором находится паз 3, накручивают гайку 7 так, чтобы она частично накрывала шпонку 6. Далее накручивают гайку 8 на вал 1. При этом гайка 8 закрывает открытый торцевой конец паза 3 втулки 2. Гайки 7 и 8 соединяют между собой при помощи болтов (на фигурах позицией не обозначены).
Паз 4 на валу 1 может быть расположен так, что часть паза 4 будет находиться под гайкой 8, накручиваемой на вал 1. Закладывают шпонку 6, имеющую выступ 9 и дополнительный выступ 10, одновременно в пазы 3 и 4. Далее накручивают гайку 8 на вал 1. Дополнительный выступ 10 на противоположном конце шпонки 6 заходит в часть паза 4 под гайкой 8.
Таким образом, в заявляемом неподвижном шпоночном соединении вала и втулки предотвращается выпадение шпонки из пазов шпоночного соединения без изменения конструкции (например, конструкции уплотнения вала насоса), в состав которой входит втулка, и повышается надежность шпоночного соединения и работы конструкции, содержащей втулку, в частности, повышается надежность работы уплотнения вала насоса.