ГИБКИЙ ВАЛ ПРУЖИННЫЙ
FLEXIBLE SPRING SHAFT

Изобретение относится к машино- и приборостроению и предназначено для передачи вращения ведущего вала ведомому при изменяющихся линейных и угловых расстояниях между ними.
Известны два типа гибких валов: шарнирные и пружинные. Последние «…состоят из нескольких плотно навитых слоев, каждый из которых состоит из нескольких проволок (рис.216). Таким образом, гибкие валы представляют собой многослойные многозаходные витые пружины… Соседние слои имеют противоположные направления витков…» [Д.Н. Решетов, Детали машин, стр.441, М., Машиностроение, 1974].
Недостатком этих пружинных валов сравнительно с шарнирными является их большая изгибная жесткость, ограничение передаваемого крутящего момента, а также ощутимые потери на трение между проволоками.
Задача изобретения - увеличение диапазона передаваемых гибким пружинным валом крутящих моментов с возможностью взаимных перемещений концов ведущего и ведомого валов, а также уменьшение потерь на трение.
Для этого предлагаемый гибкий пружинный вал выполнен из скрепленных с наконечниками, соединяемыми с ведущим и ведомым валами, нескольких концентрично вставленных с плотным прилеганием друг к другу однозаходных винтовых цилиндрических пружин. Соседние пружины имеют противоположное направление винтовой линии (спирали). Форма поперечного сечения витков пружин гибкого вала, которые, как правило, выполнены с начальным зазором между витками каждой пружины, выбрана из условия предотвращения возможного проскальзывания витков в зазоры между витками соседних пружин. Ширина поперечного сечения витков указанных пружин больше максимального зазора между витками соседних пружин в условиях эксплуатации гибкого вала.
a
a
1
2
На фиг.1 показан общий вид гибкого пружинного вала с наружной пружиной 1, средней 2, внутренней пружиной 3 и наконечниками 4 и 4'. Штифтами 5 и 5' реализован вариант соединения концов пружин в жесткие наконечники. Для предотвращения растяжения гибкого вала сверх допустимого в наконечниках закреплены пробки 6 с заделанными в них концами троса 7 необходимой длины. Все три однозаходные пружины гибкого вала имеют одинаковую длину ℓ, определяемую линейными и угловыми расстояниями между ведущим и ведомым валами, а длины ,  наконечников зависят от конструкции ведущего и ведомого валов.
В гибком вале из трех пружин (фиг.1) наружная 1 и внутренняя 3 пружины имеют левое направление спирали, а средняя 2 - правое.
Гибкий пружинный вал (фиг.1) работает следующим образом.
1
2
3
При приложении к наконечнику 4 крутящего момента по часовой стрелке наружная пружина 1 будет стремиться закручиваться и ее диаметр d уменьшаться, а средняя правоспиральная пружина 2 - раскручиваться и увеличиваться в диаметре (d). В результате, обе пружины сомкнутся и образуют трубку, жесткую на кручение, но податливую на изгиб и растяжение-сжатие. При противоположном направлении крутящего момента сомкнутся средняя 2 и внутренняя 3 (с диаметром d) пружины.
В обоих случаях одна из пружин будет свободно деформироваться.
1
2
3
1
2
3
Для исключения возможности проскальзывания витков в зазоры t, t, t между витками соседних пружин максимальные зазоры в условиях эксплуатации (то есть зазоры при максимально допустимых изгибе и растяжении гибкого вала) должны быть надежно меньше ширины b, b, b поперечных сечений витков.
При нереверсивном вращении гибкому пружинному валу достаточно иметь две пружины. Также возможны гибкие валы с более чем тремя пружинами.
0
На фиг.2 показана наружная пружина 1 гибкого вала, один из наконечников (4') которой выполнен со шлицами 8 высотой h, что обеспечивает скользящее соединение гибкого вала с ведомым или ведущим валом.
На фиг.3 показаны предлагаемые формы поперечного сечения пружин гибкого вала. Наиболее технологично прямоугольное сечение 9. При трапециевидной 10 и D-образной 11 формах уменьшается площадь соприкосновения витков и облегчается подвод смазки. Плоскоовальное 12 и эллиптическое 13 сечения удобны при изготовлении пружин навивкой из ленты. Возможны и другие формы сечения, не допускающие проскальзывания витков; круглое сечение непригодно.
Кроме того, с целью защиты ведомого вала от ударных нагрузок гибкий пружинный вал может быть выполнен с неплотным прилеганием соседних пружин на части их длины, что обеспечивает постепенное смыкание пружин при увеличении передаваемого момента. При этом гибкий вал будет дополнительно играть роль упругой муфты.
Кроме того, при требуемой большой длине гибкого вала он может быть разделен промежуточными наконечниками на несколько участков.
Кроме того, для защиты гибкого вала от воздействия внешней среды он может иметь эластичный чехол снаружи и/или внутри пружин, закрепленный в наконечниках и вращающийся вместе с гибким валом.
Кроме того, для упрощения изготовления пружин они могут быть получены прорезыванием в трубках-заготовках спиральных зазоров между витками (винтовых прорезей) с последующей термообработкой.
Таким образом, при использовании изобретения в гибких пружинных валах повышается диапазон передаваемых крутящих моментов, а также уменьшаются потери на трение за счет взаимного смыкания вставленных друг в друга однозаходных пружин без проникновения витков одной пружины в зазоры между витками соседних пружин, имеющих противоположное направление спирали, а способ изготовления пружин конструктивно и технологически несложен.