Узел крепления 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 положения.
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 выбранное в качестве прототипа устройство для крепления ступицы на валу, содержащее изготовленные из упругого материала две одинаковые втулки с конической наружной и цилиндрической внутренней поверхностями, устанавливаемые навстречу друг другу в зазоре между валом и ступицей, имеющей внутреннюю поверхность в виде двух встречно-направленных конических участков и цилиндрического участка между ними с размещенным в нем кольцом, имеющим удвоенное по сравнению с количеством винтов в каждой из втулок количество равномерно расположенных по окружности резьбовых отверстий под винты, и средство осевого перемещения втулок, выполненное в виде четного количества винтов, размещенных в соответствующих отверстиях, равномерно по окружности сформированных в каждой из упомянутых втулок с зазором под стержень винта, между которыми поочередно с обоих торцов втулок выполнены пазы, отстоящие от близлежащих отверстий под винты на одинаковое расстояние (Патент на полезную модель №190482 от 02.07.2019 г.).
Недостатком известного, описанного выше устройства для крепления ступицы на валу, как показал опыт практического использования идентичной конструкции, в том числе технической проблемой, является возникающая, даже при небольших перегрузках по величине передаваемого с вала на ступицу (или наоборот) крутящего момента, пробуксовка по внутренним цилиндрическим посадочным поверхностям втулок, фрикционным путем связанным с валом, что снижает нагрузочную способность устройств для крепления ступицы на валу этого типа в целом.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение эффективности устройства для крепления ступицы на валу за счет увеличения его нагрузочной способности путем замены внутренних гладких цилиндрических посадочных поверхностей втулок, когда передача крутящего момента с них на вал (или наоборот) происходит исключительно фрикционным способом, на поверхности, обеспечивающие при тех же габаритах устройства передачу крутящего момента большей величины, чем в первом случае, а именно, путем выполнения внутренних посадочных поверхностей втулок в виде, соответствующем, например, шлицевому, профильному или шпоночному соединениям и адекватной форме наружной поверхности участка вала под втулками.
Технический результат достигается тем, что узел крепления детали на валу, содержащий изготовленные из упругого материала две одинаковые втулки с конической наружной посадочной поверхностью, устанавливаемые навстречу друг другу в зазоре между валом и ступицей, имеющей внутреннюю поверхность в виде двух встречно направленных конических участков и цилиндрического участка посередине между ними с размещенным в нем кольцом, имеющим удвоенное по сравнению с количеством винтов в каждой из втулок количество равномерно расположенных по окружности резьбовых отверстий под винты, и средство осевого перемещения втулок, выполненное в виде четного количества винтов, размещенных в соответствующих отверстиях, равномерно по окружности сформированных в каждой из упомянутых втулок, с зазором под стержень винта, между которыми поочередно с обоих торцов втулок выполнены пазы, отстоящие от близлежащих отверстий под винты на одинаковом расстоянии, а внутренние посадочные поверхности втулок выполнены с возможностью обеспечения передачи крутящего момента между втулками и валом, т.е. внутренние посадочные поверхности втулок могут быть выполнены шлицевыми, соответствующими шлицевой поверхности вала, кроме того, внутренние посадочные поверхности втулок могут быть выполнены профильными, соответствующими профильному сечению вала, а также внутренние посадочные поверхности втулок могут быть выполнены с пазом под шпонку, предназначенную для установки в паз вала.
Полезная модель поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 изображен вид с торца ступицы детали на узел крепления детали на валу.
На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 изображена втулка в диметрии.
Узел крепления детали на валу содержит изготовленные из упругого материала две одинаковые втулки 1 (см. фиг. 2) с конической наружной посадочной поверхностью 2 и внутренней посадочной поверхностью 3, выполненной с возможностью обеспечения передачи крутящего момента между втулками 1 и валом 4, т.е. выполненной либо шлицевой (см. фиг. 1), соответствующей шлицевой поверхности вала 4, либо профильной, соответствующей сечению вала 4, либо с пазом под шпонку, предназначенную для установки в паз вала 4, устанавливаемые навстречу друг другу в зазоре между валом 4 (см. фиг. 2) и ступицей 5, имеющей внутреннюю поверхность в виде двух встречно направленных конических участков 6 и цилиндрического участка 7 между ними с размещенным в нем кольцом 8, имеющим удвоенное по сравнению с количеством винтов 9 в каждой из втулок 1 количество равномерно расположенных по окружности резьбовых отверстий 10 под винты, и средство осевого перемещения втулок 1, выполненное в виде четного количества винтов 9, размещенных в соответствующих отверстиях 11 (см. фиг. 2 и фиг. 3), равномерно по окружности сформированных с зазором под стержень 12 винтов 9 в каждой из упомянутых втулок 1 и, например, с возможным гнездом 13 (см. фиг. 2 и 3) под головку 14 (см. фиг. 2) винта 9 со стороны торца 15 (см. фиг. 2 и 3), обращенного вовне ступицы 5, между которыми поочередно с обоих торцов 15 и 16 втулок 1 выполнены пазы 17 и 18 (см. фиг. 3), отстоящие по углу от близлежащих отверстий 11 под винты 9, вдвое меньшему, по сравнению с углом между пазами 17 и 18.
Сборка узла производится следующим образом.
На вал 4 устанавливают одну из втулок 1 торцом 16 в ту сторону, с которой будут монтировать деталь, предназначенную для закрепления на валу, надвигают деталь ступицей 5 на втулку 1. После этого, в цилиндрический участок 7 внутренней поверхности ступицы 6 вставляют кольцо 8 с резьбовыми отверстиями под винты 9 в нем, затем в свободный зазор между ступицей 5 и валом 4 устанавливают осевым перемещением вдоль вала вторую втулку 1 торцом 15 наружу. Перемещением собранного комплекта из четырех деталей вдоль вала размещают тот в нужном положении в осевом направлении и приступают к фиксации его на валу. Для этого вводят снаружи с двух сторон ступицы 5 в отверстия 11 обеих втулок 1 необходимое количество винтов 9, поворотом обеих втулок вокруг их осей добиваются совпадения осей винтов 9 в одной из втулок 1 с осями нечетных резьбовых отверстий 10 в кольце 8, а в другой втулке - с осями четных резьбовых отверстий 10 в кольце 8 и ввинчивают все винты с двух сторон ступицы 5 в резьбовые отверстия 10 до тех пор, пока головки 14 винтов 9 полностью не войдут в гнезда для них 13 в обеих втулках 1, а при исполнении втулок 1 без гнезд 13 под головки винтов 9 - пока головки 14 не прижмутся к наружным торцам втулок 15, и затягивают винты 9, стягивая между собой обе втулки 1 с осевой силой такой величины, которая необходима для создания соответствующих сил трения на двух наружных конических поверхностях 2 втулок 1, которые будут достаточны для обеспечения передачи узлом крепления с вала 4 на ступицу 5 (или наоборот) крутящего момента заданной величины.
Разборка узла осуществляется в обратном порядке.
Вывинчиваются и вынимаются из обеих втулок 1 с двух сторон ступицы 5 все винты 9, вынимается из ступицы 5 и снимается с вала 4 одна из втулок 1, вынимается из ступицы 5 кольцо 8, затем либо в ту же сторону с оставшейся на валу 4 второй втулки 1 снимается закрепленная ранее на валу с помощью данного узла крепления деталь, а потом с вала 4 снимается оставшаяся на нем втулка 1, либо с вала 4 снимается деталь вместе с остающейся в ее ступице 5 втулкой 1 с последующим извлечением этой втулки 1 из ступицы 5.
Заявленное техническое решение, а именно выполнение внутренних посадочных поверхностей втулок не гладкими цилиндрическими, как в прототипе, а с возможностью обеспечения передачи крутящего момента между втулками и валом, т.е. выполненными либо шлицевыми, либо профильными, либо с пазом под шпонку, соответствующими наружной поверхности вала, т.е. шлицевой, профильной или с пазом под шпонку, предназначенную для установки в паз вала, позволяет путем обеспечения передачи крутящего момента с вала на втулки (или наоборот) повысить нагрузочную способность устройства для крепления ступицы на валу (при сохранении габаритов узла крепления) за счет замены фрикционного способа передачи крутящего момента между валом и втулками способом зацепления.
Экспериментально (методом компьютерного моделирования) установлено, что нагрузочная способность устройства для крепления ступицы на валу при использовании заявленного технического решения, изложенного в полезной модели узла крепления детали на валу, при прочих равных параметрах повышается до 30%.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле полезной модели, обеспечивает при реализации полезной модели получение заявленного технического результата -повышение эффективности устройства для крепления ступицы на валу за счет увеличения его нагрузочной способности путем замены внутренних гладких цилиндрических посадочных поверхностей втулок, когда передача крутящего момента с них на вал (или наоборот) происходит исключительно фрикционным способом, на поверхности, обеспечивающие при тех же габаритах узла крепления передачу крутящего момента большей величины, чем в первом случае, а именно, путем выполнения внутренних посадочных поверхностей втулок в виде, соответствующем, например, шлицевому, профильному или шпоночному соединениям и адекватном по форме наружной поверхности участка вала под втулками.
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.