RU168879U1

RU168879U1 - Shaft Joint

Info

Publication number: RU168879U1
Application number: RU2016130950U
Authority: RU
Inventors: Сергей Олегович Климов; Владимир Викторович Байков; Валерий Васильевич Новиков
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2017-02-22

Abstract

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована при соединении различных участков валопровода на судах, подверженных воздействию динамических внешних нагрузок на винт и гребной вал.Поставленная задача решается тем, что узел соединения валов, состоящий из двух цилиндрических полумуфт, одна из которых выполнена с равномерно расположенными по окружности цилиндрическими отверстиями, а вторая – с выступами, отличается тем, что выступы выполнены в виде усеченных конусов, обращенных меньшим сечением ко второй полумуфте, при этом они размещены в сквозных конических отверстиях второй полумуфты, а зазор между выступами и стенками отверстий заполнен эластичным материалом, например резиной.Технический результат выражается в обеспечении свободного перемещения фланца относительно конусов в продольном направлении, исключая нежелательные воздействия на двигатель; в сравнительно свободном перемещении фланца относительно конусов в поперечном направлении, что приводит к увеличению КПД передачи по сравнению с аналогами. 4 ил.The utility model relates to the field of shipbuilding and can be used when connecting various sections of the shaft line on ships subject to dynamic external loads on the propeller and propeller shaft. cylindrical holes evenly spaced around the circumference, and the second with protrusions, characterized in that the protrusions are made in the form of truncated cones facing a smaller cross section to the second floor coupling, thus they are located in the second through-holes of conical coupling halves, and the gap between the protrusions and the walls of the holes is filled with an elastic material, e.g. rezinoy.Tehnichesky result is expressed in ensuring free movement of the flange relative to the longitudinal direction of the cones to avoid undesirable effects on the engine; in the relatively free movement of the flange relative to the cones in the transverse direction, which leads to an increase in transmission efficiency compared to analogues. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована при соединении различных участков валопровода на судах, подверженных воздействию динамических внешних нагрузок на винт и гребной вал.The utility model relates to the field of shipbuilding and can be used when connecting various sections of the shaft line on ships subject to dynamic external loads on the propeller and propeller shaft.

Известна упругая предохранительная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты и расположенные коаксиально между ними по меньшей мере две волнистые пружины, гребни которых совмещены таким образом, что оси симметрии соответствующих гребней пружин совпадают; ведущая полумуфта выполнена с пазами, в которых размещены гребни наружной волнистой пружины, а ведомая полумуфта выполнена с пазами, в которых расположены впадины внутренней волнистой пружины, предназначенная для передачи заданных крутящих моментов, соединения несоосных валов и снижения пульсаций крутящего момента (см. патент РФ №2510470, МПК F16D 43/208, 2006 г.).Known elastic safety clutch containing the leading and driven half-coupling and located coaxially between them at least two wavy springs, the ridges of which are aligned so that the axis of symmetry of the corresponding spring ridges coincide; the leading coupling half is made with grooves in which the ridges of the external wave spring are located, and the driven coupling half is made with grooves in which the hollows of the internal wave spring are located, designed to transmit the given torques, to connect the misaligned shafts and to reduce the ripple of the torque (see RF patent No. 2510470, IPC F16D 43/208, 2006).

Недостатком этого решения является невозможность передачи значительных по величине крутящих моментов от одного элемента узла к другому.The disadvantage of this solution is the impossibility of transmitting significant torques from one element of the assembly to another.

Известна гибкая муфта для валов, содержащая фланцы для каждого вала, соединенные между собой с помощью зажимных пальцев и упругого обода, состоящего из комплекта дисков, при этом под гайками зажимных пальцев установлены прижимные кольца, зафиксированные относительно зажимных пальцев квадратными посадочными поверхностями и выполненные с радиальным зазором 1,5-2,0 мм по наружному диаметру (см. патент РФ №95101242, МПК F16D 3/78, 1995 г.).A flexible coupling for shafts is known, containing flanges for each shaft, interconnected by clamping fingers and an elastic rim consisting of a set of discs, while clamping rings are mounted under the clamping nut nuts, fixed relative to the clamping fingers by square seating surfaces and made with a radial clearance 1.5-2.0 mm in outer diameter (see RF patent No. 95101242, IPC F16D 3/78, 1995).

Недостаток этого решения - узел обеспечивает малые возможные отклонения в продольном и поперечном направлениях.The disadvantage of this solution is that the node provides small possible deviations in the longitudinal and transverse directions.

Известен узел соединения валов, состоящий из двух цилиндрических полумуфт, одна из которых выполнена с равномерно расположенными по окружности цилиндрическими отверстиями, а вторая - с выступами (см. патент РФ №2361129, МПК F16D 3/48, 2006 г.).A known shaft coupling assembly consisting of two cylindrical coupling halves, one of which is made with cylindrical holes evenly spaced around the circumference, and the second with protrusions (see RF patent No. 2361129, IPC F16D 3/48, 2006).

К недостаткам этого решения относятся невозможность передачи деталями узла больших крутящих моментов и наличие малых возможных отклонений в продольном и поперечном направлениях.The disadvantages of this solution include the impossibility of transmitting large torques by the assembly parts and the presence of small possible deviations in the longitudinal and transverse directions.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) передачи и возможность осуществления элементами узла перемещений, как в продольном, так и поперечном направлениях.The task to which the proposed technical solution is aimed is to increase the transmission efficiency (COP) and the possibility of the elements of the site of displacements, both in the longitudinal and transverse directions.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении свободного перемещения фланца относительно конусов в продольном направлении, исключая нежелательные воздействия на двигатель; в сравнительно свободном перемещении фланца относительно конусов в поперечном направлении, что приводит к увеличению КПД передачи по сравнению с аналогами.The technical result achieved by solving the problem is expressed in ensuring the free movement of the flange relative to the cones in the longitudinal direction, eliminating undesirable effects on the engine; in the relatively free movement of the flange relative to the cones in the transverse direction, which leads to an increase in transmission efficiency compared to analogues.

Поставленная задача решается тем, что узел соединения валов, состоящий из двух цилиндрических полумуфт, одна из которых выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями, а вторая - с выступами, отличается тем, что выступы выполнены в виде усеченных конусов, обращенных меньшим сечением ко второй полумуфте, при этом они размещены в сквозных конических отверстиях второй полумуфты, а зазор между выступами и стенками отверстий заполнен эластичным материалом, например резиной.The problem is solved in that the shaft connection unit, consisting of two cylindrical coupling halves, one of which is made with holes evenly spaced around the circumference, and the second with protrusions, differs in that the protrusions are made in the form of truncated cones, facing a smaller cross section to the second coupling half while they are placed in through conical holes of the second coupling half, and the gap between the protrusions and the walls of the holes is filled with elastic material, for example rubber.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение следующих функциональных задач.The features of the distinctive part of the utility model formula provide the solution to the following functional problems.

Признак, указывающий на то, что «выступы выполнены в виде усеченных конусов», обеспечивает лучшую прочность соединения.A sign indicating that the "protrusions are made in the form of truncated cones" provides the best connection strength.

Признак, указывающий на то, что усеченные конусы обращены «меньшим сечением ко второй полумуфте», обеспечивает достаточную прочность соединения в жесткой заделке при передаче ударных и изгибных воздействий.A sign indicating that the truncated cones are facing “smaller section to the second half-coupling” provides sufficient joint strength in a hard seal during the transmission of shock and bending influences.

Признак, указывающий на то, что усеченные конусы «размещены в сквозных конических отверстиях второй полумуфты», обеспечивает свободное перемещение полумуфт относительно конусов в продольном направлении, исключая воздействия на двигатель; некоторое свободное перемещение полумуфт относительно конусов в поперечном направлении.A sign indicating that the truncated cones are "located in the through conical holes of the second coupling half", provides free movement of the coupling half relative to the cones in the longitudinal direction, eliminating the impact on the engine; some free movement of the coupling halves relative to the cones in the transverse direction.

Признак, указывающий на то, что «зазор между выступами и стенками отверстий заполнен эластичным материалом, например резиной», обеспечивает гашение механических усилий и знакопеременных нагрузок за счет упругой деформации материала прокладок.A sign indicating that the "gap between the protrusions and the walls of the holes is filled with an elastic material, such as rubber", provides damping of mechanical forces and alternating loads due to the elastic deformation of the gasket material.

Таким образом, совокупность отличительных признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата, а именно свободного перемещения фланца относительно конусов в продольном направлении, исключая нежелательные воздействия на двигатель; в сравнительно свободном перемещении фланца относительно конусов в поперечном направлении, что приводит к увеличению КПД передачи по сравнению с аналогами.Thus, the set of distinguishing features of the utility model ensures the achievement of a technical result, namely, the free movement of the flange relative to the cones in the longitudinal direction, eliminating undesirable effects on the engine; in the relatively free movement of the flange relative to the cones in the transverse direction, which leads to an increase in transmission efficiency compared to analogues.

Кроме того, подвижный узел обеспечивает равную прочность вала и соединительного звена, что позволяет передавать значительные по величине крутящие моменты, обладает меньшей стоимостью изготовления, простотой конструкции, ремонтопригодностью и возможностью установки на широкий спектр различных по назначению судов.In addition, the movable unit provides equal strength of the shaft and the connecting link, which allows the transmission of significant torques, has a lower manufacturing cost, simplicity of design, maintainability and the ability to install on a wide range of different purpose ships.

На фиг. 1 изображен продольный разрез узла соединения валов; на фиг. 2 – поперечный разрез по сечению А-А; на фиг. 3 – статический анализ напряжений при изгибе модели; на фиг. 4 – напряженное состояние модели при циклическом нагружении.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a shaft coupling assembly; in FIG. 2 is a cross-sectional view along section AA; in FIG. 3 - static stress analysis during bending of the model; in FIG. 4 - stress state of the model under cyclic loading.

На чертежах показаны ведущий вал 1, цилиндрическая полумуфта 2, усеченные конусы 3, цилиндрическая полумуфта 4, отверстия 5, ведомый 6 вал 6, эластичный материал 7.The drawings show the drive shaft 1, the cylindrical coupling half 2, the truncated cones 3, the cylindrical coupling half 4, the holes 5, the driven shaft 6, the elastic material 7.

Узел соединения валов состоит из цилиндрической полумуфты 2 ведущего вала 1 и цилиндрической полумуфты 4 ведомого вала 6.The node connecting the shafts consists of a cylindrical coupling half 2 of the drive shaft 1 and a cylindrical coupling half 4 of the driven shaft 6.

Полумуфта 2 ведущего вала 1 выполнена с выступами в виде усеченных конусов 3, а вторая полумуфта 4 ведомого вала 6 – с равномерно расположенными по окружности коническими отверстиями 5. Усеченные конусы 3 первой полумуфты 2 ведущего вала 1 обращены меньшим сечением ко второй полумуфте 4 ведомого вала 6 и размещены в сквозных конических отверстиях 5 второй полумуфты 4 ведомого вала 6. Зазор между усеченными конусами 3 и стенками отверстий 5 заполнен эластичным материалом, например резиной.The coupling half 2 of the drive shaft 1 is made with protrusions in the form of truncated cones 3, and the second coupling half 4 of the driven shaft 6 has conical holes evenly spaced around the circumference 5. The truncated cones 3 of the first coupling half 2 of the drive shaft 1 face a smaller section to the second coupling half 4 of the driven shaft 6 and placed in through conical holes 5 of the second coupling half 4 of the driven shaft 6. The gap between the truncated cones 3 and the walls of the holes 5 is filled with an elastic material, for example rubber.

Количество усеченных конусов 3, материал и площадь их поперечного сечения (наименьший диаметр конусов) выбирается из условия равенства максимальных моментов валопровода и соединительного звена с конусами, который может выдержать конструкция.The number of truncated cones 3, the material and their cross-sectional area (the smallest diameter of the cones) is selected from the condition of equality of the maximum moments of the shafting and the connecting link with the cones that the structure can withstand.

(1)

(one)

(2)

(3)

где σ _п.в– нормативный предел текучести материала гребного вала;where σ _p.v is the normative yield stress of the material of the propeller shaft;

σ _{п.к -}нормативный предел текучести материала конусов;σ _{pk - the} standard yield strength of the material of the cones;

W_в – момент сопротивления сечения вала;W _in - the moment of resistance of the shaft section;

W_к – момент сопротивления наименьшего сечения конуса;W _to - the moment of resistance of the smallest section of the cone;

n_к - количество конусов;n _to - the number of cones;

d_в –диаметр гребного вала;d _{in - the} diameter of the propeller shaft;

d_к – наименьший диаметр конуса.d _to - the smallest diameter of the cone.

Работа узла соединения валов осуществляется следующим образом.The operation of the shaft coupling is as follows.

Полумуфта 2 ведущего вала 1 посредством усеченных конусов 3, размещенных в сквозных конических отверстиях 5 второй полумуфты 4 ведомого вала 6, вращает промежуточный вал, приводя в движение следующий промежуточный вал, либо непосредственно движитель.The coupling half 2 of the drive shaft 1 by means of truncated cones 3, located in the through conical holes 5 of the second coupling half 4 of the driven shaft 6, rotates the intermediate shaft, driving the next intermediate shaft, or directly the mover.

При ударном внешнем воздействии, направленном вдоль оси валопровода, возмущающая сила заставляет перемещаться ведомый вал 6 в сторону носа судна вдоль оси вращения. Так как усеченные конусы 3 свободно вставлены в сквозные конические отверстия 5 полумуфты 4 ведомого вала 6, полумуфта 4 ведомого вала 6 свободно перемещается вдоль оси вращения, не оказывая никаких воздействий на ведущий вал 1 и на двигатель.When impact external impact directed along the axis of the shaft, the disturbing force forces the driven shaft 6 to move towards the bow of the vessel along the axis of rotation. Since the truncated cones 3 are freely inserted into the through conical holes 5 of the coupling half 4 of the driven shaft 6, the coupling half 4 of the driven shaft 6 moves freely along the axis of rotation, without affecting the drive shaft 1 and the engine.

Если внешние усилия направлены поперек оси вращения валопровода, вызывая его изгиб, в этом случае полумуфта 4 ведомого вала 6 со сквозными коническими отверстиями 5 совершает некоторое перемещение в сторону от общей оси вращения, затем возвращается в первоначальное положение, не оказывая воздействия на ведущий вал 1 благодаря конструктивным зазорам между усеченными конусами 3, передающими крутящий момент и стенками конических отверстий 5 полумуфты 4 ведомого вала 6, усеченные конусы 3 имеют некоторую свободу перемещений в поперечном направлении.If external forces are directed across the axis of rotation of the shaft shaft, causing it to bend, in this case, the coupling half 4 of the driven shaft 6 with through conical holes 5 makes some movement to the side from the common axis of rotation, then returns to its original position without affecting the drive shaft 1 due to structural gaps between the truncated cones 3 transmitting torque and the walls of the conical holes 5 of the coupling half 4 of the driven shaft 6, the truncated cones 3 have some freedom of movement in the transverse direction lenii.

Механические усилия, в том числе знакопеременные нагрузки, гасятся за счет упругой деформации материала прокладок (эластичного материала 7, которым заполнены сквозные конические отверстия 5). При перемещении второй полумуфты 4 ведомого вала 6 со сквозными коническими отверстиями 5 узла соединения валов поперек вращения на некоторое заданное расстояние, она упирается эластичным материалом 7 в усеченные конусы 3 первой полумуфты 2 ведущего вала 1 и при дальнейшем перемещении происходит смятие эластичного материала 7, что защищает материалы полумуфт 2 и 4 и передающих вращающий момент валов 1 и 6 от динамических нагрузок.Mechanical forces, including alternating loads, are absorbed due to the elastic deformation of the gasket material (elastic material 7, which is filled with through conical holes 5). When moving the second coupling half 4 of the driven shaft 6 with through conical holes 5 of the shaft connection unit transverse to rotation for a predetermined distance, it abuts elastic material 7 against the truncated cones 3 of the first coupling coupling 2 of the drive shaft 1 and, when moving further, the elastic material 7 is wrinkled, which protects materials of coupling halves 2 and 4 and torque-transmitting shafts 1 and 6 from dynamic loads.

Испытание твердотельной модели подвижного соединения валов, смоделированное в программном продукте Solidwork, показало, что уровень напряженного состояния (см. фиг.3, 4) относительно невысок в сравнении с жестким закреплением валов, что в значительной мере предотвращает возможные остаточные изгибные деформации валопровода при случайных динамических воздействиях на винт. Качественная картина усталостных нагружений при кручении показывает, что передача крутящего момента от одного участка вала к другому происходит без видимых потерь, напряжения и деформации по валу распределены достаточно равномерно. Циклическая прочность элементов испытываемой модели заведомо должна быть обеспечена конструктивными зазорами.Testing of the solid-state model of the movable joint of the shafts, modeled in the Solidwork software product, showed that the level of stress state (see Figs. 3, 4) is relatively low compared to the rigid fixing of the shafts, which largely prevents possible residual bending deformation of the shafting in case of random dynamic impacts on the screw. A qualitative picture of torsional fatigue loads shows that the transmission of torque from one section of the shaft to another occurs without visible losses, stresses and deformations along the shaft are distributed fairly evenly. The cyclic strength of the elements of the tested model must obviously be ensured by structural clearances.

Claims

A shaft connection unit, consisting of two cylindrical coupling halves, one of which is made with holes evenly spaced around the circumference, and the second with protrusions, characterized in that the protrusions are made in the form of truncated cones facing a smaller cross section to the second coupling half, while they are placed in through conical holes of the second coupling half, and the gap between the protrusions and the walls of the holes is filled with an elastic material, for example rubber.