RU2106544C1

RU2106544C1 - Interference joint

Info

Publication number: RU2106544C1
Application number: RU95102439A
Authority: RU
Inventors: А.В. Бородин; В.М. Волков
Original assignee: Омская государственная академия путей сообщения
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1998-03-10
Also published as: RU95102439A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; connection of male and female parts; interference fitting along cylindrical and conical surfaces. SUBSTANCE: part featuring higher in joint is provided with grooves with curvilinear shape and variable depth in length. Assembling is carried out with heating of female part with subsequent cooling to level temperatures in joint. Owing to change in resilient stressed condition of mated surfaces, load bearing capacity is increased and corrosion and mechanical wear of interference joints are decreased. EFFECT: improved reliability of joint. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям охватывающих и охватываемых деталей, и может быть использовано для их соединения по цилиндрическим поверхностям с натягом. The invention relates to mechanical engineering, in particular to the joints of female and male parts, and can be used to connect them along cylindrical surfaces with interference.

Известно соединение, которое содержит охватывающую и охватываемую детали, причем в охватывающей выполнены кольцевые канавки, а в охватываемой - кольцевые выступы, наружный диаметр которых меньше наружного диаметра канавок [2]. A compound is known that contains female and male parts, moreover, annular grooves are made in the female and circular protrusions are made in the male, the outer diameter of which is smaller than the outer diameter of the grooves [2].

Это неразъемное соединение имеет радиальные зазоры в части посадочных поверхностей охватывающей и охватываемой деталей, что существенно снижает нагрузочную способность при передаче крутящего момента. Наличие зазоров также не обеспечивает необходимой прочности соединения в эксплуатации при воздействии переменных нагрузок. This one-piece connection has radial clearances in the part of the seating surfaces of the female and male parts, which significantly reduces the load capacity when transmitting torque. The presence of gaps also does not provide the necessary strength of the connection in operation when exposed to variable loads.

За прототип принято соединение, выполненное в виде двух деталей, входящих одна в другую с натягом, при этом на одной из контактирующих поверхностей детали, имеющей большую твердость, выполнены профилированные элементы в виде выступов с переменным сечением по длине и высоте [1]. Недостатком такого устройства является то, что образование посадки с натягом выступами уменьшает величину площади фактического контакта посадочных поверхностей, что снижает нагрузочную способность соединения. The prototype is a connection made in the form of two parts that fit one another with an interference fit, with profiled elements in the form of protrusions with a variable cross section in length and height made on one of the contacting surfaces of the part with high hardness [1]. The disadvantage of this device is that the formation of an interference fit with protrusions reduces the size of the actual contact area of the seating surfaces, which reduces the load capacity of the connection.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение нагрузочной способности соединения с натягом охватывающей и охватываемой деталей с различной поверхностной твердостью, содержащих на сопряженных цилиндрических поверхностях профилированные элементы в виде канавок. The problem to which the invention is directed is to increase the loading capacity of an interference fit of female and male parts with different surface hardness, containing profiled elements in the form of grooves on the mating cylindrical surfaces.

Задача решается путем выполнения на детали с большей поверхностной твердостью канавок с криволинейным профилем и переменной глубиной по длине канавки. Максимальная глубина канавок равняется по величине упругому перемещению поверхности с меньшей твердостью, обусловленному напряженным состоянием контактирующих поверхностей соединения. The problem is solved by performing grooves with a curved profile and a variable depth along the length of the groove on the part with higher surface hardness. The maximum depth of the grooves is equal in magnitude to the elastic displacement of the surface with less hardness due to the stress state of the contacting surfaces of the joint.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение соединения с натягом; фиг. 2 - профиль канавки; фиг. 3 - продольное сечение канавки; фиг. 4 - поверхность с криволинейными канавками по длине; фиг. 5 - поверхность с винтовыми канавками. In FIG. 1 shows a cross section of an interference fit; FIG. 2 - groove profile; FIG. 3 is a longitudinal section of a groove; FIG. 4 - a surface with curved grooves in length; FIG. 5 - surface with helical grooves.

Соединение с натягом состоит из охватывающей 1 и обхватываемой 2 деталей. Сопрягаемая поверхность детали 2 с большей поверхностной твердостью содержит канавки 3 с криволинейным профилем 4, выполненным, например, близким к радиусной кривой. По длине канавки профиль ее имеет переменную глубину от h_min до h_max (см. фиг. 3). Канавки 3 выполняют с образующими, параллельными образующей поверхности детали 2, а также с криволинейным 5 или винтовыми 6 и 7 расположениями образующих канавок. Канавки шириной "в" выполнены с равномерным смещением "p" относительно друг друга или с переменным шагом.The interference fit consists of covering 1 and wrapped 2 parts. The mating surface of the part 2 with a higher surface hardness contains grooves 3 with a curved profile 4, made, for example, close to the radius curve. Along the length of the groove, its profile has a variable depth from h _min to h _max (see Fig. 3). The grooves 3 are made with generators parallel to the generatrix of the surface of the part 2, as well as with curved 5 or screw 6 and 7 arrangements of the forming grooves. The grooves of width "c" are made with a uniform offset "p" relative to each other or with a variable pitch.

Для сборки соединения охватывающую деталь 1 нагревают до температуры, обеспечивающей сборочный зазор, устанавливают на сопрягаемую деталь и охлаждают до выравнивания температуры деталей соединения. В результате упругой деформации охватывающая поверхность детали 1 заполняет канавки охватываемой поверхности детали 2. Криволинейный профиль 4 канавок 3, переменная глубина профиля по длине каждой канавки обеспечивают дискретное напряженное состояние в точках контакта сопрягаемых поверхностей, при этом на поверхностях контакта напряжения возрастают, а в канавках 3 существенно снижаются. Такое распределение материала и напряжений в контактирующих поверхностях способствует повышению несущей способности соединений как по крутящему моменту, так и по осевому сдвигающему усилию. Этот эффект существенно повышается при выполнении канавок с криволинейными образующими в виде части торообразной поверхности, расположенной симметрично относительно продольной плоскости симметрии сопрягаемых цилиндрических деталей. В случаях действия нагрузки на охватываемую деталь под постоянно меняющимся углом к оси соединяемых деталей целесообразно применять соединение с расположением канавок по винтовым линиям. При реверсивной нагрузке следует использовать канавки с переменным шагом, что способствует снижению коррозионно-механического изнашивания из-за уменьшения величины микроперемещений в контактирующих поверхностях. To assemble the joint, the female part 1 is heated to a temperature that provides an assembly clearance, mounted on the mating part and cooled until the temperature of the joint parts is equalized. As a result of elastic deformation, the female surface of the part 1 fills the grooves of the female surface of the part 2. The curved profile 4 of the grooves 3, the variable profile depth along the length of each groove provide a discrete stress state at the contact points of the mating surfaces, while the stresses on the contact surfaces increase, and in the grooves 3 significantly reduced. Such a distribution of material and stresses in the contacting surfaces contributes to an increase in the bearing capacity of the joints both in terms of torque and axial shear. This effect is significantly increased when grooves with curvilinear generators are made in the form of a part of a toroidal surface located symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry of the mating cylindrical parts. In cases where the load is applied to the covered part at an constantly changing angle to the axis of the parts to be joined, it is advisable to use a connection with the location of the grooves along helical lines. When reversing the load, grooves with a variable pitch should be used, which helps to reduce the corrosion-mechanical wear due to a decrease in the magnitude of micro-displacements in the contacting surfaces.

Результаты испытаний предложенных технических решений подтвердили существенное повышение нагрузочной способности соединения. В сравнении с прототипом (по 30% геометрической поверхности сопряженных поверхностей содержало канавки и выступы соответственно) соединение с канавками показало возможность повышения нагрузочной способности по осевому усилию в 1,3 - 1,5 раза, по крутящему моменту - в 1,4 - 1,8 раза. The test results of the proposed technical solutions confirmed a significant increase in the load capacity of the connection. In comparison with the prototype (30% of the geometric surface of the mating surfaces contained grooves and protrusions, respectively), the connection with the grooves showed the possibility of increasing the axial load capacity by 1.3 - 1.5 times, by torque - 1.4 - 1, 8 times.

Claims

1. An interference fit between female and male parts with different surface hardness having mating cylindrical surfaces, and the component with higher surface hardness is made with profiled elements in the form of grooves on its mating cylindrical surface, characterized in that the grooves are made with a curved profile and variable depth along their length, while the maximum depth of the grooves is equal in magnitude to the largest displacement of the surface of the part having a lower surface hardness and arising from elastic deformation upon contact of mating surfaces.

2. The compound according to claim 1, characterized in that the forming grooves are parallel to the forming surface of the part.

3. The compound according to claim 1, characterized in that the generators of the grooves are curved.

4. The connection according to claim 3, characterized in that the shape of the grooves along their length corresponds to a part of a toroidal surface located symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry of the mating cylindrical parts.

5. The connection according to claim 1, characterized in that the generators of the grooves are made along helical lines intersecting each other.

6. The compound according to claim 1, characterized in that the grooves are arranged with a variable pitch.