RU2253765C2

RU2253765C2 - Flexible shaft

Info

Publication number: RU2253765C2
Application number: RU2003104974/11A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Степанова (RU); Л.Н. Степанова
Original assignee: Степанова Лариса Николаевна
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2005-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention is designed for transmission of considerable torques and longitudinal displacement forces by means of flexible shaft. Proposed flexible shaft contains end driving member 1 and driven member 2 and intermediate cylindrical members with central holes 4 over periphery of which power elements 8 in form of cable are uniformly arranged with definite angle of tilting in right-hand and left-hand grooves 9. Like grooves, for instance, right-hand ones, are made with depth exceeding depth of others, for instance, left-hand grooves, by thickness of power element 8. Novelty is that spherical support surfaces of cylindrical members 3 braced by power elements 8 in form of cable form hinge joints coming in contact with alternating convex surfaces 6 and concave surfaces 7. Convex surfaces 6 project over end face surfaces of members 1, 2, 3 by high H exceeding depth h of concave surfaces 7, and each cylindrical member 3 is enclosed in ring envelope 10.

EFFECT: provision of flexible shaft with central channel to transmit considerable longitudinal force and torque.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для передачи гибким валом значительных моментов вращения и усилий продольного перемещения.The invention relates to mechanical engineering and can be used to transmit significant rotational moments and longitudinal displacement forces by a flexible shaft.

Известен гибкий вал, содержащий полые стянутые центральным тросом концевые ведущий, ведомый, а также промежуточные цилиндрические элементы, состоящие из охватывающей и охватываемой частей, по периферии которых выполнены равномерно расположенные по окружности право- и левозаходные канавки. В канавках размещены соединенные с концевыми элементами силовые элементы в виде троса для передачи момента вращения, а в охватываемых частях цилиндрических элементов имеются опорные выпуклые поверхности для передачи продольного усилия. Углы наклона канавок определяются уравнением [1].A flexible shaft is known that comprises hollow end, leading, driven, and intermediate cylindrical elements constricted by a central cable, consisting of female and male parts, on the periphery of which right- and left-opening grooves are evenly spaced around the circumference. In the grooves are placed the power elements connected to the end elements in the form of a cable for transmitting the torque, and in the covered parts of the cylindrical elements there are supporting convex surfaces for transmitting the longitudinal force. The angles of inclination of the grooves are determined by the equation [1].

Этот гибкий вал принят нами за прототип.This flexible shaft is accepted by us as a prototype.

Известный гибкий вал имеет следующие недостатки.Known flexible shaft has the following disadvantages.

1. Невозможно передать значительные продольные усилия, так как взаимодействующие выпуклые сферические поверхности соприкасаются в одной точке. При приложении нагрузки и искривлении вал теряет устойчивость и несоосные цилиндрические элементы стремятся сместиться друг относительно друга. Хотя смещению цилиндрических элементов препятствует центральный трос и тросы силовых элементов, на них действует усилие среза, тогда как трос хорошо работает только на растяжение.1. It is impossible to transmit significant longitudinal forces, since the interacting convex spherical surfaces touch at one point. When the load is applied and the curvature is lost, the shaft loses stability and the misaligned cylindrical elements tend to shift relative to each other. Although the displacement of the cylindrical elements is prevented by the central cable and the cables of the power elements, shear forces act on them, while the cable works well only in tension.

2. При передаче значительного крутящего момента и продольной нагрузки в особенности при незакрепленном ведомом концевом элементе, например при бурении каналов в скважине, к силовым элементам могут быть приложены значительные динамические нагрузки. Силовые элементы могут растягиваться с остаточной деформацией, что может привести к ослаблению и их выходу из канавок охватывающих частей и поломке вала.2. When transmitting significant torque and longitudinal load, especially when the slave end element is not fixed, for example, when drilling channels in a well, significant dynamic loads can be applied to the power elements. Power elements can stretch with permanent deformation, which can lead to weakening and their exit from the grooves of the enclosing parts and damage to the shaft.

3. В ряде случаев, например, при бурении боковых каналов в скважине центральное отверстие в вале необходимо для размещения рукава для промывки, поэтому можно использовать силовые элементы в виде тросов для стягивания элементов вала, устраняя центральный стягивающий трос. Это не только упрощает конструкцию вала, но и имеет преимущества при использовании.3. In some cases, for example, when drilling the side channels in the well, a central hole in the shaft is necessary to place the flushing sleeve, therefore, power elements in the form of cables can be used to tighten the shaft elements, eliminating the central tightening cable. This not only simplifies the shaft design, but also has advantages in use.

Задачей изобретения является создание гибкого вала с центральным каналом, обеспечивающего передачу значительного продольного усилия и момента вращения.The objective of the invention is the creation of a flexible shaft with a Central channel, providing the transfer of significant longitudinal effort and torque.

Для успешного решения поставленной задачи в известном гибком вале, состоящем из концевых элементов, соединенных гибкой частью, выполненной в виде последовательно расположенных промежуточных цилиндрических элементов, снабженных центральными сферическими торцевыми опорными поверхностями с центральными отверстиями и силовыми элементами в виде троса, размещенными в равномерно расположенных с определенным углом наклона право- и левозаходных канавках, выполненных на периферийных поверхностях цилиндрических промежуточных элементов, при этом одноименные канавки выполнены глубиной, превышающей глубину других на толщину силового элемента, новым является то, что каждый цилиндрический промежуточный элемент содержит выпуклую и вогнутую опорные поверхности, а концевые элементы - по одной разноименной опорной поверхности, при этом разноименные опорные поверхности смежных элементов, стянутых силовыми элементами, находятся в контакте, образуя шарниры, причем выпуклые поверхности выступают над торцевыми поверхностями цилиндрических элементов на высоту, большую глубины вогнутых поверхностей, а каждый цилиндрический элемент заключен в зафиксированную на нем кольцевую оболочку.To successfully solve the problem in the known flexible shaft, consisting of end elements connected by a flexible part, made in the form of sequentially arranged intermediate cylindrical elements equipped with central spherical end support surfaces with central holes and power elements in the form of a cable, placed in evenly spaced with a certain the angle of inclination of the right and left-running grooves made on the peripheral surfaces of the cylindrical intermediate elements, pr and the grooves of the same name are made with a depth exceeding the depth of the others by the thickness of the power element, it is new that each cylindrical intermediate element contains a convex and concave supporting surfaces, and the end elements - one opposite supporting surface, while the opposite supporting surfaces of adjacent elements, tightened force elements are in contact, forming hinges, and convex surfaces protrude above the end surfaces of the cylindrical elements to a height greater than the depth of utyh surfaces, and each cylindrical element enclosed in fixed annular shell thereon.

Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие известным гибким валам, за счет больших площадей взаимодействия шарнирных соединений цилиндрических элементов вала, имеющих цельную конструкцию, размещения силовых элементов в закрытых оболочкой канавках цилиндрических элементов вала и стягивания элементов вала силовыми элементами.These signs make it possible to eliminate the disadvantages inherent in the known flexible shafts due to the large areas of interaction between the articulated joints of the cylindrical shaft elements having an integral structure, the placement of the power elements in the grooves of the cylindrical shaft elements closed by the shell and the constriction of the shaft elements by the power elements.

Нам не известны гибкие валы, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого вала требованиям, предъявляемым к изобретениям.We are not aware of flexible shafts having a combination of the above features, which means that the proposed shaft meets the requirements for inventions.

На фиг,1 схематично изображен общий вид вала с частичным сечением оболочек (А) и цилиндрических элементов (В). На фиг.2 изображен промежуточный цилиндрический элемент в частичном сечении и вид сверху.On Fig, 1 schematically shows a General view of the shaft with a partial section of the shells (A) and cylindrical elements (B). Figure 2 shows an intermediate cylindrical element in partial section and a top view.

Гибкий вал содержит концевые ведущий 1, ведомый 2 и промежуточные цилиндрические 3 элементы, снабженные центральными отверстиями 4. Каждый промежуточный элемент 3 с торцов 5 снабжен центральными сферическими опорными выпуклой 6 и вогнутой 7 поверхностями. Концевые ведущие 1 и в ведомый 2 элементы снабжены по одной выпуклой 6 или вогнутой 7 поверхности. Выпуклые 6 и вогнутые 7 поверхности смежных элементов 1, 3, 2 входят в шарнирное соединение. Выпуклые поверхности 6 выступают над торцевыми поверхностями 5 элементов на высоту Н, большую глубины h вогнутых поверхностей 7.The flexible shaft contains end leading 1, driven 2 and intermediate cylindrical 3 elements provided with central holes 4. Each intermediate element 3 from ends 5 is provided with central spherical supporting convex 6 and concave 7 surfaces. The end leading 1 and the driven 2 elements are provided with one convex 6 or concave 7 surface. Convex 6 and concave 7 surfaces of adjacent elements 1, 3, 2 are included in the hinge. Convex surfaces 6 protrude above the end surfaces of 5 elements to a height H greater than the depth h of the concave surfaces 7.

Концевые 1, 2 элементы соединены стягивающими цилиндрические элементы 3 гибкими силовыми элементами 8 в виде троса, размещенными в расположенных равномерно по внешней периферии цилиндрических промежуточных элементов 3 право- и левозаходных канавках 9. Одноименные канавки 9, например правозаходные, выполнены глубиной, превышающей глубину других, например левозаходных, на толщину силового элемента 8. Каждый цилиндрический промежуточный элемент 3 заключен в кольцевую оболочку 10, зафиксированную на нем при помощи, например, винтов (не показаны).The end 1, 2 elements are connected by tightening the cylindrical elements 3 by flexible power elements 8 in the form of a cable, located in the right and left-running grooves 9 located equally uniformly on the outer periphery of the cylindrical intermediate elements 9. The same-named grooves 9, for example, right-running, are made with a depth exceeding the depth of the others, for example, left-handed, to the thickness of the power element 8. Each cylindrical intermediate element 3 is enclosed in an annular shell 10, fixed on it with, for example, screws (not shown )

Гибкий вал работает следующим образом.A flexible shaft operates as follows.

Крутящий момент передается от ведущего 1 на ведомый 2 концевой элемент через промежуточные элементы 3 посредством гибких силовых элементов 8. Силовые элементы 8, вставленные в канавки 9 при приложении крутящего момента, работают на растяжение.Torque is transmitted from the leading 1 to the driven 2 end element through the intermediate elements 3 by means of flexible power elements 8. The power elements 8, inserted into the grooves 9 when torque is applied, work in tension.

Продольное усилие передается от ведущего 1 на ведомый 2 элемент через шарнирные соединения, образованные чередующимися выпуклыми 6 и вогнутыми 7 сферическими поверхностями смежных элементов 1, 3, 2. Так как выпуклые поверхности 6 выступают на высоту Н, большую глубины h вогнутых 7 поверхностей, между торцами 5 элементов 1, 3, 2 вала образуются зазоры, обеспечивающие его изгиб. Вследствие размещения силовых элементов 8 в право- и левозаходных канавках 9 вал обеспечивает вращение в обе стороны и не раскручивается при смене направления приложения нагрузки.The longitudinal force is transmitted from the leading 1 to the driven 2 element through articulated joints formed by alternating convex 6 and concave 7 spherical surfaces of adjacent elements 1, 3, 2. Since the convex surfaces 6 extend to a height H greater than the depth h of the concave 7 surfaces between the ends 5 elements 1, 3, 2 of the shaft gaps are formed, ensuring its bending. Due to the placement of the power elements 8 in the right and left-hand grooves 9, the shaft provides rotation in both directions and does not untwist when changing the direction of application of the load.

Вал может содержать в полости центрального отверстия 4 гибкий рукав, а также заключен в оболочку и установлен в направляющей (не показаны).The shaft may contain a flexible sleeve in the cavity of the central hole 4, and is also enclosed in a shell and installed in a guide (not shown).

Источник информацииSourse of information

1. Патент РФ №1677385, F 16 C 1/02.1. RF patent No. 1677385, F 16 C 1/02.

Claims

A flexible shaft, consisting of end elements connected by a flexible part, made in the form of sequentially arranged intermediate cylindrical elements provided with central spherical end support surfaces with central holes and power elements in the form of a cable, placed in right and left-hand grooves evenly spaced with a certain angle of inclination made on the peripheral surfaces of the cylindrical intermediate elements, while the same grooves are made with a depth exceeding the depth of the others by the thickness of the power element, characterized in that each cylindrical intermediate element contains a convex and concave supporting surfaces, and the end elements - one opposite bearing surface, while the opposite bearing surfaces of adjacent elements pulled together by the force elements are in contact, forming hinges, with convex surfaces protruding above the end surfaces of the cylindrical elements to a height greater than the depth of the concave surfaces, and each cylindrical element beyond for prison staff in fixed thereto circular shell.