SE453572B - Gengforband for sammanhallning av tva komponenter vilka er inrettade for snabb rotation omkring gengforbandets centrumaxel - Google Patents

Description

i l I 455 572 för alla typer av gängförband med gängor som har mot längdaxeln lutande flankytor gäller, att den axiella kontakten mellan två samverkande gängor påverkas av det inbördes radiella läget mellan dessa. Genom att förändra det inbördes radiella läget mellan gängorna i ett gängför- band kan man således påverka lastfördelningen mellan gängorna till följd av att avståndet i axialled mellan samverkande gängvarv därvid förändras. Detta förhållande har man tidigare sökt utnyttja för àstadkommande av en lastutjämning vid stationära gängförband på så sätt att den ena av de gängade detaljerna utförts med en konisk gänga över åtminstone en del av sin axiella utsträckning, se t.ex. GB-A-2.074.280. Det är även möjligt att genom belast- ning uppnà en motsvarande deformation av exempelvis en mutter.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en jämnare lastfördelning än hittills varit möj- ligt mellan de olika gängvarven i ett snabbt roterande gängförband av det inledningsvis angivna slaget.

Till grund för lösningen enligt uppfinningen ligger insikten enligt ovan om att en lastutjämning mellan olika gängvarv i ett sådant gängförband kan uppnås genom att det axiella avståndet mellan samverkande gängvarv bringas varie- ira utmed gängförbandet, och uppfinningen går ut på att en sådan variation skall åstadkommas genom att de gängorna uppbärande komponenterna bibringas olika relativ deforma- tion i radiell riktning, med utnyttjande av de krafter kom- ponenterna utsätts för till följd av den snabba rotationen.

Karakteristiskt för ett gängförband av det inled- ningsvis angivna slaget konstruerat i enlighet med uppfin- ningen är att åtminstone den ena komponenten innefattar en del, vilken har en axiell utsträckning och är inrättad att till följd av komponentens snabba rotation så deformeras, att den strävar att vrida komponenten kring axlar, som bil- dar räta vinklar med axiella snitt genom gängförbandets centrumaxel, och ge ett över gängförbandets axiella ut- sträckning varierande bidrag till denna komponents radiella 'få ' I \Ä.{;,','I_,;.'1_l',,,' g-I.1í¿k~'f_.yv.l'f,§j¿š' ägg Sy? lle¶ š deformation i en sådan riktning, att en förutbestämd kom- pensation erhålles för den nämnda deformerande belastningen av gängförbandet, så att de av gängförbandet överförda- krafterna fördelas jämnare över i ingrepp varande gängvarv.

Lösningen enligt uppfinningen är mycket ändamålsen- lig, då man för uppnående av den eftersträvade lastomfördel- ningen utnyttjar den rotation som gängförbandet utsätts för.

Härigenom kan man bl.a. undvika utnyttjandet av koniska gäng- förband, som uppvisar allvarliga nackdelar ur såväl tillverk- nings- som användningssynpunkt.

Det föredrages att nämnda del av den ena komponenten utgör en integrerad del av denna, varvid den lämpligen är ringformig och innefattar ett parti som huvudsakligen sträcker sig i en riktning bildande en spetsig vinkel med gängförban- dets rotationsaxel. Då den vinklade delen vid gängförbandets snabba rotation kommer att sträva att inta ett nytt jämvikts- läge, erhålles en deformation av tillhörande komponent, som förändrar det radiella avståndet mellan åtminstone några av samverkande gängvarv hos gängförbandet. _ Då den radiella deformationen vid rotation av en rota- tionssymmetrisk kropp är proportionell mot förhållandet mel- lan densiteten och elasticitetsmodulen kan en enligt uppfin- ningen eftersträvad deformation även uppnås genom att detta förhållande för nämnda del bringas variera i gängförbandets axialriktning.

Detta kan exempelvis uppnås genom att nämnda del ut- formas som en från gängförbandet utskjutande hylsa med redu- cerad styvhet i tangentialled, för vilket ändamål hylsan lämpligen är försedd med axiella slitsar.

' Om man så önskar för någon tillämpning kan den utskju- tande hylsan i stället ha förhöjd styvhet i tangentialled, för vilket ändamål hylsan lämpligen är försedd med en omgi- vande yttre fiberförstärkning. 1 Nämnda del kan även ha formen av en inre hylsa, vars ena ände är stelt förbunden med radiellt inåt utskjutande ballastorgan, som bildar spetsig vinkel med rotationsaxeln och därvid åstadkommer ett deformerande moment vid snabb 453 572 rotation.i För att ge större verkan kan nämnda del uppvisa minst ett parti, lämpligen försett med ett runtomgående spår, med mindre böjstyvhet än komponenten i övrigt.

Uppfinningen är speciellt ägnad att tillämpas vid en ultracentrifug, då det gängförband som vid en sådan utnytt- jašlför fasthållning av locket vid rotorkroppen blir utsatt för mycket stora krafter. vid snabb rotation av centrifugen stiger nämligen det hydrauliska trycket i rotorkroppen till sådana värden att det ger upphov till mycket stora krafter, även i axialled. Vid stora centrifugcr kan den axiella be- lastningen på gängförbandet uppgå till flera hundra ton.

Gängförbandet blir därvid snabbt begränsande för centrifugens maximalt tillåtna rotationshastighet.

Vid uppfinningens tillämpning på en centrifugrotor kan nämnda komponenter utgöras av en gängad rotorkropp och ett med dess gänga samverkande gängat låsorgan för sammanlàsning av rotorkroppen med ett lock till denna. Det gängade làsorga- net uppvisar därvid lämpligen nämnda del, som vid snabb rota- tion inverkar på deformationen av låsorganet.

Lásorganet kan vara utfört som en separat låsring eller som en del av nämnda lock.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar.

Pig. 1 visar principerna för radiell deformation vid rotation.

Fig. 2 visar schematiskt en sektion genom en ultra- centrifug med invändig låsring för locket.

Fig. 3 visar i större skala gängingreppet mellan lås- ringen och centrifugrotorkroppen enligt fig. 2 i vila.

Fig. 4 är en mot fig. 3 svarande vy nnder rotation.

Fig. 5 är en schematisk sektion genom en ultracentri- fug med utvändig låsring.

Fig. 6-13 visar ytterligare ett antal utföranden av ett gängförband enligt uppfinningen tillämpat vid en centri- fug. ' _ Fig. 14 är en schematisk sektion genom en ultracentri- fug med gängförsett lock.

Fig. 1 visar principerna för radiell deformation vid snabb rotation av en rotationssymmetrisk kropp 1 om- kring en rotationsaxel 2. För en rotationssymmetrisk kropp med liten utsträckning i radiell led, dvs. en tunn hylsa eller ring, gäller följande för den radiella deformationen AR *vid rotation. i AR = EQ. . RB . u)2 där 9 = densitet E = elasticitetsmodul R = radie g)= vinkelhastighet För en roterande kropp enligt fig. 1, som bildar vin- kel med rotationsaxeln, gäller därvid med i figuren angivna beteckningar: R-R' aaw==o tando=ií~fi . (a+AR)-(r<+AR> då w>o tanocw= B B x A A Eftersom RB > RA och ¿5R är proportionell mot R3 blir ARE > ARA, vilket 1 sin tur innebär att du > MO. Detta visar att deformationen hos de radiellt sett inre resp. yttre delarna av kroppen 1 blir olika, vilket ger upphov till ett vridande moment. - Ett sådant vridande moment kan förutom till följd av olika rotationsradier för olika partier hos kroppen 1 även uppnås, såsom framgår av den ovan angivna formeln för radiell deformation, genom att förändra förhållandet ÉL över kroppen, varvid någon snedställning av denna i förhållande till rota- tionsaxeln 2 ej erfordras. Givetvis kan båda dessa funktioner även kombineras.

För en kropp med radiell utsträckning blir ekvationen något annorlunda. Radiens, densitetens och E~modulens inver- kan på deformationen förändras emellertid ej. lss 572 V 6 ¶.¿vDvan nämnda förhållanden kan enligt uppfinningen tillämpas vid gängförband, exempelvis i samband med ultra- jJekning varierande relativ deformation av gängförbandets båda komponenter. Detta kan i enlighet med vad som angivits i inågdningen till denna beskrivning utnyttjas för uppnàende av enejämnare fördelning av lasten över de olika gängvarven. Ürjültracentrifugen enligt fig. 2 innefattar en centri- fugkrëpp 3 med ett lock 4, vilket hålls på plats medelst en lâsring 5, som står i gängingrepp med en innergänga hos cen- *trifugkroppen 3.

Centrifugkroppen 3 omges enligt fig. 2 av ett yttre fiberbandage 6, som ej utgör en nödvändig förutsättning för föreliggande uppfinning men vilket medför stora fördelar vid optimeringen av gängförbandet. Ju större flankvinkeln hos gängorna är desto lättare är det att fördela lasten över flera gängvarv. A andra sidan gäller att ju större flank- vinkeln är desto större blir de radiella krafter som över- föres mellan gängförbandets inner- och ytterdel. Eftersom det är önskvärt med en god centrering utan stora radiella spel mellan den inre och yttre delen måste den yttre delen vara betydligt styvare i radiell led vid rotation än den inre delen. Den yttra dalen befinner sig dessutom på en större medelradie från rotationsaxeln än innerdelen, vilket kräver att förhållandet éL för ytterdelen är mindre än för innerdelen. Detta kan uppnås med hjälp av fiberbandaget 6.

Detsamma gäller övriga figurer.

Låsringen 5 enligt fig. 2 övergår vid sin övre ände i en deformationsring 7, vilken bildar en spetsig vinkel med rotationsaxeln 8. Den övre vertikala flänsen 9 är avsedd att 'utnyttjas vid låsringens 5 montering resp) demontering med hjälp av ett med flänsen samverkande friktionsverktyg. Medj 10 betecknas ett runtomgáende spår för att bl.a. underlätta och styra läget för deformationen av låsringen 5.

“~ Pig. 3 visar en sektion i större skala genom gängför- bandet mellan låsringen 5 och centrifugkroppen 3 i ett sta- tionärt och obelastat tillstånd. Därvid gör samtliga gäng- 7, varv väsentligen likartat ingrepp med varandra.

Fig. 4 visar samma gängförband under rotation, varvid loc- ket Ä till följd av rotationen och den i centrifugen befintli- ga massan påverkas av en kraft F. Då kraften F verkar på lås- ringen 5'på visst radiellt avstånd från det kraftöverförande gängförbandet uppkommer ett vridande moment. Gängförbandet en- ligt fig.4 representerar ett tryckt förband, varvid normalt de första gängvarven upptar den största belastningen. Till följd av det av kraften F erhållna momentet kommer även de sista, i figuren översta gängvarven vid förbandet enligt fig.4 att uppta stor last.

Vid snabb rotation av centrifugen strävar vidare deformaticns- ringen 7 att inta ett nytt jämviktsläge och kommer därvid,i lik- het med kroppen 1 i fig.1, att tendera att vrida sig i pilens A riktning. Denna tendens till vridning uppkommer enligt ovan till följd av att delar hos deformationsringen 7 som radiellt sett ligger längre ut från rotationsaxeln deformeras mer än delar som ligger på mindre radiellt avstånd från rotationsaxeln.Härigenom uppkommer ett vridande moment, som deformerar låsringen 5,så att det radiella avståndet mellan de i figuren övre gängvarven ökar, vilket innebär att lasten på dessa minskar.Momenten till följd av kraften F och deformationsringens 7 rörelse i pilens A rikt- ning medför således båda,att ingreppet mellan de mittersta gäng- varven ökar,medan det minskar något vid gängförbandets båda än- dar.Detta medför att belastningen på de yttre gängvarven minskar medan en“motßvarande ökning sker hos de mittersta gängvarven.

Vid den i fig.É illustrerade ultracentrifugen är centrifug- kroppen 3 försedd med en yttre gänga,vilkon samverkar med en ut- vändig låsring 11 som håller locket 4~på plats.I detta fall är även låsringen 11 försedd med ett yttre förstyvande fiberbandage 12.Vid rotation kommer detta gängförband att bli draget, vilket normalt innebär att de yttre gängvarven vid gängförbandets båda ändar blir mest belastade. Belastningen på de i figuren nedre gängvarven minskas emellertid till följd av deformationsringens 13 tendens att vid snabb rotation böja sig i pilens B riktning.

Denna rörelse ger upphov till ett moment som åstadkommer en ra- diell deformation av låsringens 11 nedre ände, som medför att det radiella'avståndet mellan samverkande gängvarv vid denna ände ökar, medan ingreppsdjupet för de mittersta gängvarven I). 453 572 8 7 J, ökar; På motsvarande sätt orsakar kraften F från locket i' ett vridande moment, som i viss utsträckning avlastar de övre gängvarven. Även vid detta utförande erhåller man V således en utjämning av belastningen på de olika gängvarven genom en omfördelning av belastningen från de yttre gäng- varven till de mittersta.

Fig. 6 visar en del av en sektion genom en centrifug 'med en invändig låsring 14 för locket i enlighet med fig. 2.

Låsrfngen 14 är vid detta utförande emellertid försedd med en utåtriktad deformationsring 15, som tenderar att röra sig i riktningen för pilen C, så att ingreppsdjupet mellan de övre gängvarven ökar, varvid dessa kommer att uppta större del av belastningen och därmed delvis avlasta övriga gängvarv. Även utförandet enligt fig. 7 med en inåt och nedåt riktad deformationsring 16 får en motsvarande effekt, vilket illustreras medelst pilen D. Denna làsring blir emellertid styvare i radiell led än den enligt fig. 6 till följd av att den homogena ringen har mer material på en mindre radie.

I samtliga fall beror lastfördelningen mellan de olika gängvarven som framgått till stor del på hur den visade axial- kraften F angriper gängförbandet och vilka flankvinklar som utnyttjas för gängorna. I fig. 8 visas därvid ett utförande som medför att belastningen på de i figuren översta gängvar- ven reduceras till följd av deformationsringens 17 rörelse i riktningen E, under det att belastningen av de mittersta gäng- varven ökar. vid detta utförande har deformationsringen 17 anbringats direkt på centrifugkroppen 3, vilken via gängför- bandet står i förbindelse med en inre lásring 18.

I fig. 9 visas ett liknande utförande, varvid dock deformationsringen 19 är riktad utåt och nedåt, vilket med- rör en tendens till rörelse i riktningen för pilen M. En Asådan"röre1se resulterar i att en ökad del av belastningen , överföras till de i figuren översta gängvarven. ' ' De ovan beskrivna utföringsexemplen har samtliga base- - rat sin funktion på en deformationsring, som bildar spetsig “vinkel med rotationsaxeln för Åstadkommande av ett deforme- ig rande moment på gängförbandet. , www -1-_~._.4o~__.,_:...._._.__. .___ u* “Av __ 453 s?2 Enligt den i inledningen angivna formeln kan man i stället för att utnyttja en deformationsring med på olika radieavstånd från rotationsaxeln belägna delar använda en sådan ring med i axialled varierande värde på förhållandet å. Detta kan i praktiken uppnås medelst en ring med i I axialled varierande styvhet. Ett exempel härpà illustreras i fig. 10, i vilken 3 och 6 såsom tidigare betecknar en centrifugrotorkropp resp. ett fiberbandage, medan 20 beteck- nar en kombinerad lås- och deformationsring. vid detta ut- förande har deformationsringen ett över centrifugrotor~ 'kroppen 3 uppskjutande parti, vilket är försett med axiella alitsar 21 för att reducera styvheten i tangentialled för detta parti. Vid rotation kommer således ringens 20 övre - parti att tendera att röra sig utåt 1 pilens G riktning och därvid ge upphov till ett deformerande moment, som medför att en större del av den av gängförbandet överförda kraften be- lastar de i figuren övre gängvarven.

Ett utförande med motsatt funktion illustreras i fig. 11, varvid det fria, övre partiet av den kombinerade lås- och deformationsringen 22 kompletterats med en försty- vande ring 23 av kompositmaterial, lämpligen innefattande "kolfiber. Detta får till följd att ringens 22 övre parti blir radiellt mycket styvt, medan det nedre med gängor för- sedda partiet har en lägre radiell ßtyvhet. Resultatet blir ett relativt vridande moment i pilens H riktning, innebä- .rande att de i figuren översta qängvarven avlastas. Detta förstärks även av att centrifugrotorkroppens 3 gängade del - deformeras mer i radiell riktning än deformationsringens 22 övre ande till följd av rotorkroppena större radie.

Fig¿ 123 och 128 illustrerar ett utförande sett från p'sidan¿ delvis i sektion, respektive uppifrån av en kombine- ,_, fågad las: och defiormationaring 24. Ringen 24 är vid sin övre l°VflandefgteltWrörbundengmedfradiellt inåt utskjutande ballast- n ¥ organ 25, vilka lutargnedåt ooh bildar spetsig vinkel med _t_JV rotationeaxeln} Qeesa kommer av centrifugalkraften att ten- .v derafliatltiifrcfsia; gig, lgplieris I riktning och därvid fördela en li* üdel av belastningen frdn deli figuren övre gängvarven till 453“572 10 de mittersta.

I fig. 13 visas en låsring 26 gängad utanpå centri- fugrotorkroppen 3, varvid såväl det gängade partiet som en från tillhörande deformationsring 27 uppskfutande fláns 28 är omgivna av var sin förstärkande kompositring 29 resp. 30. Deformationsringen 27 kommer härvid till följd av en rörelse i pilens K riktning att överföra belastning från underliggande gängvarv till de i figuren översta varven.

Dešsutom medför deformationsringen 27 en reduktion av spän- ningskoncentrationen i övergången mellan làsringen 26 och deformationsringen 27, vilket är av stort värde.

Pig. 14 visar en ultracentrifug, vid vilken ett lock 31 är direkt gänget utanpå centrifugrotorkroppen 3. Locket 31 är därvid vid sin nedre kant utfört med en deformations- É Aringi32 och ett böjstyvhetsreducerande spår 33. Detta gäng- ; 'förband ar draget och aeformationsringen 32 medför att ae Å ^ o hårt belastade nedre gångvarven avlastas till följd av en_ i gg, r ipörelàeïi pilenà L riktning och att motsvarande last över- §”¿ ' 1.* fiöreg till de mittergtafgëngvarven.-I detta fall krävs ej S ,. - .d j¿n&gon,kompogitring¿ Å looket) då detta blir mycket styvt ¥'ÜtilläfiöljdLavfatt?VéMH6tfäokerláigiradiellt in mot rota- ít1ons¿:§;§¿a;i vi * i '- VQ_anfhar ett antalflösningar_presenterats för upp- ..n§en 9 av en jämnare ßelaàtninä lv ett Qänåförband. Facke ffmannènÉinaer emellertid att ytterligare varianter är möjliga ¿i koch“att valfria kombinationer av de visade utförandena kan .;"ntnyttjaà. Fastän samtliga gängförband vidare har illustre- gfi¿§§tçe1låamband¿mediultracentrifugeriinsea att motsvarande “nfjaéßnik kan tillßmpas i alla sammanhang där gängföröand kom- I , mer till§§nvän§ning vid gnaöbt roterande föremål. Utföran- et qvfdafanvända deformationtringarna kan vidare varieras lgid detaa Även kan tillverkas som separata i; aweaaeaeaaaammmaw afmf klan. även gflngfßrbßn- etBÅ'åda komponénté flföršeà med var ein defiormationsring.

Claims (11)

11 Patentkrav

1. Gängförband för sammanhållning av två komponenter (3, 5, 11, 14, 18, zo, 22, 24, 26, 31), vilka är inrättade för snabb rotation omkring gängförbandets centrumaxel (8) och vilkas samverkande gängor har en gängprofil med relativt centrumaxeln lutande flankytor, varjämte komponenterna är så inrättade att under deras rotation åtminstone någon av a) de av gängförbandet överförda krafterna och b) de på kom- ponenterna verkande centrifugalkrafterna utgör en deforme- rande belastning av gängförbandet, som okompenserad skulle ge upphov till en ojämn lastfördelning mellan gängförbandets olika gängvarv, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone den ena komponenten (3, 5, 11, 14, 20, 22, 24, 26, 31) inne- fattar en del (7, 13, 15, 16, 17, 19, 25, 27, 32), vilken har en axiell utsträckning och är inrättad att till följd av kom- ponentens snabba rotation så deformeras, att den strävar att vrida komponenten kring axlar, som bildar räta vinklar med axiella snitt genom gängförbandets centrumaxelq och ge ett över gängförbandets axiella utsträckning varierande bidrag till denna komponents radiella deformation i sådan riktning att en förutbestämd kompensation erhålles för den nämnda deformerande belastningen av gängförbandet, så att de av gängförbandet överförda krafterna fördelas jämnare över i ingrepp varande gängvarv. _

2. .Zl 'vVGängförband enligt krav 1, k ä n n e t_e c k n a t (av att nämnda dei (7, 13, 15, 16, 17, 19, 25, 27, 32) av den (_ena komponenten (3, 5, 11, 14, 20, 24, 26, 31) utgör en inte- igrerad del av denna." ip Q

3. Gängförband enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n att av att nämnda del innefattar ett ringformigt element _(7, 13, 15, 16, 17, 19, 27, 32).>p

4. 2, çangfarbana enilgt krav 3, k a n n e : a C k n a t 1¿avöattfnämnda~rin§formi§apelement innefattar ett parti, som d huvudeakligenf§#r䧧e? ål ,i7en-riktning bildande en spetsig rjfvinkelfneafrofigclöfišakeinffiey. 453 572 12

5. Gängförband enligt något av krav 1-4, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda del har ett i gängförbandets axialled varierande förhållande mellan densiteten och styv~( heten i tangentialled.

6. Gängförband enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda del har formen av en från gängförbandet ut~ skjutande hylsa (20) med reducerad styvhet i tangentialled, för vilket ändamål nämnda hylsa lämpligen är försedd med axiella slitsar (21).

7. Gängförband enligt krav 5, k ä n n e t e c k r a t av att nämnda del har formen av en från gängförbandet ut- skjutande hylsa (22) med förhöjd styvhet i tangentialled, för vilket ändamål nämnda hylsa lämpligen är försedd med en omgivande yttre fiberförstärkning (23). Ü

8. Gängförband enligt något av krav 1-7, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda del har formen av en inre hylsa (24), vars ena ände är stelt förbunden med radiellt inåt ut- skjutande ballastorgan (25), som bildar spetsig vinkel med rotationsaxeln. V

9. Gängförfiand enligt något av krav 1-8, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda del uppvisar minst ett parti, lämpligen försett med ett runtomgående spår (10, 33), med mindre böjstyvhet än komponenten i övrigt.

10.» Gängförband enligt något av krav 1-9, varvid nämnda komponenter innefattar en gängad centrifugrotorkropp (3) och ett med dessxgänga samverkande gänget låsorgan (5, 11, 14, 18, 20, 22, 24, 26, 31) för sammanlåsning av nämnda rotorkropp med ett lock (4, 31) till denna, k ä n n e t e c k- n a t av att det gängade låaorganet uppvisar nämnda del (7, A 13, 15, 16, 17, 19, 25, 27, 32), som vid snabb rotation pà- verkar deformationen av làsorganet.

11. id Gängförband enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t 1 av att det gängade låsorganet har formen av en separat lås- nring (S, 11, 14, 20, 22, 24, 26). ;»12§¿,, (çangfarbana enligt krav 10, k a n n e t e c k n a t av att det gangadellåsorganet är utformat som en del av '¿ nämnda iack (31)¿ ' --~__r__.__;_%