соединение труб

Формула изобретения

Соединение труб, состоящее из соединяемых труб и промежуточного звена-ниппеля, отличающееся тем, что ниппель выполнен с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых концентричны геометрической оси соединения, а две других эксцентричны ей, одна из труб выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, одна из которых концентрична и две эксцентричны геометрической оси соединения, при этом двумя эксцентрическими поверхностями она взаимодействует с ниппелем и второй трубой, а одной концентрической поверхностью - с соответствующей поверхностью ниппеля, вторая труба также выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых эксцентричны по отношению к геометрической оси соединения и ими она взаимодействует с соответствующими поверхностями первой трубы и ниппеля, а третья поверхность концентрическая, и ею вторая труба взаимодействует с соответствующей поверхностью ниппеля, при этом все эксцентрические поверхности каждого элемента соединения в отдельности выполнены с различными величинами эксцентриситетов относительно геометрической оси соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно к соединению деталей, в частности труб.

Известны конструкции разъемных неподвижных соединений [см. 1. стр 340 3-я строка снизу]. Они могут быть болтовыми, винтовыми, шлицевыми. Все эти соединения сложны в изготовлении и требуют нарезания резьб или шлицов.

Наиболее близким к заявляемому соединению является соединение труб [2], образованное из соединяемых труб и промежуточного звена-ниппеля, принятое за прототип.

К недостаткам известного прототипа относится сложность технологического изготовления одной из труб данного вида соединений. Сложность заключается в том, что необходимо выполнить нарезание на трубах четырех посадочных поверхностей.

Задачей изобретения является создание конструкции, позволяющей упростить соединение в нарезании посадочных поверхностей на трубах. Решение достигается изменением числа посадочных поверхностей в промежуточном звене-ниппеле. В предлагаемом соединении на трубах используется по три посадочных поверхности.

Сущность изобретения заключается в том, что в соединении труб применено промежуточное звено-ниппель. Отличие соединения состоит в том, что в соединении труб, состоящем из соединяемых труб и промежуточного звена-ниппеля, ниппель выполнен с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых концентричны геометрической оси соединения, а две других эксцентричны ей, одна из труб выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, одна из которых концентрична и две эксцентричны геометрической оси соединения, при этом двумя эксцентрическими поверхностями она взаимодействуя с ниппелем и второй трубой, а одной концентрической поверхностью с соответствующей поверхностью ниппеля, вторая труба также выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых эксцентричны по отношению к геометрической оси соединения и ими она взаимодействует с соответствующими поверхностями первой трубы и ниппеля, а третья поверхность концентрическая, и ею вторая труба взаимодействует с соответствующей поверхностью ниппеля, при этом все эксцентрические поверхности каждого элемента соединения в отдельности выполнены с различными величинами эксцентриситетов относительно геометрической оси соединения.

Понятия "концентрическая или концентричная и эксцентрическая или эксцентричная поверхности" в заявке используются в точном соответствии с трактовкой "Словаря русского языка" С.И.Ожегова, М.: Русский язык, 1984, с.260.

Предлагаемое соединение представлено на чертеже. Соединение состоит из труб 1, 2 и ниппеля 3. Труба 1 контактирует с трубой 2 цилиндрической поверхностью 4 с 5 соответственно различного радиуса и с ниппелем 3 цилиндрическими поверхностями 10 с 11 и 13 с 12 различного радиуса. Ниппель 3, в свою очередь, входит в контакт с трубой 2 цилиндрическими поверхностями 7 с 6 и 8 с 9. Радиусы соединяемых цилиндрических поверхностей деталей различаются на величину зазоров между ними _Э и _К. Наружные поверхности 14 и 16 труб 1 и 2 имеют одинаковый радиус R относительно оси соединения ОО. Внутренние поверхности 15 и 17 труб 1 и 2 имеют одинаковый радиус r относительно оси соединения ОО. На чертеже обозначены: ОО - продольная геометрическая ось соединения с радиусом R наружных поверхностей 14 и 16 труб 1 и 2, а также с радиусом r внутренних поверхностей 15 и 17 труб 1 и 2. Эта же ось является геометрической осью концентрических поверхностей: 12 первой трубы с радиусом r₁ и 6 второй трубы с радиусом r ₄. O₁O₁ - геометрическая ось цилиндрической поверхности 10 первой трубы 1 с радиусом r ₂; О₂О₂ - геометрическая ось цилиндрической поверхности 9 трубы 2 с радиусом r ₃; О₃О₃ - геометрическая ось цилиндрической поверхности 5 трубы 2 с радиусом r ₅. Между взаимодействующими поверхностями труб и ниппелем предусмотрены зазоры соответственно: на поверхностях 10 и 11 зазор _Э1, на поверхностях 12 и 13 зазор _К1, на поверхностях 4 и 5 зазор _Э3, на поверхностях 6 и 7 зазор _К2, на поверхностях 8 и 9 зазор _Э2. Буквы «к» и «э» означают, что рассматриваемые поверхности концентричны и эксцентричны относительно оси соединения ОО соответственно. С учетом зазоров радиусы ниппеля для поверхности 11 есть (r₁- _Э1), для поверхности 12 - (r ₁+ _К1), для поверхности 7 - (r ₄- _К2), для поверхности 8 - (r ₃+ _Э2), а радиусы первой трубы для поверхности 4 есть (r₅+ _Э3).

Между геометрическими осями цилиндрических поверхностей труб и ниппеля предусмотрены эксцентриситеты: между ОО и O₁O ₁ эксцентриситет e₁, между ОО и О ₂О₂ эксцентриситет е ₂, между ОО и О₃О ₃ эксцентриситет е₃.

Ниппель выполнен с четырьмя цилиндрическими посадочными поверхностями 11, 12, 7 и 8, две из которых - 11 с радиусом (r ₂- _Э1) и 8 с радиусом (r ₃+ _Э2) эксцентричны оси соединения ОО, а две - 12 с радиусом (r₁+ _К1) и 7 с радиусом (r ₄- _К2) концентричны оси соединения ОО. Первая труба выполнена с тремя цилиндрическими поверхностями 4, 10 и 13, две из которых 4 с радиусом (r₅ + _Э3) и 10 радиусом r ₂ эксцентричны оси соединения ОО, а одна поверхность 13 с радиусом r₁ концентрична оси соединения ОО. Вторая труба выполнена также с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями 5, 6 и 9, две из которых 5 с радиусом r ₅ и 9 с радиусом r₃ эксцентричны оси соединения ОО, а третья поверхность 6 с радиусом r ₄ концентрична оси соединения ОО.

Процесс соединения сводится к относительному повороту одной трубы 1 или 2 относительно второй 2 или 1 в любую сторону. Вследствие относительного поворота труб 1 и 2 произойдет относительный поворот всех деталей соединения, в том числе ниппеля 3, и заклинивание соединения по концентричным и эксцентричным цилиндрическим поверхностям.

Перед заклиниванием, во время сборки соединения ниппель 3 необходимо поместить в соответствующие проточки труб 1 и 2. Для свободной сборки соединения и предусмотрены зазоры _Э1, _Э2, _Э3, _К1, _К2.

Работает соединение следующим образом. При приложении к одной из труб крутящего момента произойдет относительный поворот труб 1, 2 и ниппеля 3 вокруг геометрической оси соединения ОО, что приведет к заклиниванию трубы 1 относительно ниппеля 3 на поверхностях 10 с 11, 13 с 12 и трубы 2 на поверхностях 4 с 5, а также трубы 2 относительно ниппеля 3 на поверхностях 6 с 7 и 9 с 8. При этом в результате взаимодействия на поверхностях контакта 4 с 5, 6 с 7, 8 с 9, 10 с 11, 12 с 13 труб 1, 2 и ниппеля 3 возникнут расклинивающие реакции и силы трения, которые удержат за счет самоторможения трубы 1, 2 и ниппель 3 от разъединения.

Особенностью предлагаемого соединения является то, что соединение имеет одинаковый внутренний и наружный диаметры на местах стыков, то есть на местах стыков не возникает ни утолщений, ни впадин, что позволяет расширить область применения предлагаемого соединения.

Рассоединение происходит в обратном порядке, то есть относительным поворотом труб 1 и 2 в сторону, обратную заклиниванию.

Работоспособность предлагаемого соединения доказывается следующим рассуждением. На стадии заклинивания соединение работает как механизм, т.е. происходит вполне определенное относительное движение звеньев. Известно, что по формуле Чебышева П.Л. [см. 3, стр.39. формула (2.5)] подвижность механизма определяют по формуле:

где W - подвижность системы,

n - число подвижных звеньев,

p₅ - число одноподвижных кинематических пар - шарниров,

р₄ - число двухподвижных кинематических пар.

В предлагаемом соединении для заклинивания, например относительно трубы 1, принятой за неподвижную, имеют возможность двигаться два звена - ниппель 3 и вторая труба 2, т.е. n=2. Шарниров в соединении нет, т.е. р₅=O, двухподвижных соединений (одно относительное движение - проскальзывание, второе - вращение) при W=1 необходимо по (1) иметь p₄=3n-W=3·2-1=5.

Именно пять соединений р₄ используется в заявленном соединении. Труба 1 выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями 4, 10, 13, двумя из которых 10, 13 она взаимодействует с поверхностями 11, 12 ниппеля 3 и одной 4 с поверхностью 5 трубы 2, а вторая труба 2 выполнена также с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями 5, 6, 9, взаимодействующими двумя поверхностями 6, 9 с ниппелем 3 на поверхностях 7, 8 и одной поверхностью 5 с поверхностью 4 трубы 2, ниппель 3 выполнен с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями 11, 12, 7, 8, двумя из которых 11, 12 он взаимодействует с трубой 1 на поверхностях 10, 13 и двумя поверхностями 7, 8 взаимодействует с поверхностями 6, 9 трубы 2. Всего посадочных поверхностей в соединении пять 4 с 5, 6 с 7, 8 с 9, 10 с 11, 12 с 13, что и потребно для гарантированного соединения труб.

Источники информации

1. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь-справочник. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.: ил.

2. Авторское свидетельство №2230946.

3. И.И. Артоболевский. Теория механизмов и машин. - М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1975.-640 с.: ил.