узел крепления силового гидроцилиндра

Формула изобретения

1. Узел крепления силового гидроцилиндра, включающий проушину с шаровым подшипником, выполненную из двух частей, соединенных стяжными болтами, плоскость разъема которых перпендикулярна оси штока силового гидроцилиндра и проходит между штоком и шаровым подшипником, при этом между частями проушины и под головками болтов размещены жесткие теплоизоляционные шайбы, выполненные с отверстиями под стяжные болты и установленные с гарантированным зазором относительно последних, отличающийся тем, что между головками стяжных болтов и теплоизоляционными шайбами установлены металлические пластины, причем теплоизоляционные шайбы с металлическими пластинами установлены попарно, по одной паре на каждые два болта, при этом площадь пластин, контактирующая с теплоизоляционными шайбами, определяется формулой:

где S - площадь контакта пластин с теплоизоляционными шайбами в плоскости, перпендикулярной оси штока;

d - внутренний диаметр резьбы стяжных болтов;

₁ - предел текучести материала стяжных болтов;

k - коэффициент, зависящий от материала теплоизоляционных шайб;

[] ₂ - допускаемое напряжение на сжатие материала теплоизоляционных шайб.

2. Узел крепления силового гидроцилиндра по п.1, отличающийся тем, что на каждой металлической пластине со стороны теплоизоляционной шайбы концентрично отверстиям под стяжные болты выполнены цилиндрические бурты, размещенные в зазоре между теплоизоляционной шайбой и стяжным болтом, причем высота бурта определяется формулой:

FHL-, где

F - размер фаски в отверстии теплоизоляционной шайбы со стороны металлической пластины;

Н - высота цилиндрического бурта;

L - толщина теплоизоляционной шайбы;

- величина гарантированного зазора между теплоизоляционными шайбами и стяжными болтами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исполнительным органам, преимущественно к силовым гидроцилиндрам, контактирующим с высокотемпературными объектами.

Известен узел крепления исполнительного органа, включающий шток, установленный в гидроцилиндр с возможностью осевого перемещения и взаимодействующий с проушиной, снабженной шаровым подшипником [1].

Недостатком применения указанной конструкции в условиях контакта с высокотемпературными объектами, например в рулевой машине (РМ), качающей поворотное сопло реактивного двигателя, является нагрев РМ за счет передачи температурного воздействия через шаровую головку, проушину и шток, что приводит к изменению вязкости рабочей жидкости, а следовательно, к изменению характеристик РМ, а также отрицательно воздействует на уплотнительные элементы.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом - является узел крепления исполнительного органа [2], включающий шток, проушину с шаровым подшипником, выполненную из двух частей, плоскость разъема которых перпендикулярна оси штока и проходит между штоком и шаровым подшипником, соединенных стяжными болтами, при этом между частями проушины и под головками болтов размещены жесткие теплоизоляционные шайбы, выполненные с отверстиями под стяжные болты и установленные с гарантированным зазором относительно последних.

Недостатком указанной конструкции является малое усилие, передаваемое проушиной при втягивании штока в гидроцилиндр, связанное с низкой прочностью теплоизоляционных шайб под головками стяжных болтов при работе на сжатие, обусловленное малой площадью контакта теплоизоляционных шайб с головками стяжных болтов из-за гарантированного зазора между ними и недостаточным допускаемым напряжением на сжатие материала теплоизоляционных шайб, а также трудность создания равномерного зазора между теплоизоляционной шайбой и стяжным болтом по его диаметру.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности конструкции и увеличение усилия, передаваемого узлом крепления за счет увеличения площади контакта теплоизоляционных шайб с головками стяжных болтов, и создания равномерного зазора между теплоизоляционными шайбами и стяжными болтами.

Технический результат достигается тем, что в узле крепления силового гидроцилиндра, включающем проушину с шаровым подшипником, выполненную из двух частей, соединенных стяжными болтами, плоскость разъема которых перпендикулярна оси штока силового гидроцилиндра и проходит между штоком и шаровым подшипником, при этом между частями проушины и под головками болтов размещены жесткие теплоизоляционные шайбы, выполненные с отверстиями под стяжные болты и установленные с гарантированным зазором относительно последних, в отличие от прототипа, в нем между головками стяжных болтов и теплоизоляционными шайбами установлены металлические пластины, причем теплоизоляционные шайбы с металлическими пластинами установлены попарно, по одной паре на каждые два болта, при этом площадь пластин, контактирующая с теплоизоляционными шайбами, определяется формулой:

S - площадь контакта пластин с теплоизоляционными шайбами в плоскости, перпендикулярной оси штока;

d - внутренний диаметр резьбы стяжных болтов;

₁ - предел текучести материала стяжных болтов;

k - коэффициент, зависящий от материала теплоизоляционных шайб;

[] ₂ - допускаемое напряжение на сжатие материала теплоизоляционных шайб,

на каждой металлической пластине со стороны теплоизоляционной шайбы, концентрично отверстиям под стяжные болты, выполнены цилиндрические бурты, размещенные в зазоре между теплоизоляционной шайбой и стяжным болтом, причем высота бурта определяется формулой:

FHL-, где

F - размер фаски в отверстии теплоизоляционной шайбы со стороны металлической пластины;

Н - высота цилиндрического бурта;

L - толщина теплоизоляционной шайбы;

- величина гарантированного зазора между теплоизоляционными шайбами и стяжными болтами.

На фиг.1 представлен силовой гидроцилиндр РМ с узлом крепления к высокотемпературному объекту, например к поворотному соплу реактивного двигателя, на фиг.2 представлено в масштабе сечение узла крепления по Б-Б, на фиг.3 представлен вид Г на металлическую пластину и стяжные болты.

Силовой гидроцилиндр РМ включает корпус 1 со штуцерами 2 и 3 для подвода рабочей жидкости, шток 4, крышки 5 и 6 с подшипниками и уплотнительными кольцами. На штоке 4 установлена проушина. Проушина состоит из двух частей 7 и 8, соединенных стяжными болтами 9. Между частями проушины 7 и 8 установлена теплоизоляционная шайба 10, а под головками болтов 9 установлены теплоизоляционные шайбы 11. В части 8 проушины установлен шаровой подшипник 12, а часть проушины 7 закреплена на штоке 4 посредством резьбового соединения и зафиксирована контргайкой 13. Между частью проушины 7, шайбой 10 и болтами 9 выполнен гарантированный зазор, а под головками болтов 9 установлены теплоизоляционные шайбы 11 соответствующей толщины с таким же зазором по цилиндрическим поверхностям для уменьшения теплопередачи с части проушины 8 на часть проушины 7 непосредственно через болты 9. Между головками болтов 9 и теплоизоляционными шайбами 11 установлены металлические пластины 14, пластины 14 с шайбами 11 установлены попарно, и каждая пара крепится двумя стяжными болтами 9. На пластинах 14 со стороны теплоизоляционных шайб 11 выполнены цилиндрические бурты 15, размещенные в зазоре между теплоизоляционными шайбами 11 и стяжными болтами 9. Теплоизоляционные шайбы 11 снабжены фасками 16.

При подаче рабочей жидкости под давлением в корпус 1 через один из штуцеров 2 и 3 шток 4 смещается в одно из крайних положений, ограниченное крышками 5 и 6. При этом усилие со штока 4, определяемое величиной произведения площади поршня на перепад давлений в штуцерах 2 и 3, через части проушины 7 и 8, болты 9, жесткие теплоизоляционные шайбы 10 и 11, шаровой подшипник 12 передается на поворотное сопло реактивного двигателя. Установка сопла в среднее положение и совмещение его со средним положением штока 4 производится путем вращения последнего вокруг собственной оси, при этом проушина изменяет свое положение относительно штока, фиксация среднего положения осуществляется контргайкой 13. Размещение металлических пластин 14 между головками болтов 9 и теплоизоляционными шайбами 11 и крепление каждой пары металлических пластин 14 и теплоизоляционных шайб 11 двумя болтами 9 увеличивает площадь контакта болта с шайбой 11, что позволяет повысить передаваемое усилие. Размещение цилиндрического бурта 15 в зазоре между теплоизоляционными шайбами 11 и стяжными болтами 9 обеспечивает равномерность гарантированного зазора, а выполнение фасок 16 на теплоизоляционных шайбах 11 облегчает установку металлических пластин 14.

Для того, чтобы проушина была равнопрочной как при втягивании, так и при выдвижении штока из гидроцилиндра, необходимо повысить прочность теплоизоляционных шайб 11 посредством увеличения площади контакта, что обеспечивают металлические пластины 14, толщина металлических пластин соответствует толщине шайб, например по ГОСТ 11371-78 (для болта М8 толщина пластин 1,6 мм), площадь контакта определяется из равенства усилия Р₁ растяжения стяжных болтов 9 и усилия P₂ сжатия теплоизоляционных шайб 11 при втягивании штока 4 в корпус 1.

По известным формулам сопротивления материалов для четырех болтов максимальное усилие P₁, передаваемое болтами:

n=4 - число болтов;

d - внутренний диаметр резьбы стяжных болтов;

₁ - предел текучести материала стяжных болтов.

Это усилие P₁ через металлические пластины 14 передается на теплоизоляционные шайбы 11 и зависит от их площади контакта в плоскости, перпендикулярной оси штока 4, и определяется формулой Р₂= _смS, где

_см - напряжение смятия материала теплоизоляционных шайб;

S - площадь контакта металлических пластин с теплоизоляционными шайбами в плоскости, перпендикулярной оси штока.

Сравнивая P₁ и P₂, получаем

Из условий прочности _см [ _см] или согласно [3] _см k[] ₂ (2), где [ _см] - допускаемое напряжение смятия материала теплоизоляционных шайб;

k - коэффициент, зависящий от материала теплоизоляционных шайб;

[] ₂ - допускаемое напряжение на сжатие материала теплоизоляционных шайб. Подставляя (2) в (1), получим:

Например, для болтов, выполненных из легированной жаропрочной стали типа 20Х13, ₁=6000 кг/см² [4], для теплоизоляционных шайб, выполненных из текстолита ПТК, [] ₂=1500 кг/см² [5], принимая k=0,5, получим формулу (3) в виде:

В то же время площадь металлической пластины 14 определяется, исходя из обеспечения минимального расстояния между соседними стяжными болтами 9, при условии размещения головки гаечного ключа, как указано в [6]. Например, для болта М8 с размером под ключ 12 мм расстояние между болтами должно быть А24 мм, что примерно соответствует А3,6 d, т.к. для болта М8 d=6,65. Соответственно общая длина пластины должна быть N5,6 d (фиг.3), а ширина Т должна быть равна диаметру головки болта (для болта М8 13,5 мм), т.е. приблизительно 2d, отсюда площадь одной пластины должна быть S11,2d ². Следовательно площадь двух пластин под четыре болта за вычетом площади сечения самих болтов должна быть: S22,4 d²-d ² или S19,26d ² (5).

Поэтому выполнение суммарной площади пластин удовлетворяющей (4) при достаточности межосевого расстояния А болтов удовлетворяет соотношению (5).

Высота цилиндрического бурта 15 определяется из величины гарантированного зазора между металлической пластиной 14 и частью проушины 7, она должна быть не меньше, чем зазор между стяжным болтом 9 и частью проушины 7, т.е., как изображено на фиг.2, должно выполняться соотношение:

В, или НL-

С другой стороны, чтобы металлическая пластина 14 обеспечивала равномерность гарантированного зазора между теплоизоляционными шайбами 11 и стяжными болтами 9, высота бурта 15 должна быть больше фаски 16, выполненной на теплоизоляционной шайбе 11, т.е. должно выполняться соотношение: Н>F, отсюда высота бурта 15 определяется формулой:

F<НL-, где

F - размер фаски в отверстии теплоизоляционной шайбы со стороны металлической пластины;

Н - высота цилиндрического бурта;

L - толщина теплоизоляционной шайбы;

- величина гарантированного зазора между теплоизоляционными шайбами и стяжными болтами.

Размещение металлических пластин между головками болтов и теплоизоляционными шайбами, а также крепление каждой пары металлических пластин и теплоизоляционных шайб двумя болтами увеличивает площадь контакта болта с шайбой, что позволяет повысить передаваемое штоком усилие. Размещение цилиндрического бурта в зазоре между теплоизоляционными шайбами и стяжными болтами обеспечивает равномерность гарантированного зазора между ними.

Литература

1. Гаврилов Н.И. и др. “Гидравлический экскаватор ЭО-4121”. М., Машиностроение, 1980, стр.90-91.

2. Патент RU №2114331, F 16 С 5/00, 11/06, 1996 г.

3. Кинасошвили Р.С. “Сопротивление материалов”. М., Наука, 1975, стр.120.

4. “Марочник сталей и сплавов” под редакцией В.Г. Сорокина. М., Машиностроение, 1989, стр.465.

5. “Машиностроение”. Энциклопедический справочник под редакцией Е.А.Чудакова, том 4, М., Машгиз, 1947, стр.302.

6. Анурьев В.И. “Справочник конструктора-машиностроителя”, том 1, М., Машиностроение, 1980, стр.398.