BG112346A - 3d принтирано съединение между вал и звено - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до машинен елемент - съединение на вал или ос със звено, като поне един от двата основни елемента е получен след принтиране с 3D принтер. Поради сложната форма на повърхнината отвора не може да се изработи с конвенционалните технологии. Към вала могат да се присъединяват елементи като шайби, зъбни колела, лостове и др. Намира приложение при моделиране, прототипиране и производство на механизми с 3D принтер. 3D принтираното съединение между вал и звено, се състои от вал (1) и звено (2), присъединени помежду си посредством затворена повърхнина (3), която е образувана между окръжност (4) и затворена равнинна фигура (5) различна от окръжност, като прехода от окръжността (4), към фигурата (5) е плавен. Равнинната фигура (5) може да е правилен многоъгълник със заоблени върхове и да се намира в равнина успоредна на окръжността (4), а центъра на правилния многоъгълник (5) е съосен с центъра на окръжността (4).

Description

3D ПРИНТИРАНО СЪЕДИНЕНИЕ МЕЖДУ ВАЛ И ЗВЕНО

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до машинен елемент - съединение на вал или ос със звено, като поне един от двата основни елемента е получен след принтиране с 3D принтер. Поради сложната форма на повърхнината отвора не може да се изработи с конвенционалните технологии. Съединението може да бъде разглобяемо или неразглобяемо, да предава или не въртящ момент. Към вала могат да се присъединяват елементи като шайби, зъбни колела, лостове и др. Намира приложение при моделиране, прототипиране и производство на механизми с 3D принтер.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известна е осево свързваща челна структура, включваща задвижващ вал, задвижван вал и съединител, които са свързани помежду си с профилни повърхнини, отвори в задвижващия и задвижвания валове и изпъкнали повърхнини в съединителя. Например отворите могат да са с квадратен и шестоъгълен профил и призматична форма. Напречното сечение на съединението е постоянно и може да е с триъгълна, шестоъгълна или елипсовидна форма. За предотвратяване на осевото изместване се ползват ограничаващи челни повърхнини. Структурата служи за предаване на въртящ момент от задвижвания към задвижващия вал [1].

Недостатък на осево свързващата челна структура [1] е, че има рязък преход в задвижващия и задвижвания валове и съединителя от кръг към призматична или друга форма, което довежда до концентрация на напрежения при предаване на въртящ момент.

Недостатък на [1] е също, че трудно се постига добра съосност между задвижващия и задвижвания елемент, защото е необходимо много точно разположение на профилното сечение спрямо центъра на ротация на вала.

Недостатък на осево свързващата челна структура [1] е, че дори при малка неточност в изработването на трите основни елемента възникват хлабини, които влияят на предаваното движение и намаляват надеждността на конструкцията.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ

Задачата на изобретението е да се създаде съединение между вал и звено от механизъм със следните свойства: отсъствие на източници на напрежение; добро самоцентриране; липса на мъртъв ход и безшумност на предавката. Задвижваното звено да се позиционира еднозначно към вала и/или да има възможност за стъпкова промяна на ориентацията му към вала. Съединението да може да се изработи с 3D принтер и да се ползва при моделирането и прототипирането на механизми за роботи.

Тази задача се решава с 3D принтирано съединение между вал и звено, състоящо се от вал и звено, присъединени помежду си посредством затворена присъединителна повърхнина, която е образувана между окръжност и затворена равнинна фигура различна от окръжност, като прехода от окръжността към затворената равнинна фигурата е плавен.

Затворената равнинна фигура може да е правилен многоъгълник със заоблени върхове и да се намира в равнина, успоредна на равнината на окръжността, а центъра на правилния многоъгълник е съосен с центъра на окръжността. Съединението се осигурява и притиска осево посредством винт.

Предимство на 3D принтирането съединение между вал и звено е, че присъединителните повърхнини на вала и звеното са с плавни и гладки преходи, което довежда до много малки концентрации на напрежение в елементите при предаване на въртящ момент.

Предимство на 3D принтирането съединение между вал и звено е, че се получава добро центриране между двата елемента, което се дължи на наклонените участъци на плавните преходи, които са осево - симетрични.

Предимство на 3D принтираното съединение между вал и звено е, че връзката между елементите е плътна без хлабини и липсва мъртъв ход.

Като предимство на 3D принтираното съединение между вал и звено, спрямо конвенционалните съединения може да се смята и това, че технологията за производство на елементите му е опростена. Произвежда се направо от 3D CAD модел, без да е необходима 2D документация.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Фиг.1 - Общ вид на 3D принтираното съединение между вал и звено - а) и основни размери - Ь);

Фиг.2 - Различни варианти на съединението;

Фиг.З - Приложение на съединението в 3D принтиран модел на крачещ робот. Съединението свързва вала (1) със звено (2) - крак на робота;

ПРИМЕР ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ

3D приятирано съединение между вал и звено, състоящо се от вал (1) и звено (2), присъединени помежду си посредством затворена присъединителна повърхнина (3), такава, че е образувана между окръжност (4) и затворена равнинна фигура (5) различна от окръжност, като прехода от окръжността (4) към фигурата (5) е плавен. Равнинната фигура (5) може да е правилен многоъгълник със заоблени върхове и се намира в равнина, успоредна на окръжността (4), а центъра на правилния многоъгълник (5) е съосен с центъра на окръжността (4). Съединението се осигурява и притиска осево посредством винт (6). (Фиг.1 и фиг.З)

Звеното (2) се изработва с технологията за 3D печат. Поради сложната форма на повърхнината на отвора не може да се изработи с конвенционалните технологии. Вала 1 може да се получи от машина с цифрово програмно управление или отново с 3D печат.

Действието на 3D принтираното съединение между вал и звено се заключава в неподвижно свързване на звеното (2) към вала (1) посредством повърхнината (3). Възможно е предаване на въртящ момент от вала (1) към звеното (2) и обратно.

В зависимост от пропорциите на размерите D, d и L на повърхнината (3), която предава въртящ момент (фиг.1) съединението може да се получи разглобяемо или неразглобяемо. D е диаметъра на вала - окръжността (4); d - диаметър на описаната окръжност около правилния многоъгълник (5); L - дължина на съединението, т.е. разстоянието между равнината на окръжността (4) и равнината на многоъгълника (5). Когато то е разглобяемо е необходимо да се осигури осева фиксация например посредством винт (6).

На фиг.2а-й са дадени различни варианти за изпълнение на контактната повърхнина (3) съгласно претенция 1. Фиг.2а) - равнинната фигура (5) е съставена от дъги, фиг.2Ь)преход от окръжност в елипса, фиг.2с)- равнинната фигура (5) е съставена от дъга и отсечка.

Фиг.2 e-g показват варианти съгласно претенция 2. Съответно равностранен триъгълник, квадрат и петоъгълник със закръгления. При тези варианти е възможно стъпково завъртане на звеното (2) спрямо вала (1).

Варианти a-g са подходящи за краищата на валове, но все пак могат да се ползват и във вътрешни стъпала.

Вариант, при който диаметъра d на описаната окръжност около многоъгълника е пого лям от диаметъра D на вала е даден на фиг.211.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент CN204729487.

Claims (3)

1) 3D принтиране съединение между вал и звено, състоящо се от вал (1) и звено (2), присъединени помежду си посредством затворена присъединителна повърхнина (3), ХАРАКТЕРИЗИРАЩО се с това, че присъединителната повърхнина (3) е образувана между окръжност (4) и затворена равнинна фигура (5) различна от окръжност, като прехода от окръжността (4), към фигурата (5) е плавен.

2) 3D принтиране съединение между вал и звено, съгласно претенция 1), ХАРАКТЕРИЗИРАЩО се с това, че равнинната фигура (5) е правилен многоъгълник със заоблени върхове, и се намира в равнина успоредна на окръжността (4), а центъра на правилния многоъгълник (5) е съосен с центъра на окръжността (4).

3) 3D принтиране съединение между вал и звено, съгласно претенция 1) или 1) и 2), ХАРАКТЕРИЗИРАЩО се с това, че се осигурява и притиска осево посредством винт (6).