Ущільнююча шайба із матеріалу з пам’яттю форми та з’єднувальний вузол з її використанням

Группа изобретений относится к уплотняющим шайбам из материала с памятью формы и соединительным узлам с их использованием и может быть использована в электроприборостроении, в частности, в термокомпенсирующи х устройствах при соединении токоподводящих частей, например, в термостабилизаторах, обеспечивающих поджим токопередающих поверхностей. Известны соединительные устройства, в которых используются термочувствительные элементы различной формы типа: "жук", "жук-М", тороидальный и конусный, выполненные из сплавов с памятью формы [1]. Основным недостатком указанных устройств является низкая надежность их работы, связанная с преждевременным разрушением конструкции термочувствительных элементов в узлах тепловой деформации из-за аномального роста внутренних напряжений в материале после приложения внешних напряжений. Главным источником разрушения материала в указанных конструкциях является быстро развивающаяся сеть трещин, локализующихся в плоскости наибольших растягивающих и сжимающих напряжений, проходящая через вершину узлов тепловой деформации. Кроме того указанные элементы из-за возникновения признаков разрушения сильно изменяют свои силовые характеристики, что приводит к существенному снижению надежности работы. Наиболее близкой к объекту изобретения - уплотняющей шайбе является шайба конической формы [1], Однако шайба-прототип развивает недостаточные усилия, что обусловлено преобразованием ее формы из конуса в диск, при этом распорное усилие составляет лишь часть общего усилия. Кроме того, при преобразовании формы шайбы в диск наружный радиус ее основания подвергается локальному расширению, что обусловливает появление радиальных трещин. В основу изобретения - уплотняющая шайба поставлена задача создания шайбы, в которой за счет иной формы поперечного сечения увеличивалось бы распорное усилие и исключалось бы образование трещин. Поставленная задача решается тем, что уплотняющая фигурная шайба из материала с памятью формы, согласно изобретению, выполнена с ε-образным поперечным сечением. Выполнение шайбы ε-образным поперечным сечением увеличивает распорное усилие и устраняет растрескивание, что видно из ниже приведенной таблицы. Наиболее близким по технической сущности к соединительному узлу - объекту изобретения является соединительный узел, содержащий соединяемые детали и крепежное средство с уплотняющей конической шайбой из материала с памятью формы (см. там же, стр. 12-13). Недостатком устройства является то, что во всех случаях конечные размеры узла рассчитываются из условия получения заданного натяга, а общее восстановление шайбы по ее высоте складывается из сборочного зазора, натяга и упругой деформации, зависящей от уровня напряжений в шайбе. Это обусловливает нестабильность величины натяга в процессе работы устройства, что приводит к существенному снижению усилия поджатия элементов конструкции. Компенсация этой нестабильности за счет упругой де формации шайбы недостаточна из-за конической формы шайбы. В основу изобретения - соединительного узла поставлена задача его усовершенствования за счет использования шайбы с-образной формы в поперечном сечении с определенными соотношениями между полной высотой шайбы и высотой центральной ее части, что позволяет обеспечить постоянство натяга в соединительном узле. Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем соединяемые детали и крепежное средство с уплотнительной шайбой из материала с памятью формы, уплотнительная шайба выполнена с εобразной формой в поперечном сечении (ее половины), а между средней вершиной вогнутопыпуклой ее части и плоскостью соединяемой детали, на которую оперты внутренние и наружные окружности шайбы по ее периметру, установлен зазор (d), равный 20-80% максимально возможного хода выпуклой средней вершины указанной шайбы. Выполнение ε-образной формы в поперечном сечении уплотнительной шайбы позволяет сформировать 3-й узла тепловой деформации с чередующимися знаком деформации. Образованная волнистая форма шайбы обеспечивает однородное распределение внутренних напряжений в ее материале и позволяет создать симметричную нагрузку на соединяемые детали, достигающую 10000 кгс при соответствующей толщине шайбы. Установка зазора (d) между выступающей выпуклой вершиной выпукло-вогнутой средней части шайбы и плоскостью соединяемой детали, проходящей по периметрам ее опирающихся окружностей, в пределах 2080% от максимального хода средней части шайбы, обеспечивает постоянное усилие поджатия соединяемых деталей при изменении температуры. При этом, нагрев устройства вызывает прямопропорциональное уменьшение зазора (d), а его охлаждение, соответствующее, прямо пропорциональное увеличение. При установке зазора (d) менее 20% материал шайбы разрушается из-за появления критических напряжений в узлах тепловой деформации, достигающих предела его прочности. При установке зазора (d) более 80% термокомпенсация имеет нелинейный характер, что приводит к ослаблению сжатия деталей. На фиг. 1 иллюстрируется фрагмент поперечного сечения шайбы и соответствующий ее рабочему ходу зазор д. На фиг. 2 (общий вид соединения при сборке в мартенситном состоянии шайбы) и фиг. 3 (общий вид соединения в рабочем -аустенитном состоянии шайбы) иллюстрируется один из вариантов выполнения соединения, состоящего из соединяемых деталей 1 и 2, соединительного элемента, состоящего из винта 3 и гайки 4, уплотнительной шайбы 5, выполненной из материала с памятью формы. Уплотнительная шайба 5 имеет f-образную волнистую форму в поперечном сечении. Между наружной плоской поверхностью соединяемой детали 1 и выступающей выпуклой вершиной средней части шайбы 5 в исходном (мартенситном) состояний зазор (d) равен нулю, при этом усилия поджатия деталей минимальны. В рабочем (аустенитном) состоянии шайбы 5 зазор {д) равен 20-80% от максимальной величины ее хода, при этом усилие сжатия деталей с изменением температуры постоянно по своей величине. Устройство, показанное на фиг. 2 и фиг. 3, работает следующим образом. При сборке соединительного элемента в мартенситном состоянии материала шайбы зазор d =0 и усилие поджатия соединяемых деталей 1 и 2 определяется степенью поджатия деталей винтом 3 и гайкой 4. После нагрева соединения выше температуры начала обратного мартенситного превращения шайба 5 развивает усилие и образует натяг с зазором d в пределах 20-80% от его максимальной величины. Последующее повышение температуры вызывает прямо пропорциональный прирост величины зазора d и, соответственно величины усилия натяга соединяемых деталей 1 и 2 до уровня установленного значения. Охлаждение устройства ниже температуры максимального нагрева вызывает уменьшение зазора d и, соответствующее, поддержание усилия натяга на постоянном уровне. Таким образом, установка уплотми-тельной шайбы 5 с зазором d=20-80% обеспечивает термостабилизацию величины усилия натяга соединяемых деталей 1 и 2, что позволяет в электрических соединениях поддерживать постоянный уровень переходного электросопротивления между контактирующими поверхностями на одном и том же значении. Предложенное устройство по сравнению с известным имеет следующие основные преимущества: - обеспечивает постоянное усилие натяга соединяемых деталей, что позволяет термокомпенсировать возникающие зазоры в осевом направлении; - обеспечивает однородное формирование внутренних напряжений в материале шайбы за счет равномерного и однородного распределения усилий сжатия по указанным окружностям; - исключает появление трещин в материале шайбы за счет обеспечения подвижности ее средней части.