Універсальний шпиндель

Изобретение относится к устройствам, передающим вращение между тяжелонагруженными элементами машин, преимущественно к приводным шпинделям прокатных станов. Известен универсальный шпиндель, имеющий сферическую головку и цилиндрическую обойму, снабженные полуцилиндрическими канавками, в которых размещены бочкообразные ролики (А.с. СССР №242099, кл. B21B35/14, опубл. 25.04.69). В таком устройстве контакт бочкообразных роликов с полуцилиндрическими канавками на головке и обойме осуществляется по линии, а не по поверхности, что является причиной недостаточно высокой нагрузочной способности шпинделя. Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является универсальный шпиндель, содержащий сферическую головку с канавками в форме однополостного гиперболоида вращения и цилиндрическую обойму с канавками полуцилиндрической формы, между которыми расположены цилиндрические полые ролики (А.с. СССР №1494322, кл. B21B35/14). В этом устройстве контакт цилиндрической поверхности ролика с поверхностью канавки на головке происходит тоже по линии, вызывая высокие контактные напряжения, что ограничивает углы перекоса шпинделя, его нагрузочную способность и долговечность; высокая жесткость роликов и их низкая демпфирующая способность приводит к повышению динамических нагрузок и вибраций шпинделя и тем самым к ограничению скорости вращения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования универсального шпинделя путем снижения контактных давлений между его элементами и увеличения площади поверхностного контакта ролика с поверхностью канавок в головке и обойме шпинделя и повышения за счет этого контактных давлений между элементами шпинделя, что приведет к повышению нагрузочной способности и долговечности шпинделя, увеличению его демпфирующих свойств и снижению динамических нагрузок на элементы привода прокатного стана. Поставленная задача решается тем, что в известном шпинделе, содержащем сферическую головку и обойму с канавками, в которых расположены ролики, ролики выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин. По сравнению с наиболее близким по своей технической сущности решением той же задачи заявляемое решение имеет отличительный признак: полые ролики выполнены в виде цилиндрических винтовы х пружин. Такие ролики под действием тангенциальной нагрузки (крутящего момента) упруго деформируются (сплющиваются), за счет чего пропорционально этой нагрузке увеличивается площадь поверхности контакта ролика с поверхностью канавок в головке и обойме шпинделя. Это обеспечивает повышение нагрузочной способности и долговечности шпинделя, увеличение его демпфирующи х свойств и снижение динамических нагрузок на элементы привода прокатного стана. На фиг.1 дан общий вид универсального шпинделя; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.3 - вид канавки в головке шпинделя; на фиг.4 ролик в виде цилиндрической винтовой пружины. Универсальный шпиндель состоит из наружных обойм 1 с полуцилиндрическими канавками 2, соединительного вала шпинделя 3 с концевыми сферическими головками 4, в которых выполнены канавки 5, имеющие поверхность однополостного гиперболоида вращения (фиг.1 3). В канавках обоймы 2 и головки 4 расположены ролики 6, выполненные в виде цилиндрических винтовых пружин (фиг.4). В полости роликов 6 расположена порция тугоплавкой смазки 7. Ролики 6 удерживаются от осевого смещения ребордами 8, а головка и внутреннее пространство обоймы закрыты фланцем 9. Передача крутящего момента от наружной обоймы 1 к головке 4 или наоборот осуществляется через ролики 6. Ролики 6, выполненные в виде цилиндрических винтовых пружин, под действием нагрузки упруго деформируются, увеличивая площадь поверхности контакта с поверхностью канавок в головке и обойме шпинделя. Кроме того, при увеличении угла перекоса шпинделя такой ролик упруго изгибается относительно продольной оси, что повышает нагрузочную способность шпинделя при больших углах перекоса и максимально допустимые углы работы. При сплющивании ролик изменяет форму своего поперечного сечения и изгибается вдоль своей оси. Под действием тангенциальной нагрузки винтовые пружины (ролики) не только сплющиваются, но и изменяют периметр своего контура в каждом поперечном сечении, допуская значительные деформации изгиба относительно продольной оси. При этом винтовая пружина, упруго деформируясь, занимает в канавках обоймы и головки такое положение и принимает такую форму, при которых обеспечиваются наименьшие контактные напряжения между соприкасающимися деталями. Способность винтовой пружины упруго сжиматься вдоль оси и значительно изгибаться относительно ее оси обеспечивает возможность существенного увеличения углов перекоса шпинделя (с 12° на известных до 20° на предлагаемом). Кроме того, существенно повышаются демпфирующие свойства шпинделя и снижаются динамические нагрузки на элементы привода и прокатной клети, что особенно важно при прокатке с высокими скоростями вращения валков и больших угла х перекоса шпинделя.