Шарнірний шпиндель

Винахід відноситься до машинобудування і призначений для використання в основному в головній лінії прокатних станів. Відомий шарнірний шпиндель [див. А.с. №531495, М.кл. F16d3/24 Б.И. №37,1976р.], що містить головки шарніра, кожна з яких має три виступаючих кулачки, між несучими поверхнями граней яких розташовані вкладиші у вигляді півсфер, що розміщені в півсферичних гніздах в кулачках одній головки. Кожна пара звернених одне до одного півсферичних гнізд має загальний центр, який з іншими центрами утворює вершини рівностороннього трикутника, симетрично розташовані відносно подовжньої осі шарніра. Недоліком прототипу є велика динамічна неврівноваженість, обумовлена тим, що робочі поверхні граней кулачків головок не лежать у площинах осі шарніра. Переміщення плоских поверхонь вкладишів по поверхням робочих граней кулачків при передачі моментів з кутом перекосу в шарнірі здійснюється по складній кінематичній схемі руху, збільшуючи тим самим шлях переміщення плоскою поверхнею кожного вкладиша по поверхням кулачків і, відповідно, знос вкладишів і кулачків. Кінематично складний рух вкладишів відносно робочих поверхонь кулачків приводить до того, що в якийсь момент часу, обумовлений кутовим переміщенням, у передачі моменту не бере участь один з вкладишів. Відповідно, навантаження цілком приходиться на інші два вкладиші, при цьому в них виникають підвищені контактні напруги. Таким чином, в шарнірі, поряд зі зміною швидкості його обертання, за час одного обороту буде мати місце нерівномірність розподілу навантажень по вкладишах. Через виконання граней однієї головки, на яких відсутні гнізда, виступаючими відносно бази по глибині, сумірними з глибиною робочих граней, тобто без сполучення внутрішніх поверхонь граней вище центральної площини шарніра, зменшується міцність кулачків, що в кінцевому рахунку зменшує навантажувальну здатність шарніра. Розміщення сферичного з'єднання головок за прототипом забезпечує обмеження осьового переміщення головок тільки в одному напрямку. Так як центр сферичного з'єднання лежить в іншій площині відносно площини, що проходить через вершини гнізд під вкладиші, не забезпечується точне центрування і немає обмежень по радіальних і окружних взаємних переміщеннях кулачків з вкладишами відносно центра шарніра. Крім того, відсутнє демпфірування динамічних осьових навантажень. Перед винаходом поставлена задача підвищити навантажувальну здатність і довговічність шарніра шпинделя за рахунок більш рівномірного перерозподілу навантажень на всі вкладиші, забезпечити можливість обмеження радіальних і окружних взаємних переміщень кулачків і вкладишів відносно центра шарніра, зменшити шлях переміщення плоских поверхонь вкладишів по поверхнях кулачків і, тим самим, знизити знос вкладишів і робочих поверхонь кулачків. Поставлена задача досягається тим, що шарнірний шпиндель, переважно прокатних станів, що містить головки, кожна з яких має по три виступаючих кулачки, між несучими поверхнями граней яких розташовано вкладиші у вигляді півсфер, які розміщені в півсферичних гніздах в кулачків однієї головки, і контактують своїми плоскими поверхнями з поверхнями граней кулачків іншої головки, при цьому в тілі сполученої ділянки однієї головки по її осі виконана напівсферична лунка, а в тілі сполученої ділянки іншої головки - розточення, у порожнинах яких розміщений з'єднувач, відповідно до винаходу кулачки шарніра в поперечному перерізі мають вигляд сектора кругового кільця з кутами клинів секторів, що забезпечують рівну міцність кулачків, по вигину і зазори між гранями кулачків шарніра в зборі, з урахуванням кута його перекосу, внутрішні грані кулачків головок на 0,45-0,49 їхньої висоти сполучені між собою як ціле по радіусах з центром на осі шарніра, при цьому з'єднувач виконано у вигляді кульового шарніра і встановлено так, що його центр лежить у площині, що проходить через вершини гнізд під вкладиші, одна вісь кульового шарніра через демпфер закріплена до однієї головки, а інша - жорстко до іншої головки. Крім того, відповідно до винаходу, у гранях кулачків, однієї з. головок виконані розточення, у яких розміщені демпфіруючи елементи вибірки радіальних і окружних зазорів. Пристрій пояснюється фігурами 1,2. На Фіг.1 показаний поздовжній розріз шарнірного шпинделя, на Фіг.2 переріз по А-А. Пристрій складається з головок 1,2 (Фіг.1), кожна з яких має по три виступаючих кулачки 3,4. Між несучими поверхнями граней 5 кулачків 3,4 розміщені вкладиші 6 у вигляді півсфер. Вкладиші 6 розміщені в півсферичних гніздах 7 кулачків 3 однієї головки 1 і контактують своїми площинними поверхнями 8 а поверхнями граней кулачків 4 головки 2. Кулачки 3,4 у поперечному перерізі мають вид сектора кругового кільця з кутами a клинів секторів, що забезпечують рівну міцність, кулачків по вигину, і зазори b (Фіг.2) між гранями кулачків шарніра в зборі, з урахуванням кута перекосу шарніра шпинделя. Внутрішні грані 9 кулачків 3,4 головок на 1 = 0,45-0,49 їхньої висоти - Нк (Фіг.1) відносно площини основи кулачка 10 сполучені між собою, як ціле по радіусах з центром, розташованим на осі шарніра. В тілі сполученої ділянки однієї головки 1 по її осі виконана півсферична лунка 11, а к тілі сполученої ділянки іншої головки 2 - розточення 12, у порожнинах яких розміщений з'єднувач 13, у вигляді кульового шарніра так, що його центр лежить у площині, що проходить через центри гнізд 7 під вкладиш 6. Одна вісь 14 кульового шарніра через демпфер 15 закріплена у головці 1, а інша 16 жорстко закріплена в головці 2. Головка 1 кулачковим з'єднанням 17 з'єднана з валом 18 шпинделя. На гранях кулачків 4 виконані розточення 19, у яких розміщені демпфіруючі елементи 20 вибірки радіальних і окружних зазорів. Шарнір закритий кожухом 21 з ущільненнями, з можливістю акумулювання рідкого мастила в процесі роботи шарнірного шпинделя. Наявність у кулачках 3 півсферичних гнізд 7 знижує опір цих кулачків по вигину. Для збереження рівної міцності кулачків 3,4 по вигину необхідно, щоб кути a клинів секторів кулачків 3 були трохи більшими, ніж кути a клинів кулачків 4. Конкретна оптимальна величина кутів а клинів, визначається розрахунковим шляхом у залежності від глибини гнізд 7 і їхніх діаметрів стосовно об'єму кулачків. Внутрішні грані 9 кулачків 3,4 сполучені по радіусах на 0,45-0,49 їх висоти (Нк) по робочим граням. Цей. розмір обраний з. наступних умов. При сполученні менш 0,45 висоти кулачків по робочих гранях зменшується міцність кулачків, а збільшення глибини сполучення ділянок вище 0,49 висоти кулачків по робочих гранях не забезпечить достатній зазор між торцями сполучених ділянок двох головок у зборі, необхідний при передачі моментів, з заданим кутом перекосу шарніра шпинделя. Розташування кульового шарніра з центром, що збігається з площиною, яка проходить через центри гнізд 7 під вкладиші 6 і виконання кулачків 3,4 з робочими гранями, площини яких лежать у площинах, що проходять через вісь шарніра, у вигляді сектора кругового кільця, спрощує кінематику руху кулачків і вкладишів, і забезпечує можливість рівномірного розподілу навантажень на всі вкладиші при передачі моменту з деяким кутом перекосу шарніра шпинделя. Установка демпфіруючих елементів, у розточеннях кулачків 4 створює стійкість роботи кульового шарніра при осьових зсувах і центрування вкладишів 6 у гніздах кулачків. Момент від двигуна, наприклад, головкою 1 з кулачками 3 передається головці 2 через вкладиші 6, що розміщені в гніздах 7. При обертанні шарніра з деяким кутом перекосу вкладиші 6, що передають момент своїми площинними поверхнями на робочі поверхні граней кулачків 4, здійснюють по них деяке переміщення з одночасним погойдуванням у гніздах 7. Взаємні переміщення контактуючих поверхонь під навантаженням впливають на знос вкладишів. Розташування площин всіх робочих граней кулачків по площинах, що проходять через вісь шарніра, поліпшує кінематику руху кулачків і вкладишів, зменшує шлях переміщення плоских поверхонь вкладишів 6 по робочих поверхнях кулачків і знижує знос вкладишів. Таке розташування площин граней кулачків зменшує круговий рух осі головки при її самоцентруванні відносно центра між вкладишами в. кожен момент часу, тобто безупинно, і впливає на рівномірність розподілу навантажень на вкладиші, створюючи умови, близькі до динамічного зрівноважування шарніра. Запропонований шарнір шпинделя може бути використаний у прокатних станах для передачі великих моментів при малих і середніх швидкостях обертання шпинделя з кутом перекосу до 3°.