Шарнір універсального шпинделя

н Союз Советских Социалистических Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт свид-ву (22)3аявлено 07.05.79 (21) с присоелннением заявки Лв Государственный комитет СССР (23)Приоритет по делам изобретений Опубликовано н открытий (11) 2764036/22-02 — . Кл. В 21 В 35/14 15.12 81. Бюллетень Лв 46 Дата опубликования описания 15 12 81 ( 5 3 ) У Д К 621.771. 2.06-88(088.8)' (72) Авторы изобретения Н. М. Потапов, И. Б. Свирский, Г. Я. Алексеенко, В. В. Демина, Л. А. Томашев и Г. С. Доценко (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторе кий технологический институт механизации труда в черной металлургии и ремонтно-механических работ (54) ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ 1 Изобретение относится к металлургическому оборудованию, преимущественно к конструкции универсальных шпинделей привода рабочих валков прокатных станов Для привода рабочих валков при передаче больших крутящих моментов и необходимости сохранения минимальных радиальных габаритов широко применяются шпинделя с универсальными шарнирами, содержащими вкладыши скольжения. Недостатком этих конструкций является неравномерное распределение контактных сжимающих напряжений по поверхностям вкладыІшей и, как следствие, их интенсивный износ, а также передача части крутящего момента по мере износа вкладышей через камень, палец и бурты вкладышей, что приводит к ускоренному износу этих элементов и преждевременному выходу из строя шарниров. Наиболее близким по технической сущности 10 к изобретению является шарнир универсального Известны конструкции шарниров универсальшпинделя, ьключаюший лопасть, охватывающую ных шпинделей, которые содержат вилку с циее вилку, размещенные между лопастью и вилкой вкладыши с криволинейной и плоской линдрической расточкой, плоскую лопасть с опорными поверхностями, палец и установленный продольным пазом, размещенные между вилкой на нем камень с выпуклой наружной поверхи лопастью вкладыши скольжения с цилиндриностью, контактирующий с лопастью [2]. ческой и плоской рабочими поверхностями, Недостатком данной конструкции является установленный во вкладышах или закрепленный ее статическая неопределенность и, как следств вилке палец и установленный на пальце вие, пониженная несущая способность и надежс возможностью вращения относительно его оси ность шарнира. камень, контактирующий своими боковыми поЦель изобретения - повышение несушей верхностями с пазом лопасти. Крутящий моспособности и надежности шарнира путем устмент передается от вилки к лопасти через разранения его статической неопределимости. мещенные Между вкладышами скольжения [1]. З Ш167 Поставленная цель досгшается тем. что в шарнире универсального шпинделя, включающем лопасть, охватывающую ее вилку, размещенные между лопастью и вилкой вкладыши с криволинейной и плоской опорными поверх5 ностями, палец и установленный на нем камень с выпуклой наружной поверхностью, контактирующий с лопастью, каждый вкладыш шарнира выполнен в виде двух отдельных, размещенных по разные стороны от пальца эле'° ментов, криволинейная опорная поверхность ко торых выполнена бочкообразной, а палец установлен в вилке, при этом поверхности лопасти, печивается удержание вкладышей 3 от смещения вдоль оси У, но поіное использование контактной поверхности лопасти 1 (для обеспечения минимальных удельных давлений) требует чрезмерного увеличения толщины вкладышей 3, что приводит к ослаблению сопряженных деталей (лопасти 1 и вилки 2). При -^г >2,5 обеспечивается полное использование контактных поверхностей при минимальной толщине зкладышей 3, однако в этом случае кривизна вкладышей 3 в плоскости Y0Z оказывается недостаточной для их надежного удержания 01 смещения вдоль оси У. При р 1,5 < ™ "^ 2,5 обеспечивается полное использование контактных поверхностей, сопряженных деталей при минимальной толщине вкладышей 3 и достаточно надежном их удержании от смещения вдоль оси У. При работе шарнира монтажные болты 9 вынуты. Необходимая продольная подвижность лопасти 1 относительно вилки 2 вдоль оси X осуществляется за счет скольжения камня 5 в прорези попасти и вкладышей 3 относительно лопасти; поворот относительно оси У — за счет соответствующего вращения вкладышей 3 в расточках вилки 2; поворот относительно оси Н — за счет вращения камня 5 с втулками 6 относительно пальца 4. При износе вкладышей 3 а процессе работы шарнира последние самоустанавлиЕаются в бочкообразных расточках вилки 2, поворачиваясь в плоскости, перпендикулярной оси X шарнира, а лопасть 1 поворачивается вокруг камня 5 относительно оси X на некоторый угол °L (1,5-2 ) , достаточной для компенсации износа. При этом сохраняется равномерное распределение удельных давлений на рабочих поверхностях вкладыщей 3. После некоторой начальной приработки шарнира при передаче крутящего момента лопасть 1 воздействует на вилку 2 только через бочкообразные поверхности В и В| и плоские поверхности С и С ( двух диаметрально противоположных вкладышей 3, а кинематические пары между лопастью 1, вилкой 2 и ненагруженными вкладышами 3 являются разомкнутыми и могут быть исключены из расчета В соответствии с этим при определении числа избыточных связей в шарнире по формуле контактирующие с камнем, выполнены плоскими. Кроме того, с целью обеспечения мшшмаль- t5 ной толщины вкладышей при их надежном удержании от поперечного смещения при возможно большей площади контактных поверхностей, бочкообразная поверхность вкладышей выполнена с соотношением радиусов кривизны 20 соответственно в плоскости передачи момента и в перпендикулярной к ней плоскости в пределах 1,5-2,5. На фиг. 1 изображен предлагаемый универсальный шарнир, общий вид; на фиг 2 — разрез А-А на фиг. 1. Шарнир включает в себя лопасть 1, охватывающую ее вилку 2, имеющую две бочкообразные с дуговой образующей радиуса R расточки относительно поперечной оси Y, проходящей 30 через центр шарнира. Вилка 2 своими бочкообразными поверхностями контактирует с соответствующими выпуклыми поверхностями четы'•"Х бронзовых вкладышей 3. В отверстии, выполненном в вилке вдоль оси 2 и проходящем 35 через центр шарнира, неподвижно установлен палец 4, несущий камень 5, имеющий боковые выпуклые линейчатые поверхности с образующими, параллельными продольной оси шарнира X, например цилиндрические относительно этой оси, которыми он контактирует с плоскими по- 40 верхностями прорези лопасти 1. Камень 5 выполнен стальным закаленным, в него запрессованы бронзовые втулки 6, по которым осуществляется вращение камня 5 относительно пальца 4. Фиксация камня 5 вдоль оси пальца 4 4 S и закрепление его в вилке 2 осуществляется при помощи стальной втулки 7 и гайки 8. Во вкладышах 3 выполнены резьбовые отверстия, в которые во время монтажа шарнира через отверстия в виде 2 вкручиваются монтажq * W - 6п + j | t i p , 50 ные болты 9. можно принять W — 3-число степеней свободы Отношение радиуса R образующей бочкообмеханизма; разной поверхности к максимальному радиусу п — 4-число подвижных звег кривизньї в плоскости . перпендикуаярной ньев механизма (лопасть, оси У (к максимальному радиусу "бочки"), два вкладыша 3 и ка55 выбирается в пределах 1,5 - 2,5 При мень 5), • - < 1,5 кривизна бочкообразной поверхносS р • - число кинематических пар І-го класса; ти в плоскости У07. веника и хорошо обес 889167 p v - I fnapj L), ' p i v - 2 (пары В и В, ); р1[( 2 {пары С и С, ), Рц Р, I (пара D), =0 S В соответствии с этим q = 3-6-4+5-1+4-2+3-2+2-I = 0 , т е в приработанном шарнире избыточных связей нет Практически это означает обеспечение равномерного распределения удельных давлений на поверхностях сопряженных деталей независимо от степени износа и неточностей изготовления элементов шарнира Достоинствами предположенной конструкции являются обеспечение уменьшенного износа элементов (прежде всего, вкладышей) и устранение перегрузок элементов, обусловленных статической неопределимостью конструкции, при одновременном упрощении конструкции, связанном с уменьшением числа подвижных звеньев; новышение несущей способности шарнира за счет увеличения сечений лопасти 1 и вилки 2 и уменьшения числа элементов в соединении Кроме того, в вилке 2 устраняются концентраторы напряжений в углах центральной расточки, выполняемой в шарнирах традиционной конструкции для удержания вкладышей от поперечного смещения Формула и з о б р е т е н и я 1. Шарнир универсального шпинделя, включающий лопасть, охватывающую ее вилку, раз 10 IS 10 25 мешенные между лопастью и вилкой вкладыши с криволинейной и плоской опорными поверхностями, палец и установленный на нем ка мень с выпуклой наружной поверхностью, контактирующий с лопастью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения несушей способности и надежности шарнира путем устранения его статической неопределимости, каждый вкладыш шарнира выполнен в виде двух отдельных, размещенных по разные сто роны от пальца элементов, криволинейная оперная поверхность коїорьіх выполнена бочкообразной, а палец установлен в вилке, при этом поверхности лопасти, контактирующие с камнем, выполнены плоскими 2 Шарнир п о п і , о т л и ч а ю щ и й * с я тем, что, с целью обеспечения минимальной толщины вкладышей при их надежном удержании от поперечного смещения при возможно большей площади контактных поверхностей, бочкообразная поверхность вкладышей выполнена с соотношением радиусов кривизны соответственно в плоскости передачи момента и в перпендикулярной к ней плоскости в пределах 1,5—2,5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Целиков А. И и др Прокатные станы. Э "Металлургиздат", 1958, с 158, рис 173. О 2 Авторское свидетельство СССР ДО 662175, кл В 21 В 35/14, 1977 889167 O t д Редактор Л Тюрина Заказ 10834/17 Составитель Г. Ростов Техред Т.Вереш Корректор М Демчик Тираж 891 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент"» г. Ужгород, ул. Проектная, 4