Шарнір універсального шпинделя

Шарнір універсального шпинделя прокатного наступною залежністю:æ 1 2 ö ù é 2 D = 2ê R2 + r0 + 2r0e + ç ... ÷r0 ú , стана, що включає бочкуваті ролики, твірна яких 0 è3 3ø û ë обкреслена кривою змінного радіуса, обойму й де R0 - радіус ділильної окружності універсального втулку, у яких радіуси напівциліндричних пазів шарніра, мм; виконані більшого радіуса середнього перерізу крім того висота кульових поясів сфери h деталей, роликів, а центри напівциліндричних пазів зміщені що центруються, відносно ділильної окружності до центра шарніра у визначається за формулою: обойми та від центра шарніра у втулки на величину е, яка визначається із залежності: D = h [cos(b + 2a) - cos b] , a 2 l 2 tg2 - (r0 - rm )2 2 де β - кут розташування перерізу більшого радіуса e= , основи сфери, град., D - діаметр сфери, що 2 (r0 - rm )2 центрує, мм. де l - половина довжини ролика, мм; U 2 (19) 1 3 21410 4 окружностей пазів зміщені щодо ділильної окружцентри напівциліндричних пазів зміщені щодо діності: для обойми - до центра шарніра, а для втуллильної окружності до центра шарніра у обойми та ки - від центра шарніра, на відстань, яка визначавід центра шарніра у втулки на величину е, яка ється по залежності: визначається із залежності: a 2 2 a 2 l tg - (r0 - rm ) l 2 tg 2 - (r0 - rm ) 2 2 (1) 2 e= , e= , 2(r0 - rm ) 2 2(r0 - rm ) 2 де l - половина довжини ролика, мм; де l - половина довжини ролика, мм; a - максимальний кут перекосу обойми щодо a - максимальний кут перекосу обойми щодо втулки, град; втулки, град.; r0 - радіус центрального перерізу ролика, мм; r0 - радіус центрального перерізу ролика, мм; rm - мінімальний радіус ролика на торці, мм. rm - мінімальний радіус ролика на торці, мм; Центральний відрізок виконаний сферичним і крім того, обойма відцентрована щодо втулки контактує із внутрішньою поверхнею обойми. по сфері, відповідно до корисної моделі, центруУ прототипі є позитивні рішення, які необхідно вання обойми щодо втулки виконано кульовими використовува ти при проектуванні універсальних поясами сфери, винесеними за межі напівциліндшарнірів роликового типу, а саме те, що напівциричних пазів і роликів, а діаметр сфери, яка ліндричні пази виконані більшого радіуса, чим рацентрує D, визначається по наступній залежності: діус середнього перерізу ролика, а центри їхніх é æ 1 2ö ù 2 D = 2ê R 2 + r0 + 2r0 e + ç ... ÷ r0 ú окружностей зміщені щодо ділильної окружності: (2) 0 è3 3ø û, ë для обойми до центра шарніра, для втулки від центра шарніра на відстань е (формула 1). де R0 - радіус ділильної окружності універсаОднак твірна роликів обкреслена кривою змінльного шарніра, мм; ного радіуса, яка зменшується від середини роликрім того, висота кульових поясів сфери h дека до його торця, що не забезпечує безпроміжне талей, що центруються, визначається по формулі з'єднання роликів з обоймою й втулкою на всьому D h = [cos(b + 2a ) - cos b] (3) діапазоні зміни кута відносно перекосу. Це викли2 , кає розцентровку обойми щодо втулки й биття шпинделя при прокатці, що знижує працездатність де b - кут розташування перерізу більшого шарніра, надійність устатк ування головної лінії радіуса основи сфери, град.; редуктора, шестеренної кліті, робочих валків та D - діаметр сфери, яка центрує, мм. їхні х підшипників. У результаті порівняльного аналізу пропоноНедоліком прототипу є те, що універсальні ваного шарніра універсального шпинделя із прошарніри, працюючи звичайно в симетричному діатотипом установлено, що вони мають наступні загальні ознаки: пазоні кутів нахилу ±a , мають між роликами й - бочкуваті ролики, твірна яких обкреслена пазами функціональні зазори, величина яких закривою змінного радіуса; лежить від кута положення роликів щодо площини - обойму й втулку, у яких радіуси напівциліндосей передачі. Положення роликів змінюється черичних пазів виконані більшого радіуса середнього рез кут повороту 90°. За повне обертання шарніра перерізу роликів; (360°) відбудуться два повних цикли, а функціона- центри напівциліндричних пазів зміщені щольний зазор два рази досягне максимальної велидо ділильної окружності до центра шарніра у чини. обойми та від центра шарніра у втулки на величиКрім цього, центральний сферичний відрізок ну е, яка визначається із залежності: втулки безпосередньо контактує із внутрішньою a поверхнею обойми по лінії, котра розривається, l 2 tg 2 - (r0 - rm ) 2 що недостатньо для експлуатаційної надійності 2 e= , шарніра. 2(r0 - rm ) 2 В основу корисної моделі поставлене завдання підвищення довговічності та працездатності де l - половина довжини ролика, мм; a - максимальний кут перекосу обойми щодо шарніра. Це завдання вирішується за рахунок технічновтулки, рад.; го результату, що складається у центруванні r0 - радіус центрального перерізу ролика, мм; обойми щодо втулки для одержання рівномірних rm - мінімальний радіус ролика на торці, мм; плям контакту по всі х роликах і полуциліндричним - обойма відцентрована щодо втулки по сфері; пазам контактуючих з ними. Центрування забезпеа також відмінні ознаки: чується кульовими поясами сфери, винесеними за - центрування обойми щодо втулки виконано межі напівциліндричних пазів обойми та втулки, й кульовими поясами сфери, винесеними за межі роликів. напівциліндричних пазів і роликів; Для досягнення вищевказаного результату - діаметр D сфери, яка центрує, визначається шарнір універсального шпинделя прокатного стапо наступній залежності: на, що включає бочкуваті ролики, твірна яких обé æ 1 2ö ù 2 креслена кривою змінного радіуса, обойму й втулD = 2ê R 2 + r0 + 2r0 e + ç ... ÷ r0 ú 0 è3 3ø û, ë ку, у яких радіуси напівциліндричних пазів виконані більшого радіуса середнього перерізу роликів, а де R0 - радіус ділильної окружності універса 5 21410 6 льного шарніра, мм; так і з поверхнею кришки 8, що забезпечує надійне - висота кульових поясів сфери h деталей, що утримання змащення в роликовому шарнірі. На центруються, визначається по формулі посадковій поверхні обойми 2 нарізані шліци 15 для з'єднання із приводним валом 3. Для подачі D h = [cos(b + 2a ) - cos b] змащення в шарнір передбачені пробки 16. Зма2 , щення накачується в один з отворів при відгвинчеде b - кут розташування перерізу більшого них двох інши х пробках. Для роликових шарнірів радіуса основи сфери, град. використається металоплакируюче змащення типу D - діаметр сфери, що центрується, мм. СМ-02 «Л» ТУ38.101.1075-86. Таким чином, запропонований шарнір універЕксплуатація роликових шпинделів в умовах сального шпинделя має нове конструктивне викорізних прокатних станів, як гарячої, так і холодної нання вузлів і деталей, нові зв'язки вузлів і детапрокатки й у широкому діапазоні швидкостей, полей, а також нове розміщення їх відносно один казала, що має місце нагрівання деталей шарнірів. одного. Крім того різниця температур о хоплюваних і охопМіж відмінними ознаками й технічним резульлюючих де талей становить 30...60°С. Для виклютатом, що досягається, існує причинночення заклинювання деталей шарнірів у методику наслідковий зв'язок. розрахунку кінематичних параметрів уведений Завдяки тому, що сфера втулки центрується гарантований тепловий зазор Д Ro, величина якоспіввісно внутрішньої поверхні обойми за допомого визначається по відомих залежностях: гою кульових поясів сфери, винесених за межі (4) DR0 = R0 × Dt × 11/ 106 , мм напівциліндричних пазів і роликів, стало можливим виключити зсув центра шарніра при зношуванні де Dt C - очікувана різниця температур охопповерхні роликів і полуциліндричних пазів. Крім люваних і охоплюючи х деталей. того, виконання діаметра сфери D втулки і висоти За рахунком гарантованого теплового зазору й поясів h деталей, що центруються, по запропоновідхилень вала й отвору по h8/H8, діаметр окружваним формулам (2) і (3) забезпечує тривалу праності розташування центрів пазів, які розточують в цездатність шарніра. обоймі (Dсо) і в головці (Dcг) (Фіг.2) шарніра виТехнічне рішення, що заявляється, невідомо з значається по вираженню: рівня техніки й тому воно є новим. (5) Dco = 2·(R 0 - e + D R0)+h8, мм Корисна модель, що заявляється, промислове застосована, тому що її технологічне й технічне (6) Dcв = 2·(Ro - e - D R0) - H8, мм виконання не представляє труднощів. По цьому де h8, H8 - відхил розмірів по 8 квалітету. технічному рішенню виконаний проект привода Істотно на працездатність і термін служби унізгортної машини, трубозварювального агрегату версального роликового шарніра впливає діаметр Харцизського трубного заводу. сфери втулки D (Фіг.1). Досвід експлуатації ролиТаким чином, технічному рішенню, що заявлякових шпинделів показав, що в роликовому шарніється може представлятися правова охорона, торі повинен працювати тільки один силовий ланцюг: му що воно є новим і промислове застосовно, тобобойма-ролик-втулка. Між розточенням обойми 2 і то відповідає критеріям корисної моделі. сферою D втулки 1 необхідний зазор рівний макТехнічне рішення пояснюється кресленнями, симальному діаметральному зазору в ланцюзі на яких зображені: обойма-ролики-втулка, або більше. Фіг.1 - загальний вид; Разом з тим необхідно забезпечити постійний Фіг.2 - розріз А-А по Фіг.1; кінематичний зв'язок втулки й обойми. Для цього в Фіг.3 - поздовжній профіль ролика; конструкції обойми, як відзначалося вище, устаноФіг.4 - схема напруження ролика. влені відповідні сферичні кільця 5, 6 й 7 (Фіг.1), які Роликовий шарнір універсального шпинделя забезпечують рівномірний зазор по ділильному (Фіг.1) включає сферичну втулк у 1, обойму 2, надіаметру установки роликів. Це дозволяє визначисаджену на вал 3 приводного пристрою. Між втулти вільний кут контакту j у кінематичному ланцюзі кою 1 й обоймою 2 у нарізаних на них напівциліндроликового шарніра. Вільний кут контакту j між ричних пазах установлені бочкуваті ролики 4 із центром паза обойми й лінією точок торкання похвостовиками для передачі крутного моменту від перечного переріза ролика (Фіг.4) визначається по обойми до втулки й навпаки. Сферична втулка 1 й формулі: обойма 2 сполучені між собою по сферичних контактних поверхнях сфери D через сферичні кільця æ Z ö j = arccosç 1 (7) ÷, 5, 6, 7. Кільце 5, що обмежує осьовий зсув роликів 4A ø è 4 убік обойми, жорстко встановлено на втулку 1 і де z - діаметральний зазор, мм; контактує з кільцем 6, яке установлено в обоймі 2. А - відстань між осями розточень по лінії силоКільце 7 установлене в кришці 8, зафіксованої в вого контакту Р, мм обоймі за допомогою байонетового з'єднання. Для ær ö ущільнення кришки 8 використається гумовий A = ç c - 1÷ × 2r 0 (8) çr ÷ шнур 9. Для виключення проворота кришки 8 щодо è 0 ø обойми 2 у прорізі встановлені фіксатори 10, які де rc - радіус напівциліндричних пазів, мм; кріпляться упорами 11. Фігурна кришка 12 закріпr0 - радіус центрального перерізу ролика, мм. лена болтами 13 на торці кришки 8. У кільцевій При куті j рівному 48-70° (Фіг.4) відстань від проточці фігурної кришки 12 установлене ущільдіаметра початкової окружності до точки контакту нення 14, що контактує, як зі сферою D втулки 1, ролика з напівциліндричним пазом обойми стано 7 21410 8 вить h1 = r0cos(48...70)=(1/3...2/3)r0 . шпинделя прокатного стана» [Техніка машинобуОбстеження силових деталей роликових шпидування 1996 №2(8) с. 86-88, і також патент Росії нделів показали, що пляма контакту в напівцилін№2089308] і визначимо f-постійну величину, що є дричних пазах обойми має витягнуту форму доввідстанню між центром шарніра з ділильною окружиною до (0,7...0,8) довжини роликів, шириною до жністю R0 і центром радіуса кривизни в торцевому 1/3 радіуса середнього перерізу ролика (1/3 r0), а перерізі ролика й дорівнює середина плями контакту перебуває на середині a l - 2R 0 sin глибини напівциліндричних пазів. 2, f= (9) Центрування обойми щодо втулки виконано a sin a × cos кульовими поясами сфери, винесеними за межі 2 напівциліндричних пазів і роликів. Висота кульових де l - половина довжини ролика, мм. При запоясів не повинна бути менше зазначеної величиданих, наприклад, r0 = 37,5мм, R0 = 280мм і напівни при повороті від - a до + a . Початок відліку довжині ролика l = 75мм і необхідного по роботі визначається кутом розташування перерізу більряду максимальних кутах нахилу (15°,12°, 9°, 6°, шого радіуса основи сфери b (Фіг.1). 4)° значення f та е наведені в табл. 1: Для визначення максимального кута нахилу універсального шарніра скористаємося методикою описаної в статті «Синтез шарніра роликового Таблиця 1 Необхідний кут a f е 15° 39,59 2,09 12° 79,62 2,503 Розрахунки показали, що при заданих параметрах ділильної окружності універсального шарніра R0 = 280мм, напівдовжині роликів l =75мм і f = 0 кут нахилу обойми 2 до втулки 1 дорівнює 15,39°. При інших параметрах R0 і l значення розрахункового кута нахилу а відрізняється, але його величина буде близької до 15°. Таким чином, пропоноване технічне рішення застосовується при кутах нахилу a до 15°. Універсальний шарнір працює таким чином. При роботі в діапазоні кутів нахилу ±a між провідними й головними деталями 1, 2 й 3 бочкуваті ролики 4 нахиляються щодо своєї поздовжньої осі на кут a /2 (Фіг.3). З обліком цього вибирається вільний хід роликів щодо поздовжньої осі, але при діаметрі роликів у межах 60мм хід дорівнює не більше 1,2...1,5мм. У результаті чого, ролики 4 утримуються від осьового зсуву відносно бисектральній площині, що відповідає куту на хилу a . Крім того, при роботі універсального роликового шарніра в режимі нахилу, завдяки сферичному 9° 252,21 2,35 6° 517,22 1,13 4° 795,48 -1,9663 сполученню втулки 1 і кільця 7, а також сполученню кілець 5 й 6, вісь шарніра залишається постійною, як і радіальний зазор у силовому ланцюзі: втулка - ролик - обойма. Все це забезпечує рівномірне напруження роликів по окружності зачеплення, поки сумарне зношування сферичної поверхні тертя на втулки 1, кільцях 5, 6 й 7 не вийде за граничні розміри. Термін служби деталей з поверхнями тертя істотно збільшився при застосуванні металоплакируючого змащення, яке накачують через один з отворів, вигвинтивши пробки 16. Після заповнення мастильної порожнини пробки 16 загвинчують. Із усього вище описаного видно, що запропонована конструкція універсального шарніра дозволяє збільшити кут нахилу a до 15°, забезпечує рівномірний зазор між силовими елементами «пази - ролик» та їхнє рівномірне зношування, що забезпечить підвищення працездатності шарніра, довговічності, надійності усього встаткування. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 21410 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601