Роликовий шарнір універсального шпинделя

Реферат: Роликовий шарнір універсального шпинделя містить центрувальну муфту, сферичну втулку, бочкуваті ролики, розміщені в напівциліндричних пазах муфти й втулки, сферичні вкладні, встановлені в муфті й усередині упорного корпуса, у якому встановлена ущільнювальна кришка, та вал шпинделя. Сферична втулка обладнана двома сферичними сегментами, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра, взаємодіючи з торцями роликів. Величина радіуса сфери втулки, сферичних сегментів і сферичних вкладнів дорівнює радіусу R ділильного кола шарніра. Довжина Lнпм напівциліндричних пазів муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L . Вільна поверхня ущільнювальної кришки виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка індикатора тангенціального переміщення. UA 105627 U (54) РОЛИКОВИЙ ШАРНІР УНІВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ UA 105627 U UA 105627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до прокатного виробництва й може бути використана як універсальний шарнір шпинделя прокатного стану. Відомий шарнір універсального шпинделя прокатного стану (патент України № 21410, МПК В21В35/14), що містить бочкуваті ролики, обойму й втулку, у яких радіуси півциліндричних пазів виконані більше радіуса середнього перетину роликів, а центри півциліндричних пазів зміщені відносно ділильної кола до центру шарніра в обоймі й від центру шарніра у втулці. Обойма відцентрована відносно втулки по сфері. Центрування обойми відносно втулки виконане кульовими поясами сфери, винесеними за межі півциліндричних пазів і роликів. Однак відоме технічне рішення не забезпечує широкий діапазон кутів нахилу для універсальних шпинделів, у яких відношення діаметра d сполучного вала до діаметра D ділильного кола перевищує величину d / 2R  0,4 d. Також відоме технічне рішення (патент України №56660) по ущільненню порожнини роликового шарніра з діаметром сфери більше, ніж діаметр ділильного кола шарніра. Роликовий шарнір, що містить головку й обойму, з'єднані між собою сферичними поверхнями, у яких у півциліндричних пазах установлені бочкоподібні ролики, ущільнення з герметизуючим корпусом й кришку. Корпус та кришка виконані з конічними твірними й встановлені в торці обойми з утворенням торцевого зазору між ними й радіального - між конічними поверхнями, у зоні якого на сферичній поверхні головки розміщене ущільнення з можливістю радіального переміщення до осі шарніра. При куті конустності 90° кут примикання рівний 45°, а величина радіального зазору становить 0,6-0,8 торцевого зазору, при цьому відношення діаметра d сполучного вала до діаметра D сфери складає d / D  0,5 . Це рішення поліпшує роботу шпинделя, однак для відношення d / D  0,5 не збільшує діапазон кутів перекосу. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим як прототип є шарнір універсального шпинделя прокатного стану (патент України № 74825 МПК В21В35/14). Роликовий шарнір універсального шпинделя має муфту, що центрує, сферичну втулку, бочкуваті ролики, розміщені в півциліндричних пазах муфти й втулки, сферичні вкладні, установлені в муфті й усередині корпуса, у якому встановлена кришка ущільнення, вал шпинделя й шліцьове з'єднання. У порівнянні з аналогами у відомому технічному рішенні відношення діаметра шліців до діаметра сфери перевищує величину 0,6, що забезпечує збільшення переданих шарніром крутних моментів. Однак є недоліки, які полягають у тому, що кут перекосу шарніра не перевищує 5°, що виключає його застосування при великих кутах перекосу в прокатних стану (наприклад від 6° до 8°). В основу корисної моделі поставлена задача - розширення технологічних можливостей устаткування з універсальними шпинделями з роликовими шарнірами, пов'язаних із забезпеченням збільшення обтиснення в робочих клітях і підвищенням продуктивності прокатного стану в цілому. Це завдання вирішується за рахунок технічного результату, який полягає в збільшенні кута нахилу шарніра универсального шпинделя. Поставлена задача вирішується тим, що роликовий шарнір універсального шпинделя, що містить центрувальну муфту, сферичну втулку, бочкоподібні ролики, розміщені в півциліндричних пазах муфти й втулки, сферичні вкладні, встановлені в муфті й усередині упорного корпуса, у якому встановлена ущільнювальна кришка, та вал шпинделя, згідно з корисною моделлю, сферична втулка обладнана двома сферичними сегментами, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра, взаємодіючи з торцями роликів, крім того, величина радіуса сфери втулки, сферичних сегментіві сферичних вкладнів дорівнюється радіусу R ділильного кола шарніра, при цьому довжина L нпм півциліндричних пазів муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L , де R - радіус ділильного кола шарніра, мм; rmin - радіус бочкуватого ролика на торці, мм;  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус; L - довжина бочкуватого ролика, мм, крім того, вільна поверхня ущільнювальної кришки виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка індикатора тангенціального переміщення. У результаті порівняльного аналізу пропонованого роликового шарніра універсального шпинделя із прототипом установлене, що вони мають наступні загальні ознаки: центрувальна муфта, 1 UA 105627 U 5 10 сферична втулка, бочкуваті ролики, розміщені в півциліндричних пазах муфти й втулки, сферичні вкладні, установлені в муфті й усередині упорного корпуса, у якому встановлена ущільнювальна кришка, вал шпинделя, а також відмітні ознаки: сферична втулка обладнана двома сферичними сегментами, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра й взаємодіючі з торцями роликів; величина радіуса сфери втулки, сферичних сегментів і сферичних вкладнів дорівнює радіусу R ділильного кола шарніра; довжина L нпм напівциліндричних пазів муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L , де R - радіус ділильного кола шарніра, мм; rmin - радіус бочкуватого ролика на торці, мм; 15 20 25 30  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус; L - довжина бочкуватого ролика, мм, вільна поверхня ущільнювальної кришки виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка індикатора тангенціального переміщення. Таким чином, запропонований роликовий шарнір універсального шпинделя має нові деталі й нове конструктивне виконання деталей, нові зв'язки між деталями, а також нове розміщення їх відносно один одного. Між відмітними ознаками й технічним результатом, який досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок. Завдяки тому, що сферична втулка обладнана двома сферичними сегментами, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра, взаємодіючи з торцями роликів, положення роликів шарніра зафіксовано відносно осі шарніра, максимальне кутове переміщення центру ролика відповідає максимальному куту нахилу шпинделя. Завдяки тому, що величина радіуса сфери втулки, сферичних сегментів і сферичних вкладнів дорівнюється радіусу R ділильного кола шарніра, стало можливим центру бочкуватого ролика переміщатися по радіусу сфери рівної радіусу ділильного кола шарніра. Завдяки тому, що довжина L нпм півциліндричних пазів муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L , де R - радіус ділильного кола шарніра, мм; rmin - радіус бочкуватого ролика на торці, мм; 35 40 45 50 55  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус; L - довжина бочкуватого ролика, то довжина півциліндричних пазів забезпечує поворот сфери на заданий кут нахилу шарніра. Завдяки тому, що вільна поверхня ущільнювальної кришки виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка індикатора тангенціального переміщення, стало можливим забезпечувати заданий кут нахилу шпинделя й при цьому стрілка на кришці подає інформацію по індикатору про величину зношування елементів шарніра й виключає демонтаж шарніра для ревізії зношених силових елементів, що скорочує час простоїв і підвищує продуктивність. Виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення технічного результату. Технічне рішення, яке заявляється, невідомо з рівня техніки й тому воно є новим. Технічне рішення, яке заявляється, промислово застосовано, тому що його технологічне й технічне виконання не викликає складностей в умовах НКМЗ. Таким чином технічному рішенню, що заявляється, може представлятися правова охорона, тому що воно є новим і промислово застосовано, тобто відповідає критеріям корисної моделі. Технічне рішення пояснюється кресленнями, на якому зображені: фіг. 1 - загальний вигляд роликового шарніра універсального шпинделя; фіг. 2 - розріз А-А по фіг. 1 Роликовий шарнір універсального шпинделя містить центрувальну муфту 1, яка є несучої силовою деталлю, а її внутрішній діаметр визначає радіус R ділильного кола шарніра, що у свою чергу, визначає зовнішній радіус сферичної втулки 2 (фіг. 1). Бочкуваті ролики 3 розміщені в півциліндричних пазах 4 центрувальної муфти і в пазах 5 сферичної втулки 2 (фіг. 2). Півциліндричні пази 4 і 5 виконуються інструментом одиничного розподілу на тих самих верстатах, але з головною вимогою забезпечення рівності кроків півциліндричних пазів. 2 UA 105627 U Максимальний радіус r0 бочкуватого ролика 3 у його центральному перерізі менше радіуса розточення півциліндричних пазів 4 і 5 на величину радіального зазору передачі. Мінімальний радіус rmin ролика 3 на його торці може бути визначений як rmin  r0  L / 2 tg  / 2 r0 - радіус ролика в його центральному перерізі, мм 5  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус. Довжина L нпм півциліндричних пазів 4 муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L , де R - радіус ділильної кола шарніра, мм; rmin - радіус бочкуватого ролика на торці, мм; 10 15 20 25 30 35 40 45  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус; L - довжина бочкуватого ролика, мм. Сферичні вкладні 6 установлені в муфті 1 і усередині упорного корпуса 7 і центрують сферичну втулку 2 відносно муфти 1, у площині максимальних кутів нахилу шарніра допускається зменшення довжини контакту на 1/2 довжини максимальної дуги контакту сполучених поверхонь сфери й вкладня. Сферична втулка 2 обладнана двома сферичними сегментами 8, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра й взаємодіють із торцями роликів 3. В упорному корпусі 7 установлена ущільнювальна кришка 9, у якої вільна поверхня виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка 10 індикатора тангенціального переміщення. Вал шпинделя 11 через шліцьове з'єднання 12 взаємодіє зі сферичною втулкою 2. Роликовий шарнір універсального шпинделя працює наступним чином. Крутний момент від вала 11 шпинделя через шліцьове з'єднання 12 передається на втулку 2 через півциліндричні пази 5 розподіляється по бочкуватим роликам 3 і далі передається на півциліндричні пази 4 муфти 1, де крутний момент підсумовується й передається на хвостовик робочого валка. Коли сферична втулка 2 перебуває в співвісному положенні з муфтою 1 крутний момент передається середньою частиною бочкуватих роликів 3. У середній частині радіуса ролика з урахуванням зазору передачі приймається радіус 29,7 мм при цьому rmin  r0  L / 2tg  / 2  25,52 мм . При цьому радіус кривизни твірної на останній ділянці по довжині ролика дорівнює 4473 мм, у той час як на першій ділянці радіус кривизни дорівнює радіусу R ділильного кола. Інші радіуси по ділянках довжини ролика визначаються ітераційним методом на основі інженерної методики розрахунків параметрів неевольвентного (роликового) зачеплення. Дослідження контактних напруг числовими методами показують, що середні контактні напруги на напівдовжині ролика не перевищують при максимальному куті нахилу шпинделя 8° значення 940 Мпа при передачі номінального крутного моменту 900 МНм із обліком підвищувальних навантаження коефіцієнтів. Середні еквівалентні контактні напруги трьох суміжних найбільш навантажених ділянок по довжині ролика становлять 1600 МПа. Якщо в площині кута нахилу роликового шарніра навантажена ліва верхня напівдовжина ролика 3, то в нижньому ролику навантажена його права сторона, таким чином за одне обертання шарніра відбувається дві зміни напруження. Ролики в проміжних положеннях мають переміщувані навантаження по довжині ролика від одного торця до іншого. Залежність для визначення довжини півциліндричних пазів 4 муфти дозволяє розв'язати завдання по визначенню L нпм для заданих параметрів (  8,L  120мм) , а також для інших значень кутів нахилу та довжини роликів Lнпм  2(R  rmin ) sin   L  200мм . А також вирішується завдання визначення кута нахилу шарніра, якщо використовується ролик довжиною не 120 мм, а наприклад 110 мм sin  x  (200  110) / 2 (R  rmin )  0,15 50  x  8,91 . Із усього вищеприведеного видно, що виконання конструкції роликового шарніра універсального шпинделя згідно з формулою корисної моделі дозволить розширити діапазон використання шарніра для важконапружених універсальних шпинделів. 3 UA 105627 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Роликовий шарнір універсального шпинделя, що містить центрувальну муфту, сферичну втулку, бочкуваті ролики, розміщені в півциліндричних пазах муфти й втулки, сферичні вкладні, встановлені в муфті й усередині упорного корпуса, у якому встановлена ущільнювальна кришка, та вал шпинделя, який відрізняється тим, що сферична втулка обладнана двома сферичними сегментами, які жорстко встановлені на ній симетрично відносно осі шарніра, взаємодіючи з торцями роликів, крім того, величина радіуса сфери втулки, сферичних сегментів і сферичних вкладнів дорівнює радіусу R ділильного кола шарніра, при цьому довжина L нпм півциліндричних пазів муфти визначається по залежності: Lнпм  2(R  rmin ) sin   L , де: R - радіус ділильного кола шарніра, мм; rmin - радіус бочкуватого ролика на торці, мм;  - максимальний кут нахилу універсального шпинделя, градус; L - довжина бочкуватого ролика, мм, крім того, вільна поверхня ущільнювальної кришки виконана конічною, а на її фланцевій поверхні встановлена стрілка індикатора тангенціального переміщення. 4 UA 105627 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5