Роликовий шарнір універсального шпинделя

Реферат: Роликовий шарнір універсального шпинделя містить обойму, сферичну головку, бочкоподібні ролики, які розміщені в напівциліндричних пазах обойми та сферичної головки та які дотичні до допоміжних базових поверхонь обойми Dбо і сферичної головки Dбг , взаємопов’язаних з діаметром ділильного кола шарніра 2R, а силовий ланцюг: напівциліндричні пази обойми бочкоподібні ролики - напівциліндричні пази сферичної головки, знаходиться на лінії вільного кута контакту  шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення  п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми. Величина проміжку роликового зачеплення  п залежить від величини тангенціального проміжку R та параметра роликового зачеплення r . UA 122399 U (12) UA 122399 U UA 122399 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 RU 2089308), що містить бочкуваті ролики, обойму й головку, 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 головки сфери. Однак відомий аналог має суттєвий недолік, а саме виключає радіальний проміжок між внутрішньою поверхнею обойми та центральною сферою головки, що ставить під сумнів можливість втілення кута вільного контакту в силовому ланцюзі: півциліндричний паз обойми максимальний переріз ролика - півциліндричний паз головки. У відомому аналогу приведені два приклади можливого втілення для роликового шарніра шпинделя чистової кліті стану 2000 гарячого вальцювання, а саме: для R=280 мм, rо=37,5 мм, для кутів нахилу 1,5° та 12°. Рекомендовані розрахункові величини rр=37,546 мм для α=1,5° та rр=41,125 мм для α=12°. Для першого прикладу при α/2=0,75°, rр=37,546 мм та rо=37,5 мм розрахункові величини  0 =0,04996 мм, А=0,0854 при цьому φ=65,48° може бути реалізований, коли буде забезпечено радіальний проміжок передачі R на рівні 0,18…0,21 мм та відповідне тангенціальне переміщення обойми та головки на рівні 0,60….0,65 мм на радіусі ділильного кола. Для другого прикладу при α/2=6°, rр=41,125 мм та rо=37,5 мм розрахункові величини  0 =3,3984 мм, А=7,25 при цьому φ=57,9° не може бути втілений в реальному роликовому шарнірі, оскільки розрахункова величина R перевищує 3300 мм. Також відомий шарнір шпинделя прокатного стану (патент RU №2067036), згідно з яким була виготовлена дослідна партія роликових шпинделів з роликовими шарнірами для стану 2000 з такими параметрами: R=280 мм, rр=38 мм та rо=37,5 мм, =1,5° при діаметральному зазорі 0.18…0.21 мм, тангенціальному зазорі  0 =0,3068 мм, умовній діагоналі передачі А=1 мм, фактичному куту вільного контакту по виконаним розмірам =60°(cos=0.49800…0.50326). Обстеження дослідних шпинделів показало, що температура зовнішньої поверхні обойми перевищувала 60…70° особливо на стороні робочої кліті, де порожнина роликів заповнювалась окалиною через вади ущільнювальної камери, а величина кута вільного контакту =58-60° була оптимальною, оскільки плече реактивних сил на ролики R x sin 60° = R х 0,866 - максимально можливе, а сам кут =60° < 72° - граничного кута. Найближчим аналогом є шарнір універсального шпинделя (патент UA 74825). Роликовий шарнір універсального шпинделя містить обойму, сферичну головку, бочкуваті ролики, розміщені в півциліндричних пазах обойми й головки, які дотичні до допоміжних базових поверхів обойми Dбо та сферичної головки Dбг взаємно пов'язаних з діаметром ділильного кола 2R. А силовий ланцюг: напівциліндричні пази обойми - бочкоподібні ролики напівциліндричні пази сферичної головки, знаходиться на лінії вільного кута контакту ᵠ шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми. У найближчому аналогу усунуті деякі недоліки попереднього рішення, а саме силовий ланцюг і напівциліндричні пази обойми-ролики-напівциліндричні пази головки знаходяться на лінії вільного кута контакту  шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми. Але величина проміжку роликового зачеплення враховує тільки величину діаметрального проміжку з урахуванням різниці температур нагріву обойми та сферичної головки, що веде до суттєвого недоліку, а саме відсутній вплив параметрів роликового зачеплення на величину проміжку роликової передачі. Другий недолік полягає в тому, що величина максимального перерізу бочки ролика r0 не визначена, а це означає, що величина відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми також не визначена. Все це не дає можливості визначити величину кута вільного контакту, величину реактивних сил на ролик при фіксованому технологічному навантаженні в вигляді крутного момента універсального шпинделя та обрахувати і підвищити довговічність обладнання головної лінії прокатного стану. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення довговічності обладнання головної лінії прокатного стану. Ця задача вирішується за рахунок технічного результату, який полягає в оптимізації величини кута вільного контакту та плеча реактивних сил на ролики, оптимізації величини проміжку роликового шарніра та величини максимального перерізу бочки ролика, що підвищує експлуатаційну надійність головної лінії прокатного стану. 1 UA 122399 U Поставлена задача вирішується тим, що в роликовому шарнірі універсального шпинделя, що містить обойму, сферичну головку, бочкоподібні ролики, які розміщені в напівциліндричних пазах обойми та сферичної головки та які дотичні до допоміжних базових поверхів обойми Dбо і 5 10 15 сферичної головки Dбг , взаємопов'язаних з діаметром ділильного кола шарніра 2R, а силовий ланцюг: напівциліндричні пази обойми - бочкоподібні ролики - напівциліндричні пази сферичної головки, знаходиться на лінії вільного кута контакту  шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми, згідно з корисною моделлю, величина проміжку роликового зачеплення п залежить r від величини тангенціального проміжку R та параметра роликового зачеплення  і визначається по формулі:    1  п  R  r    1 ,     cos  2   де R - величина тангенціального проміжку роликового зачеплення R - збільшення радіуса ділильного кола за рахунок різниці температури обойми та сферичної головки; r - радіус напівциліндричних пазів обойми та сферичної головки;  - максимальний кут нахилу деталей шарніра; крім того величина радіуса максимального перерізу бочки ролика ro визначається по формулі: ro  r  п 20 25 30 35 . У результаті порівняльного аналізу пропонованого роликового шарніра універсального шпинделя із найближчим аналогом встановлено, що вони мають наступні загальні ознаки: обойма, сферична головка, бочкоподібні ролики, які розміщені в напівциліндричних пазах обойми та сферичної головки D бо і сферичної головки Dбг , та які дотичні до допоміжних базових поверхонь обойми взаємопов'язані з діаметром ділильного кола шарніра 2R, силовий ланцюг: напівциліндричні пази обойми - бочкоподібні ролики - напівциліндричні пази сферичної головки, знаходиться на лінії вільного кута контакту  шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення  п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки та обойми а також відмінні ознаки: величина проміжку роликового зачеплення п залежить від величини тангенціального проміжку R та параметра роликового зачеплення rр і визначається по формулі:    1   п  R  r   1 ,     cos  2   де R - величина тангенціального проміжку роликового зачеплення R - збільшення радіуса ділильного кола за рахунок різниці температури обойми та сферичної головки; r - радіус напівциліндричних пазів обойми та сферичної головки;  - максимальний кут нахилу деталей шарніра; 40 крім того величина радіуса максимального перерізу бочки ролика ro визначається по r  r  п формулі: o  . Таким чином, запропонований роликовий шарнір універсального шпинделя має нове конструктивне виконання вузлів і деталей, нові зв'язки вузлів і деталей і нове розташування їх один відносно одного. 2 UA 122399 U Завдяки тому, що величина проміжку роликового зачеплення п залежить від величини r тангенціального проміжку R та параметра роликового зачеплення  і визначається по формулі: 5 10 15 20 25 30 35 40    1  п  R  r    1 ,  cos     2   де R - величина тангенціального проміжку роликового зачеплення R - збільшення радіуса ділильного кола за рахунок різниці температури обойми та сферичної головки; r - радіус напівциліндричних пазів обойми та сферичної головки;  - максимальний кут нахилу деталей шарніра, стало можливим розширити діапазон використання роликових шарнірів універсальних шпинделів до кутів нахилу 10-12 та більше, та розширити галузь використання. Завдяки тому, що величина радіуса максимального перерізу бочки ролика r0 визначається r по формулі: r0=  - п , стало можливим урахувати в величині r0 як конструктивні так і технологічні вимоги та забезпечити експлуатаційні вимоги відносно надійності та довговічності. Таким чином корисній моделі може представлятися правова охорона, тому що вона є новою і промислово застосовною, тобто відповідає критеріям корисної моделі. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких показано: Фіг. 1 - роликовий шарнір універсального шпинделя; Фіг. 2 - А-А по фіг. 1; Роликовий шарнір універсального шпинделя містить обойму 1(D2), сферичну головку 2 (D1), бочкоподібні ролики 3, які розміщені в напівциліндричних пазах 4 обойми та пазах 5 сферичної головки, які дотичні до допоміжних базових поверхонь обойми Dбо 6 і допоміжних базових поверхонь сферичної головки Dбг 7, взаємопов'язаних з діаметром ділильного кола 8 шарніра 2R. Силовий ланцюг: напівциліндричні пази 4 обойми 1 - бочкоподібні ролики 2 напівциліндричні пази 5 сферичної головки 2, знаходиться на лінії вільного кута 9 контакту  10. Відстані 11 між центрами напівциліндричних пазів 5 сферичної головки та пазів 4 обойми віднесена до радіуса ділильного є проміжком роликового зачеплення п 12, а радіус напівциліндричних пазів rр 13 та радіус максимального перерізу бочки ролика r0 14 знаходяться на лінії вільного кута 9 Обойма 1 за допомогою вкладів 15 та кришки 16 центрує сферичні втулки 17, які закріплені на сферичній головці 2, яка сполучена з валом 18 за допомогою шліців 19. Роликовий шарнір універсального шпинделя працює наступним чином. Крутний момент від вала 18 шпинделя через шліцьове сполучення 19 передається на сферичну головку 2, пази 5 далі через бочкоподібні ролики 3, які контактують з напівциліндричними пазами 4 обойми 1 згідно з силовим ланцюгом, показаним на фіг. 2. Бочкоподібні ролики 3 відносно напівциліндричних пазів 4 й 5 розміщуються так, що між силовою лінією і площиною максимального нахилу шпинделя знаходиться кут вільного контакту  (10 фіг. 2). Дослідження роликових шарнірів на предмет залежності максимального радіуса ролика r0 r осі його симетрії від розміру напівциліндричного паза зубчатих колес  було встановлено, що    1  ro  r  rp    1  o ,  cos     2   (1)  - максимальний кут нахилу сферичної головки відносно обойми роликового шарніра, або сумарний кут нахилу напівциліндричних пазів зубчатих колес; o - незмінна частина проміжку передачі, яка залежить тільки величини радіуса ділильного кола та різниці температур в зоні контакту відносно температури приміщення. 3 UA 122399 U    1  rp    1  cos     2   залежить від параметрів роликового зачеплення r та cos. Друга частина Якщо залежність (1) записати як 5    1  ro  r  (rp    1  o)  п ,  cos     2   тоді сума правої частини є проміжком роликової передачі п . Незмінна частина o проміжку передачі п роликового зачеплення вираховується як: o  R  t   11 / 10 6 . c . . . 6 При R=250 мм виходить o =3,1416 250 50 11/10 =0,432;  = 3,1416 - постійна математична величина перетворює радіальний проміжок в тангенціальний; 10  R - радіус (умовний) ділильного кола шарніра 2R; t c =50 °C; 6 11/10 - коефіцієнт лінійного розширення. Перемінна частина проміжку передачі визначається як:    1    r    1 ,  cos     2   наприклад для стану 1700 при =8°; r R=250 мм;  =30 мм. 15 20 25 30 35  1    30    1  0,073     cos 4  . п = o +  =0,505 мм, то приймаємо 0,5. Проміжок передачі Величина радіуса максимального перерізу бочки ролика ro  r  п ro =30-0,5=29,5 мм. Згідно з умовою замикання силового ланцюга кута вільного контакту 2r  2ro  A  0, де A - умовна діагональ кута вільного контакту. A  2r  2ro  2  30  2  29,5  1мм n     arccos1   A .  Згідно з Фіг. 2 кут вільного контакту визначається як де A - умовна діагональ кута вільного контакту, відстань між центрами напівциліндричних пазів обойми та сферичної головки; п - величина проміжку передачі. Так для стану 1700 г.п. приймається п =0,5 мм A =1 мм.  0,5    arccos1    60 1   . Величина кута вільного контакту φ=60° є оптимальною величиною, так як плече реактивних . . сил Рφ вираховується як R sіn тобто 250 0,866=216,5 мм, а відносно принятого граничного кута рівного 72° маємо запас по відстані до кромки, як в обоймі, так й в сферичній головці. Згідно з Фіг. 2, проміжок передачі п є проекцією на площину, дотичну до радіуса ділильного кола відстані 11 (А) між центрами напівциліндричних пазів сферичної головки 2 та обойми 1 (11), тобто: 4 UA 122399 U 5 10 15 20 25 30 n  1  cos , A де φ - кут вільного контакту. Позитивна якість прогнозованого кута вільного контакту в тому, що при пружній деформації обойми Z від реактивних сил, яка буде меньше величини п - проміжку передачі роликового зачеплення, величина кута  вільного контакту не буде змінюватись, не буде змінюватися і . плече R sіn реактивних сил Рφ. Для прикладу технічна пропозиція для стану 1700 г.п. При крутному моменті на один шпиндель 1500 кНм реактивні сили на ролик визначаються: M  Ka P  n  R  sin  , де М=1500 кНм; Ка=1,5 - динамічний коефіцієнт зовнішнього навантаження, n=17 кількість роликів в шарнірі; sin60°=0,866; R=0,25 м; 1500  15 , P   611,33 кН. 17  0,25  0,866 Якщо крутний момент зменшується наприклад до 1200 кНм, сила Рφ - зменшується до Рφ=489 кНм. Пружна деформація обойми при Рφ=489 кНм очікується на рівні 0,205 мм, а величина кута φ' = 37,34°, sinφ'=0,607. При величині крутного моменту 1200 кНм, при куті φ'=37,34° і sirφ'=0,607 величина реактивних сил на ролик очікується: 1200  15 ,  P   697,7 кН. 17  0,25  0,667 При величіні крутного моменту 1500кНм величина реактивних сил на ролик збільшиться до Рφ’’=872,125кН. Величина кута вільного контакту φ=60° забезпечує оптимальну величину реактивних сил Рφ на ролик, що зменшує контактні напруги між роликами та відповідними напівциліндричними пазами обойми та сферичної головки, що в свою чергу забезпечує надійність та довговічність роликів шарнірів універсальних шпинделів та експлуатаційну надійність головної лінії прокатного стану. З вище приведеного видно, що виконання роликового шарніра універсального шпинделя згідно з формулою корисної моделі дозволить підвищити експлуатаційну надійність головної лінії прокатного стану за рахунок рівномірного навантаження універсальних шпинделів та збільшення їх довговічності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Роликовий шарнір універсального шпинделя, що містить обойму, сферичну головку, бочкоподібні ролики, які розміщені в напівциліндричних пазах обойми та сферичної головки та які дотичні до допоміжних базових поверхонь обойми Dбо і сферичної головки Dбг , взаємопов’язаних з діаметром ділильного кола шарніра 2R, а силовий ланцюг: напівциліндричні пази обойми - бочкоподібні ролики - напівциліндричні пази сферичної головки, знаходиться на лінії вільного кута контакту  шарніра, який залежить від проміжку роликового зачеплення  п та відстані між центрами напівциліндричних пазів сферичної голівки та обойми, який відрізняється тим, що величина проміжку роликового зачеплення  п залежить від величини тангенціального проміжку R та параметра роликового зачеплення r і визначається по формулі: 45    1  п  R  r    1 ,     cos  2   де R - величина тангенціального проміжку роликового зачеплення; R - збільшення радіуса ділильного кола за рахунок різниці температури обойми та сферичної головки; 5 UA 122399 U r - радіус напівциліндричних пазів обойми та сферичної головки;  - максимальний кут нахилу деталей шарніра; крім того величина радіуса максимального перерізу бочки ролика ro визначається по формулі: ro  r  п . Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6