Шарнір універсального шпинделя

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а именно к шарнирным соединениям универсальных шпинделей главных линий приводов прокатных с т а н о в . Цель изобретения Изобретение относится к прокатному оборудованию, а именно к ыарнирным соединениям, универсальных шпинделей главных линий приводов прокатных с т а нов. Цель изобретения - повышение н а дежности, срока службы и нагрузочной способности. На фиг.1 изображен предложенный шарнир, общий в и д ; на фиг.2 - разрез А-А на ф и г . 1 ; на ф и г . З - положение р о лика в плоскости перекоса шарнира; на ф и г . 4 - вид эпюры контактных д а в л е ний в поперечном сечении ролика; 39-90 повышение надежности, срока службы и нагрузочной способности. Крутящий момент от втулки 2 к обойме 1 передается через бочкообразные р о лики 3 . Особенность конструкции з а ключается в выполнении концевых у ч а с т ков роликов в виде усеченных конусов, которые сопряжены своими большими основаниями с центральным б о ч к о о б р а з ным участком ролика. Образующие конусов сопряжены с образующей центральной части в его крайних точках по к а с а т е л ь н о й , а длину дуги центральной части определяют по зависимости. Длина оконцевых участков с о с т а в л я е т 0 , 4 1,0 наибольшего диаметра бочки ролика. а Это позволяет снизить контактные д а в - ® ления на концевых участках роликов, уменьшить их осевые габариты и улучшить распределение делений между роли- 5™ ками. 1 з . п , ф~лы, 7 и л . на фиг.5 - вид эпюр контактных давлений при асимметричном перекосе ролика относительно пазов в плоскости пе рекоса шарнира; на фиг.6 - положение элементов шарнира при его перекосе на предельный угол в плоскости перекоса; на фиг.7 - положение ролика в плоскости, перпендикулярной плоскости перекоса, при перекосе шарнира на предельный угол. Шарнир универсального шпинделя содержит обойму 1, втулку 2, соединенную с валом шпинделя. В цилиндрических пазах обоймы } и втулки 2 раз 1601873 момент М в = Р(1,- ]q) * возвращающий ролик в биссекторное положение, когда of, =o( z =oi/2. Очевидно, что Р ^ Р 2 = = Р и величинам М в пропорциональна разнице величины «\ и Ы.г. При воздействии изгибающего момента М w и перекосе на угол о6 м а | ( с , что имеет место, например, при поломке рабочих валков, происходит силовое замыкание внутри шарнира посредством контакта конических поверхностей концевых участков роликов 3 с пазами, как показано на фиг.6 в плоскости перекоса шарнирао "Пятно контакта" ролика 3 с пазами, учитывая малость ц£, будет близко по форме к прямоугольному, а эпюра контактных давлений в продольном сечении ролика будет близка к равРабочая поверхность роликов 3 сое- 20 номерной прямолинейной (эпюра II на фиг о 4 при положении для пазов 3-3 и тоит из трех участков. Центральный 4-4). участок является бочкообразным и образован дугой длиной Roi^aKc » где R На фиг,7 показано положение ролика радиус бочки в ее продольном сечении; З в пазах и эпюры контактных делений ^ макс" предельный угол перекоса шарни-25 в плоскости, перпендикулярной плосра. Концевые участки выполнены в виде кости перекоса., Прямыми 1-1 , 2-2 и усеченных конусов, расположенных сим3-3, 4-4 обозначены образующие пазов метрично относительно центрального втулки I и обоймы 2 в сечении, совучастка, обращенных к нему своими падающем с плоскостью разъема. Эпюры большими основаниями, образующие ко- зо контактных давлений в этом случае нусов касательны к образующей дуге также близки к равномерным, а "пятна центрального участка в ее крайних контакта" - к прямоугольным. Силовое точк ах, замыкание собственно в шарнире осу™ ществляется упором поверхностей паШарнир работает следующим образов в поверхности одного из концевых зом. 35 конусов роликов, расположенных в Вращение и крутящий момент от втул плоскости перекоса и в поверхности ки 2 к обойме 1 передаются через родвух концевых конусов роликов, раслики 3. положенных в плоскости, перпендикуПерекос шарнира на угол о сопроб лярной плоскости перекоса. В промевождается перекатыванием роликов 3 40 жуточных положениях при вращении шарпо пазам с перекосом относительно нира упор происходит в один или два каждого паза на угол ьі}2 (на фиг.З концевых конуса в зависимости от положение дна пазов 1 - 1 и 2 — 2 ) . близости к указанным плоскостям и Под нагрузкой "пятно контакта" бочточности изготовления роликов и пакообразной поверхности ролика 3 с 45 зов. цилиндрическими пазами имеет форму полуэллипса, эпюра контактных давлеЕсли длина дуги L, образующей бочний является куполообразной в продолькообразную поверхность центрального ном сечении ролика (эпюры I на участка роликов 3, больше Ко/най!, то фиг.З) и в поперечном сечении (см. 50 при перекосе на предельный расчетный угол odjwaxeHe достигается контакт пофиг,4) о Длина "пятна контакта" досверхностей пазов и концевых участков тигает 30-50% длины ролика 3. В слуроликов (аналогично положению дна чае асимметричного перекоса ролика пазов 1-1 и 2-2 на фиг о 3). Силового 3 относительно пазов обоймы 1 и втулзамыкания в шарнире не проходит. Дейки 2 (см. фиг,5), когда с*, >оС/2, 55 ствие изгибающего момента М восприниc ц о£z *>*•/2 или наоборот, одна из мает кольцо 7. Многократные повтореэпюр контактных делений удлиняется, ния воздействий М и приводят к смятию, увеличивая плечо If приложения равноразрушению кольца 7 и одновременно действующей Р,о При этом образуется мещены бочкообразные ролики 3, для осевой фиксации которых на втулке 2 установлены гайки 4. Обойма 1 через шток 5 и диск 6 подпружинена в осевом направлении относительно втулки 2. В цилиндрической выточке торцовой части обоймы 1 размещено байонетное кольцо 7, Крышка 8 укреплена на торце 'обоймы 1 и своими выступами фиксирует к) от проворота байонетное кольцо 7. Внутренние диаметры кольца 7 и крышки 8 назначаются из условия обеспечения свободного перекоса шарнира до предельного угла. Уплотнительное J5 устройство 9 удерживает смазку в полости шарнира. Выступы втулки 2, образованные пазами, снаружи выполнены бочкообразными. 5 1601873 торцовой части обоймы 1. Если длина т 0 дуги L меньше R^MCIKO силовое замиr макс= 0,418-Jq trкание в шарнире происходит при tft «'макс • В этом случае шарнир не обеспечивает _ . где г 2 требуемого угла перекоса о( і оі м&мс . dc Поэтому необходимо ot- ~ Rl w a K e с 2 Величина радиуса R бочки ролика в ее продольном сечении назначается Р г из условия обеспечения перекоса шар- JQ Е - 2-10 у Н/мм*. Во нира на угол о й о£МСхкс ( избежание Равнодействующая контактных давлений резких скачков контактных давлений Р (см. фиг.4) определяется кривизна ролика от величины R на М Р = центральном участке до R - со на 2(R~+ r~sin~fT)-coi7b ' концевых участках должна изменяться j ^ где М - передаваемый крутящий момент, плавно. Поэтому образующие концевых R - D o /2; р - Iw'6 - угол дейстучастков должны являться касательнывия Р; ми к образующей центрального участка D - диаметр окружности расположев точках сопряжений. ния центров пазов. Длина концевых участков 1 роликов 20 Давления на контакте центрального 3 назначается из условия равенства бочкообразного участка ролика с пазом контактных давлений на концевых и б- 0,245 центральном участках. При этом, ис-J- +S ї ходя из допустимых давлений, рассматгде г = d/2; ривается передача крутящего момента 25 R - радиус бочки ролика (см. концевыми участками для случая префиг.З); дельного перекоса Ы. =Ы/Л(Х)1_^ а центральП выбирается в зависимости от ными участками - для перекоса меньше отношения В/А; предельного Х< & Макс • А = 1/2 R; Расчеты давлений, выполненные для 30 В = 0,5(1/г - 1/г,). роликовых шпинделей различных прокатНаибольший диаметр бочки ролика ных станов при реальных нагрузках, d (см. фиг.З) и диаметр пазов d,, (см» угла перекоса и геометрических парафиг.4) определяют исходя из зазоров метрах шарниров, показали, что длина для обеспечения перекоса шарнира, 1 коьцевьіх участков и наибольший -., а также допустимых давлений на кондиаметр бочки d взаимосвязаны слетакте бочка ролика - паз. дующим образом: Пример расчета роликового шарнира 1 = (0,3-1,0)d. для шпинделя клетей № 6, 7 стана Приведем характерные параметры расчета для шарниров шпинделей, используемых в тяжелонагруженных приводах различных прокатных станов при крайних значениях соотношений l/da 2000 горячего проката, где передавае40 мый крутящий момент М = 10 Нм. Исходные данные: d = 79 мм, d % = 80 мм, D^= 570 мм, R - 460 мм, ы =3°. КШООООО и к н 2( 28 2( 28,5 + 40~0,5У-07866 д5 Выполним оценку давлений О", и G^ при 1 ^ = 0 , 3 d и I 2 = d Роликовые шпиндели предназначены для работы при перекосе шарниров до 5 . Угол наклона образующей концевых _ участков роликов (сма фиг.З) сос.тавляет половину этого угла. Поэтому без большой погрешности можно рассчи- 50 тывать контактные давления на концевых участках по формулам для цилиндрических тел, одним из которых является цилиндр длиной 1 диаметром dc, соответствующим среднему диаметру 55 конуса, а другим - паз втулки или обоймы диаметром d диаметры конусных участков = 78 мм, d?f4= 77 мм 0,9 кН/мм 1601873 Для данного примера давления на контакте бочка ролика - паз: A = 2,46 = 0,01087 I / C M J._ 3,95 " J -) 4 г = 0,00158 П = 0,838 для В/А • 0,1456, 3 = 0,245 0,838 Ц 189301 *4 1 і 10 ( ние элементов шарнира и главной л и нии привода. Указанные факторы способствуют повышению надежности в приводах повышенной мощности, обеспечивая снижение ремонтных и эксплуатационныхз а т р а т , простоев прокатных станов, 3 ^ 5 *Ю Ф о р м у л а , 2 ) 46 4 • = 1,5 кН/мм . Как видно (Cj^-G*,,), равнопрочными являются бочка ролика и его концевые участки при 1 = 0,4 d. t5 Аналогичные результаты по давлениям достигаются также при 1 = d. Предлагаемая конструкция шарнира позволяет снизить контактные давле20 ния на концевых участках роликов без увеличения их длины, что способ-, ствует уменьшению осевых габаритов и металлоемкости шарнира. .Самоустановка роликов в бисекторное положение приводят к снижению из проскальзыва- 25 ния относительно пазов, износа рабочих поверхностей, а также улучшению кинематических характеристик шарнира и распределения нагрузки от передаваемого крутящего момента между ро- 30 ликами. Ограничение угла перекоса внутри шарнира при действии внешнего изгибающего момента посредством равномерного распределения усилий между всеми роликами предотвращает разруше- 35 Фиг.1 8 и з о б р е т е н и я 1.Шарнир универсального шпинделя, включающий втулку и обойму, имеющие цилиндрические пазы, в которых размещены бочкообразные ролики, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, срока службы и нагрузочной способности, концевые участки каждого ролика выполнены в виде симметричных относительно центрального бочкообразного участка и обращенных к нему своими большими основаниями усеченных конусов, образующие которых касательны к образующей центрального участка в его крайних точках, при этом длина дуги образующей центрального участка р а в на Кодекс, где R - радиус образующей бочкообразной поверхности ролика; С^макс" предельный угол перекоса шарнира. 2.Шарнир по п , 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что концевые участки имеют длину ( 0 , 3 - 1 , 0 ) d , где d - наибольший диаметр бочки ролика. 601873 A-A Фаа.2 Фиг. 3 1601873 ФигМ 601873 /f7~77///// Ми Фиг 6 Фиг 7 Редактор А.Бер Составитель И.Зуев Техред л.Сердюкова Корректор С.Шевкун Заказ 3635/ДСП Тираж 232 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 *. . . ,