ЗУБЧАТЫЙ ШПИНДЕЛЬ ДЛЯ ПРИВОДА РАБОЧИХ ВАЛКОВ ПРОКАТНОГО СТАНА Российский патент 1996 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для привода валков прокатных станов.

Известен зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, содержащий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит обойму и две связанные с ней зубчатыми соединениями втулки, одна из которых установлена на валу валка, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения, сферическую головку с направляющим, закрепленным на валу шпинделя стержнем, а также шлицевое соединение, выполненное с внутренними зубьями на втулке и наружными на стержне шпинделя [1] Головка вводится во вторую втулку с помощью шлицевого соединения.

Недостатком данного шпинделя является снижение долговечности шпинделя вследствие биения в зубчатом соединении из-за несовмещенности центра сферической головки вала шпинделя с кинематическим центром зубчатого соединения, а также вследствие расположения сферической головки вне контакта с поверхностью отверстия втулки и выполнения шлицевого соединения, приводящих к ухудшению компенсирующей возможности шарнира при перекосе валов.

Из известных зубчатых шпинделей наиболее близким по технической сущности является зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, включающий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валов втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала. Причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы, а сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала. Шлицевое соединение выполнено с внутренними зубьями на обойме и наружными на полумуфте [2]
Недостатком известной конструкции является возникновение смещенных в продольном направлении на некотором расстоянии друг от друга двух зон с возможностями угловых перемещений вследствие несовпадения центра сферы и кинематического центра зубчатого соединения с зоной хвостовика рабочего валка. Первая зона зона кинематического центра зубчатого соединения и совпадающего с ним центра сферической головки, вторая зона на хвостовике рабочего валка в его соединении с обоймой. Кинематически такая схема с учетом двух шарнирных головок, связанных с рабочими валками, превращает шпиндель в трехшарнирное кинематическое соединение. В результате существенно возрастают динамические нагрузки и уменьшается долговечность шпинделя.

Кроме того, в зоне шлицевого соединения возникает еще один шарнирный узел. Это связано с удалением этой зоны от кинематического центра зубчатого соединения и с невозможностью совмещения с ним, поскольку внутреннее расположение зубьев на обойме и наружное на полумуфте предопределяют их раздельное расположение на осевом расстоянии, превышающем полусумму их продольных размеров.

Задачей настоящего изобретения является создание зубчатого шпинделя, обеспечивающего уменьшение биения в зубчатом соединении и снижение динамических нагрузок.

Настоящая задача достигается тем, что в зубчатом шпинделе для привода рабочих валков прокатного стана, включающем узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валов втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы и сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала, согласно изобретению, втулка установлена на хвостовике валка, а обойма на валу шпинделя, шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме и внутренними на полумуфте, сферическая головка выполнена зацело со стержнем и имеет заходную переднюю часть.

Такое конструктивное выполнение зубчатого шпинделя обеспечит снижение динамических нагрузок и уменьшение биения в зубчатом соединении и, как следствие, повышение долговечности шпинделя.

Это достигается за счет:
установки втулки на хвостовике рабочего валка, что позволит совместить центр сферы и кинематический центр зубчатого соединения с зоной хвостовика валка;
выполнения шлицевого соединения согласно формуле изобретения, что позволит исключить дополнительные шарнирности, а при необходимости обеспечить возможность совмещения шлицев с зоной расположения зубчатого соединения;
выполнения сферической головки зацело со стержнем и в контакте с поверхностью отверстия, что позволит уменьшить зазоры в зубчатом зацеплении и количество кинематических звеньев в нем и, как следствие, уменьшить биение в зубчатом соединении.

На фиг. 1 изображен зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатных станов, продольный разрез; на фиг. 2 то же, в момент подвода направляющего стержня шпинделя к отверстию валка: на фиг. 3 зубчатый шпиндель со шлицевым соединением, совмещенным с зоной расположения зубчатого соединения.

Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана содержит узел соединения шпинделя 1 с хвостовиком валка 2, который включает установленную на хвостовике валка втулку 3 с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре и связанную с ней через эти зубья обойму 4 с внутренними зубьями, установленную на валу шпинделя 1, узлы уплотнения 5, ограничители 6 осевого перемещения втулки в обойме, крышки 7, сферическую головку 8, выполненную зацело с закрепленным на валу шпинделя стержнем 9 и установленную беззазорно, по посадке с гарантированным натягом на валу шпинделя полумуфту 10, охватывающую обойму и связанную с ней посредством шлицевого соединения 11.

Шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме 4 и внутренними на полумуфте 10.

Сферическая головка 8 размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении 12 хвостовика валка 2 и имеет заходную переднюю часть А, сопрягаемую с торцевой поверхностью Б отверстия.

Центр сферы головки совпадает с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки и обоймы. Размеры головки 7, стержня 8, отверстия, вес шпинделя связаны следующим соотношением:

где d₁ диаметр стержня, d диаметр сферы головки стержня; G - доля веса шпинделя, воздействующая на направляющий стержень; ω - наибольший угол перекоса втулки и обоймы шпинделя; l расстояние от кинематического центра зубчатого соединения до торца валка; l_cт длина стержня от центра сферической головки до опасного сечения; [σ_и] - допустимая величина напряжения изгиба направляющего стержня.

Пример конкретного выполнения. Зубчатый шпиндель имеет следующие параметры: ω_max 2^o 0,035рад; sin 2^o 0,035; d 80 мм; l 150 мм; lminсм

112 мм; lmaxсм 150 мм; G 1250 кг; [σ] 60 МПа 6000 кг/cм₂ 60 кг/мм².

Диаметр стержня (d₁) вычисляется, исходя из ограничения по двум критериям, определяемым из условия: 1) возможности перекоса стержня относительно валка на величину угла перекоса; 2) прочности стержня в опасном сечении 1-1 в зависимости от веса шпинделя.

Эти условия выражены соответствующими соотношениями: d₁≅ d-2l•sinω (I) (II)
Величина dI1

, определяемая из соотношения (I), составит:
dI1≅ dIрасч 80 2х150х0,035 80-300x0,035 69,5 мм.

Конструктивно принимаем dI1

< dI1_расч и равным 65 мм.

Величина dII1

, определяется из соотношения (II), составит:

dII1=dII1=65 мм >dII1расч31,5 мм
Таким образом, диаметры стержня, сферы его головки, вес шпинделя, угол перекоса втулки в обойме, длина стержня, прочностные характеристики материала стержня удовлетворяют соотношению, предложенному для ориентации при разработке конструкции зубчатого шпинделя.

Устройство работает следующим образом.

Головку 8 со стержнем 9, закрепленным на валу шпинделя 1 заводят в отверстие 12 хвостовика валка 2 до сопряжения их заходных торцевых поверхностей А и Б. Полумуфту 10, закрепленную на валу шпинделя, центрируют относительно обоймы 4 до совмещения шлиц 11 полумуфты и обоймы. При перемещении полумуфты 10 в осевом направлении головка 8 вала шпинделя вводится в отверстие 12 и перемещается до совпадения центра сферы головки с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки-обоймы.

Предложенный зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатных станов по сравнению с известными позволяет повысить долговечность зубчатого шпинделя за счет уменьшения биения в зубчатом соединении и снижения динамических нагрузок. ЫЫЫ2

Изобретение может быть использовано для соединения рабочих валков прокатных станов со шпинделем. Сущность изобретения: зубчатый шпиндель для привода валков прокатных станов содержит установленную на валу рабочего валка зубчатую втулку и связанную с ней через зубчатое соединение обойму, узлы уплотнения, ограничительные кольца, крышки, закрепленные на валу шпинделя, сферическую головку с направляющим стержнем и полумуфту, охватывающую обойму по шлицам. При этом размеры головки и направляющего стержня вала шпинделя связаны регламентирующим соотношением. За счет совмещения центра сферической головки вала шпинделя с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки-обоймы при совмещении обоймы и полумуфты по шлицам снижается радиальное биение обоймы относительно втулки, а также снижается изгибающий момент на концах соединяемых валов привода. 3 ил.

Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, включающий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валков втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы и сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала, отличающийся тем, что втулка установлена на хвостовике валка, а обойма на валу шпинделя, шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме и внутренними на полумуфте, сферическая головка выполнена зацело со стержнем и имеет заходную переднюю часть.