СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ШАРНИРА Российский патент 1996 года по МПК F16C11/06 B21B35/14 

Изобретение относится к области подвижных шарнирных соединений, преимущественно к универсальным шарнирам с вкладышами скольжения, применяемым в шпиндельных соединениях машин прокатного оборудования, и касается оптимизации отклонений действительных размеров контактных поверхностей деталей универсального шарнира от номинальных размеров.

Известен способ изготовления подвижного шарнирного соединения двух деталей, охватывающей и охватываемой (втулки и вала), при котором контактные поверхности деталей обрабатывают с действительными размерами, обеспечивающими при последующей сборке соединения гарантированный зазор между этими поверхностями [1]
Вышеприведенный способ изготовления подвижного шарнирного соединения двух деталей используется и при изготовлении универсального шарнира с вкладышами скольжения, состоящего не из двух, а из четырех деталей: вилки, охватывающей детали, снабженной криволинейной поверхностью в виде расточки, лопасти, охватываемой детали, снабженной плоскими поверхностями, и двух вкладышей, расположенных между этими деталями и контактирующих с ними по соответствующим поверхностям, т.е. способ изготовления универсального шарнира с вкладышами скольжения включает в себя обработку расточки, криволинейной контактной поверхности, вилки (охватывающей детали) и контактирующей с расточкой криволинейной поверхности вкладышей на действительные размеры, всегда обеспечивающие наличие зазора между этими поверхностями (при этом вкладыши рассматриваются как единое целое, в виде одной охватываемой цилиндрической детали); обработку плоских контактных поверхностей лопасти (охватываемой детали) и вкладышей на действительные размеры, обеспечивающие наличие зазора между этими поверхностями, необходимого для обеспечения сборки универсального шарнира (при этом вкладыши рассматриваются как единое целое, в виде одной охватывающей детали с прямоугольным окном); и собственно сборку подвижных шарнирных соединений: вилка-вкладыши, вкладыши-лопасть, составляющих суть универсального шарнира с вкладышами скольжения (вилка-вкладыши-лопасть).

При этом способе изготовления действительный размер расточки вилки всегда больше действительного размера криволинейной контактной поверхности вкладышей.

Известен также способ изготовления универсального шарнира, включающий обработку криволинейной контактной поверхности вилки под вкладыши, обработку криволинейной контактной поверхности вкладышей, обработку плоских контактных поверхностей вкладышей и лопасти до размеров, обеспечивающих образование между ними монтажного зазора, и сборку подвижных соединений вилка-вкладыш-лопасть [2]
При передаче крутящего момента универсальным шарниром вкладыши лопастью прижимаются к расточке в вилке. Вследствие имеющейся разницы в кривизне поверхностей соприкосновения вилки и вкладышей контакт по этим поверхностям в начальный период работы универсального шарнира носит линейный характер, что резко увеличивает удельные давления на детали и приводит к интенсивному износу контактных поверхностей, прежде всего вкладышей, т.к. они изготавливаются из антифрикционного материала, например бронзы.

В период перехода от линейного контакта к контакту по всей поверхности соприкосновения (так называемый период приработки) за счет интенсивного износа криволинейных контактных поверхностей идет интенсивный рост зазоров в соединении вилка-вкладыши, что, в свою очередь, резко увеличивает ударные, динамические нагрузки на оборудование всей рабочей линии прокатного стана, резко сокращая сроки службы как самих вкладышей, так и всего смежного оборудования.

Срок службы вкладышей можно увеличить за счет предварительной пришабровки криволинейной контактной поверхности вкладышей к расточке вилки, но это требует больших трудозатрат на сборке универсального шарнира.

Стойкость вкладышей при эксплуатации за счет снижения давления на контактных поверхностях увеличится, но увеличение зазоров в соединениях универсального шарнира скажется на работоспособности смежного оборудования в результате повышения ударных динамических нагрузок.

Кроме того, подгонку вкладышей по контактным поверхностям к расточке вилки при смене вкладышей, как правило, выполнить невозможно, т.к. время простоев прокатного стана очень ограничено. В результате приработка поверхностей идет в процессе эксплуатации шарнира, вызывая интенсивный износ вкладышей и все негативные явления, о которых говорилось выше.

Задача, которую решает изобретение, заключается в уменьшении первоначальных, возникающих при сборке, зазоров, в соединениях универсальных шарниров и в уменьшении величины пришабровки (приработки).

Эта задача решается путем изготовления криволинейных контактных поверхностей расточки вилки и вкладышей с такими действительными размерами, при которых первоначальный зазор в соединении вилка-вкладыши либо вообще отсутствует, либо имеет минимальную величину.

Для подвижных шарнирных соединений, состоящих из двух деталей, такое решение неприемлемо, но для универсального шарнира, состоящего из четырех деталей, предложенное решение выполнимо и обеспечивает исключение всех вышеупомянутых недостатков.

Решение задачи достигается следующим образом: в известном способе изготовления универсального шарнира, включающем обработку расточки, криволинейной контактной поверхности, вилки, обработку криволинейной контактной поверхности вилки под вкладыши, обработку криволинейной контактной поверхности вкладыша и обработку плоских контактных поверхностей лопасти и вкладышей до размеров, обеспечивающих образование между ними монтажного зазора и сборку подвижных соединений вилка-вкладыши-лопасть, действительный размер криволинейной контактной поверхности вкладышей выполняют в диапазоне предельных размеров, предусмотренных для выполнения действительного диаметра размеров криволинейной контактной поверхности вилки, а плоские контактные поверхности лопасти и вкладышей обрабатывают, уменьшая высоты деталей на величины, в сумме составляющие максимально возможное превышение действительного диаметра криволинейной контактной поверхности вкладышей над действительным диаметром криволинейной контактной поверхности вилки.

На фиг. 1 изображен общий вид изготавливаемого универсального шарнира с вкладышами скольжения.

На фиг. 2 изображено взаимное положение предельных размеров, предусмотренных для изготовления контактных поверхностей вилки и вкладышей.

На фиг. 3, 4, 5 изображены возможные варианты взаимного положения контактных поверхностей вилки и вкладышей при сборке универсального шарнира без предварительной пригонки.

Универсальный шарнир содержит вилку 1 (охватывающую деталь), лопасть 2 (охватываемую деталь) и расположенные между ними вкладыши 3 и 4. Вилка 1 и лопасть 2 выполняются из высокопрочных сталей, а вкладыши 3 и 4 из антифрикционного материала, например из бронзы. В вилке 1 выполнена расточка (криволинейная поверхность) i размером D, контактирующая с криволинейной поверхностью j размером d, выполненной на вкладышах 3 и 4, которые плоскими поверхностями p контактируют с плоскими поверхностями t лопасти 2. Между поверхностями р и t предусмотрен монтажный зазор z.

При изготовлении деталей универсального шарнира криволинейную контактную поверхность i вилки 1 выполняют с действительным размером в диапазоне между наименьшим предельным размером D_i и наибольшим предельным размером D_i, а криволинейную контактную поверхность j вкладышей 3 и 4 с действительным размером в диапазоне между наименьшим предельным размером d_j и наибольшим предельным размером d_j, которые могут быть соответственно равны по величине предельным размерам, предусмотренным для криволинейной контактной поверхности вилки 1, т.е. размерам D_i' и D_i''; или находиться внутри диапазона между этими размерами, т.е.

D_i' ≅d_j' < d_j'' ≅ D_i''
Индексами d_j1' и d_j1'' на фиг. 2 обозначены предельные размеры на поверхности j вкладышей 3 и 4 в случае, когда их величины находятся внутри диапазона между D_i' и D_i''.

При сборке универсального шарнира без предварительной подгонки возможны три варианта контакта криволинейных поверхностей вилки 1 и вкладышей 3 и 4;
линейный контакт поверхностей i и j при действительном размере D_i больше действительного размера d_j (фиг. 3);
контакт по всей поверхности j с поверхностью i при равенстве действительных размеров D_i и d_j (фиг. 4);
линейный контакт по крайним линиям поверхности j с поверхностью i при действительном размере D_i меньше действительного размера d_j (фиг. 5).

Буквой m обозначена величина пришабровки вкладыша при сборке (или величина приработки).

Контактные поверхности p вкладышей 3 и 4 и t лопасти 2 дополнительно обрабатывают на размеры, обеспечивающие при сборке универсального шарнира монтажный зазор между этими поверхностями, включающий величину максимально возможного превышения размера d_j над размером D_i. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в изготовлении шарниров для приводов прокатных станов. Сущность изобретения: способ изготовления состоит в обработке контактных поверхностей вилки и вкладышей до размеров, обеспечивающих образование между ними монтажного зазора, и последующей сборке. При обработке действительный диаметр криволинейной контактной поверхности вкладышей выполняют в диапазоне предельных размеров, предусмотренных для выполнения действительного диаметра криволинейной контактной поверхности вилки. Плоские контактные поверхности вкладышей и лопасти обрабатывают, уменьшая высоты деталей на величины, в сумме составляющие максимально возможное превышение действительного диаметра криволинейной контактной поверхности вкладышей над действительным диаметром криволинейной контактной поверхности вилки. 5 ил.

Способ изготовления универсального шарнира, включающий обработку криволинейной контактной поверхности вилки под вкладыши, обработку криволинейной контактной поверхности вкладышей, обработку плоских контактных поверхностей вкладышей и лопасти до размеров, обеспечивающих образование между ними монтажного зазора, и сборку подвижных соединений вилка вкладыши - лопасть, отличающийся тем, что действительный диаметр криволинейной контактной поверхности вкладышей выполняют в диапазоне предельных размеров, предусмотренных для выполнения действительного диаметра криволинейной контактной поверхности вилки, а плоские контактные поверхности вкладышей и лопасти обрабатывают, уменьшая высоты деталей на величины, в сумме составляющие максимально возможное превышение действительного диаметра криволинейной контактной поверхности вкладышей над действительным диаметром криволинейной контактной поверхности вилки.