ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в шпиндельных соединениях, передающих вращение и крутящий момент рабочим валкам нереверсивных прокатных станов.

Известен шарнир универсального шпинделя, содержащий обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых размещены бочкообразные тела качения и упорные бурты для осевой фиксации тел качения.

Недостатком прототипа является интенсивный износ пазов обоймы и втулки, приводящий к выходу из строя этих крупногабаритных дорогостоящих деталей. Это обусловлено повышенными удельными давлениями на контакте "полуцилиндрический паз бочкообразная поверхность тела качения". Поскольку тела качения изготавливаются с более твердой поверхностью, их износ сравнительно невелик. Износ пазов сопровождается ростом зазоров в шарнире, что повышает вибрации и динамические нагрузки в главной линии привода и рабочей клети, а также приводит к разрушениям элементов шарниров и смежного оборудования, простоям прокатных станов.

Целью изобретения является повышение долговечности шарнира в условиях нереверсивного режима работы.

Указанная цель достигается тем, что в шарнире универсального шпинделя тела качения выполнены с диаметрально расположенными продольными цилиндрическими пазами и снабжены свободно размещенными в этих пазах вставками, боковые участки которых образованы цилиндрическими и бочкообразными поверхностями, а торцевые участки выполнены сферическими, причем бочкообразные поверхности контактируют с пазами тел качения, а цилиндрические поверхности с пазами обоймы и втулки, при этом упорные бурты выполнены на телах качения и входят в кольцевую выточку на втулке.

На фиг. 1 показан общий вид шарнира; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 и 5 соответственно поперечный разрез тела качения с эпюрами распределения контактных давлений и разрез В-В на фиг. 2.

Шарнир универсального шпинделя включает обойму 1, втулку 2, соединенную с валом шпинделя. В полуцилиндрических пазах обоймы 1 и втулки 2 расположены бочкообразные тела качения 3 с буртами на торцах, входящими в выточку во втулке. Наружные поверхности выступов втулки 2, образованных полуцилиндрическими пазами, являются торообразными. В телах качения 3 выполнены два продольных цилиндрических паза, в которые помещены вставки 4 и 5, имеющие цилиндрические (по стрелкам "а" на фиг. 5) и бочкообразные (по стрелке "б") боковые участки. Бочкообразные поверхности контактируют с цилиндрическими поверхностями пазов (по стрелке "в"), выполненных в телах качения 3. Наибольший радиус бочки последних R₁ соответствует радиусу цилиндрических поверхностей вставок (см. фиг. 4).

Эпюры удельных давлений P(Φ) на контакте "паз-тело качения" в их поперечном сечении носят куполообразный характер с максимумом, проходящим по плоскости разъема пазов обоймы 1 и втулки 2. Равнодействующие Р эпюр наклонены под углом β = π/6 к указанной плоскости (А. А. Динник и др. Конструкция и основы расчета универсальных шаровых шпинделей нового типа для привода рабочих валков быстроходных прокатных станов. В сборнике "Обработка металлов давлением" М. Металлургия. 1967, вып. 52, с. 36-48). Исходя из этого, пазы в теле качения 3 должны быть расположены диаметрально таким образом, чтобы плоскость их симметрии располагалась вблизи плоскости, проходящей через линию действия сил P. Можно рекомендовать расположение пазов в плоскости, имеющей наклон под углом π/2-β = 55...65^° к плоскости симметрии тела качения (плоскость 1-1 на фиг. 3 и 4) по направлению действия крутящего момента. При 65^°<π/2-β<55^° становится существенной тангенциальная составляющая силы Р, которая повышает вероятность выхода вставок 4 и 5 из пазов, что может вызвать заклинивание шарнира. Толщина δ вставок 4 и 5 назначается конструктивно и рекомендуется в пределах d (0,4 0,7)R₁.

Предлагаемый шарнир является нереверсивным, т. к. при его нагружении в направлении, противоположном действию крутящего момента М (см. фиг. 4) максимумы эпюр констатных давлений приходятся на кромки пазов в телах качения 3, что может привести к их сколам. Кроме того, в этом случае вставки 4 и 5, не участвуя в передаче нагрузки, которая передается только бочкообразными участками тела качения 3, могут выйти из пазов при вибрациях и динамических воздействиях, свойственным процессу прокатки, и заклинить шарнир.

Гайка 6 предназначена для осевого удержания вставок 4 и 5, которые расположены в теле качения 3 с некоторым ходовым зазором и имеют сферические торцы с радиусом R₂, равным половине их длины l (см. фиг. 5). Величина радиуса бочки в продольном сечении назначается, исходя из длины l и угла перекоса шарнира.

Шарнир универсального шпинделя работает следующим образом.

Передача вращения и крутящего момента от втулки 2 к обойме 1 происходит через тела качения 3 и вставки 4, 5. Перекос шарнира на требуемый угол сопровождается перекатыванием вставок 4 и 5 в пазах, выполненных в телах качения 3, а его центровка обеспечивается торообразными поверхностями выступов втулки 2.

В предлагаемой конструкции шарнира существенным образом, более чем на порядок, снижены удельные давления на контакте тел качения с пазами обоймы и втулки и, таким же образом, повышена их износостокойсть, долговечность. Зоны повышенных контактных давлений располагаются внутри тел качения, которые являются легкозаменяемым и недорогим элементом конструкции шарнира. Применение шарнира повышенной долговечности позволит снизить простои станов прокатных, эксплуатационные затраты на их обслуживание.

Использование: в обработке металлов давлением, конкретно в шпиндельных соединениях, передающих вращение рабочим валкам нереверсивных прокатных станов. Сущность изобретения: шарнир содержит обойму 1 и втулку 2, в полуцилиндрических пазах которых расположены бочкообразные тела качения 3 с буртами на торцах, входящими в выточку во втулке. В телах качения 3 выполнены цилиндрические пазы, в которые помещены вставки 4, 5 с цилиндрическими и бочкообразными боковыми участками. При этом плоскости симметрии пазов имеют наклон к плоскости симметрии тела качения 3 на угол 55 - 65^o по направлению действия крутящего момента. 5 ил.

Шарнир универсального шпинделя, содержащий обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых размещены бочкообразные тела качения, и упорные бурты для осевой фиксации тел качения, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности шарнира в условиях нереверсивного режима работы, тела качения выполнены с диаметрально расположенными продольными цилиндрическими пазами и снабжены свободно размещенными в этих пазах вставками, боковые участки которых образованы цилиндрическими и бочкообразными поверхностями, а торцевые участки выполнены сферическими, причем бочкообразные поверхности вставок контактируют с пазами тел качения, а цилиндрические поверхности с пазами обоймы и втулки, при этом упорные бурты выполнены на телах качения и входят в кольцевую выточку на втулке.