УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР Российский патент 2013 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а точнее к универсальным шарнирам шпинделей главных линий приводов прокатных станов (трубных, сортовых, листовых), предназначенных для передачи вращения под различными углами от шестеренных клетей или редукторов к рабочим валкам прокатных станов.

Известен универсальный шарнир, патент РФ №2252878, кл. F16D 3/41, заявл. 16.10.2003 г., опубл. 27.05.2005 г., содержащий две неразъемные вилки с отверстиями, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, роликовые подшипники качения с корпусами, включающими внутренние и наружные кольца. При этом внутренними кольцами подшипники установлены на цапфах крестовины, а наружными - в отверстиях вилок.

Основным недостатком известного универсального шарнира является выполнение входящих в его состав вилок неразъемными, что при сборке таких шарниров требует уменьшения размеров отверстий вилок и диаметров цапф крестовины. Кроме того, сами подшипники качения имеют большие габариты из-за наличия внутренних и наружных колец, что также ведет к существенному уменьшению размеров отверстий вилок и диаметров цапф крестовины. Для передачи необходимого крутящего момента требуется увеличение диаметра универсального шарнира, что в клетях прокатных станов с двумя валками, имеющими небольшой диаметр, невозможно, поскольку универсальный шарнир должен иметь диаметр, меньший диаметра валка. Все это ограничивает нагрузочную способность универсального шарнира с неразъемными вилками и роликовыми подшипниками качения с внутренними и наружными кольцами.

Из известных универсальных шарниров наиболее близким по технической сущности является универсальный шарнир, описанный в патенте РФ №2241873, кл. F16D 3/40, заявл. 12.02.2003 г., опубл. 10.12.2004 г.

Универсальный шарнир содержит две разъемные вилки, имеющие отверстия и состоящие из соединенных между собой болтовым соединением основания и крышки с зубьями в плоскости разъема. Универсальный шарнир включает также крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения, установленные роликами на цапфах крестовины, а корпусами - в отверстиях вилок. Плоскость разъема вилок совпадает с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира.

Такое конструктивное решение универсального шарнира позволяет упростить его сборку, увеличить размеры отверстия вилок, цапф крестовины, диаметр самих подшипников качения и передавать необходимый крутящий момент.

Однако в предложенной конструкции разъем вилок находится в сечении, совпадающем с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, на которое при передаче крутящего момента приходится максимальная нагрузка, причем дважды за один оборот шарнира, создающая в этом сечении растягивающие напряжения. В результате этого зубчатые и болтовые соединения вилок под действием этой нагрузки теряют свою жесткость, что приводит к снижению надежности основных деталей универсального шарнира: вилок, крестовины, подшипников, уменьшению величины передаваемого крутящего момента и снижению нагрузочной способности универсального шарнира.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции универсального шарнира, позволяющей увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.

Поставленная задача достигается тем, что в универсальном шарнире, содержащем две разъемные вилки, состоящие из соединенных между собой основания и крышки с зубьями в плоскости разъема и имеющие отверстия, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения, установленные роликами на цапфах крестовины, а корпусами - в отверстиях вилок, согласно изобретению плоскость разъема вилок проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, зубья основания и крышки вилок выполнены трапециевидными с углом профиля α, при этом боковая поверхность зубьев, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси, а угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире.

Такое конструктивное выполнение универсально шарнира позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.

Это достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции плоскость разъема вилок вынесена из зоны максимально нагруженного сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, и расположена под углом α, равным 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире, к этой плоскости. Это позволяет существенно повысить передаваемый шпинделем крутящий момент, поскольку в процессе его передачи нагрузка Р на вилки, меняющая свое направление за один оборот универсального шарнира от сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, в ту и другую стороны на угол, равный углу перекоса в шарнире ω, не воздействует на плоскость их разъема, так как расположена под углом α, большим угла ω. В результате этого растягивающие напряжения в разъемах вилок уменьшаются, зубчатые и болтовые соединения вилок сохраняют свою жесткость, что увеличивает нагрузочную способность универсального шарнира.

Выполнение зубьев основания и крышки вилок трапециевидными с углом профиля α, а боковой поверхности зубьев, обращенной к центру универсального шарнира, - параллельной продольной оси универсального шарнира, позволяет выполнить сборку разъемных вилок, соединяя их крышки с основаниями, перемещая их по оси 0-0 универсального шарнира и вводя зубья в зацепление друг с другом.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 - изображен универсальный шарнир,

на фиг.2 - вилка универсального шарнира в разъемном виде,

на фиг.3 - место А на фиг.1.

Универсальный шарнир содержит две разъемные вилки 1, состоящие из основания 2 и крышки 3 с зубьями 4 в плоскости разъема и имеющие отверстия 5, крестовину 6 с цапфами 7, шарнирно соединяющую вилки 1 между собой, и роликовые подшипники качения.

Роликовые подшипники качения роликами 8 установлены на цапфах 7 крестовины 6, а корпусом 9 - в отверстиях 5 вилок 1.

Основания 2 и крышки 3 вилок 1 с зубьями 4 соединяются между собой болтами 10.

Плоскость разъема вилок 1 проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси 0-0 универсального шарнира, при этом угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире.

Зубья 4 основания 2 и крышки 3 вилок 1 выполнены трапециевидными с углом профиля α. Боковая поверхность «б-б» зубьев 4, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси 0-0.

Предложенный универсальный шарнир работает следующим образом.

При передаче вращения шпинделем с углом перекоса в шарнире, равным ω, крутящий момент от одной вилки 1 передается другой через роликовые подшипники качения 8 и крестовину 6, причем направление нагрузки Р за один оборот универсального шарнира меняется от сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, в ту и другую стороны на угол ω. При этом нагрузка Р не воздействует на плоскость разъема вилок, так как расположена под углом α, большим угла ω.

Сборку разъемных вилок 1 осуществляют, последовательно соединяя крышки 3 с основаниями 2, перемещая их по оси 0-0 универсального шарнира, вводя зубья 4 в зацепление друг с другом и скрепляя крышки 3 и основания 2 болтами 11.

Предложенная конструкция универсального шарнира по сравнению с известными позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.

Изобретение предназначено для увеличения нагрузочной способности универсальных шарниров шпинделей главных линий приводов прокатных станов, предназначенных для передачи вращения под различными углами от шестеренных клетей или редукторов к рабочим валкам прокатных станов. Универсальный шарнир содержит две разъемные вилки, состоящие из соединенных между собой основания и крышки с зубьями в плоскости разъема и имеющие отверстия, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения. Повышение величины передаваемого крутящего момента обеспечивается за счет того, что подшипники качения роликами установлены на цапфах крестовины, а корпусом - в отверстиях вилок. Плоскость разъема вилок проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира. Зубья основания и крышки вилок выполнены трапециевидными с углом профиля α, при этом боковая поверхность зубьев, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси, а угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире. 3 ил.

Универсальный шарнир, содержащий две разъемные вилки, состоящие из соединенных между собой основания и крышки с зубьями в плоскости разъема и имеющие отверстия, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения, установленные роликами на цапфах крестовины, а корпусом - в отверстиях вилок, отличающийся тем, что плоскость разъема вилок проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, зубья основания и крышки вилок выполнены трапециевидными с углом профиля α, при этом боковая поверхность зубьев, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси, а угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире.