Универсальный шпиндель прокатного стана Советский патент 1984 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано в приводах валков прокатных станов, а также правильных и других машин.

Известен универсальный шпиндель, содержаш.ий вал с лопастями и вкладыши 1.

Однако этот шпиндель характеризуется недостаточной прочностью вследствие того, что увеличение габаритов шпинделей на действующих станах вызывает затруднения.

Известен универсальный шпиндель прокатного стана, содержащий вал, два щарнира с лопастями и вкладышами, скольжения и взаимодействующие с ними вилки. При работе универсального шпинделя происходят периодические повороты вокруг двух взаимно перпендикулярных осей в каждом его шарнире. Поскольку трение происходит по двум поверхностям вкладышей: плоским и цилиндрическим,с периодическим поворотом на угол 2 oi..-- угол перекоса валов в шарнире, то скорость скольжения изменяется по синусоидам, сдвинутым по фазе на 90°. Поэтому изменяется и мощность сил трения в шарнире, и хотя она в отличие от скорости скольжения не изменяет знак, а всегда положительна, изменяется от максимума до минимума. Такие изменения мощности трения с периодичностью 90° (т. е. четыре цикла за оборот) приводят к созданию периодических колебаний в системе привода, которые, если их частота близка к собственной частоте системы, создают нарушения стабильности работы, вибрации и колебания деталей прокатного CTaHaLZ3В обоих шарнирах шпиндели колебания мощности трения и КПД совпадают по фазе и усиливают друг друга. Не помогает и поворот лопастей относительно друг друга на 90°, поскольку период этих колебаний равен именно 90°. При таком повороте максимальна мощность трения на плоских поверхностях вкладыша в одном шарнире и одновременно на цилиндрических поверхностях в другом. Суммарная мощность трения достигает максимума в обоих шарнирах одновременно. Колебания мощности тем выше, чем больше угол перекоса в шарнирах и чем больше силы трения, которые в промышленных условиях могут быть значительными.

Цель изобретения - обеспечение повы щения долговечности и надежности путем увеличения стабильности работы шпинделя.

Поставленная цель достигается тем, что в универсальном шпинделе прокатного стана содержащем вал, два шарнира с лопастями и вкладышами скольжения и взаимодействующие с ними вилки, лопасти и вкладыши в обоих шарнирах расположены «сносительно друг.друга под углом 45°.

.На фиг. 1 показан шпиндель, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на

фиг. 3 - схема изменения мощности трения в шарнирах шпинделя.

С вилкой 1 шарнира взаимодействуют вкладыши 2 скольжения, опер- ые на лопасть 3. Вал 4 шпинделя соединен с шарниром 5, где лопасть 6 контактирует с вкладышами 7 и соединена с вилкой 8.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вилки 1 она через вкладыши 2 передает вращение лопасти 3, жестко соединенной с валом 4. Если угол перекоса в шарнире равен ,..то происходит периодическое скольжение по двум поверхностям: плоскостям . контакта вкладышей 2 и лопасти 3 и цилиндрическим поверхностям контакта между вилкой 1 и вкладышами 2.

Если радиус цилиндрической поверхности R, то за каждый оборот шпинделя величина скольжения (т.е. путь, определяющий работу сил трения) равен 2Rc. Скорость приближенно изменяется по синусоиде, описываемой формулой

V u;R«sin uCf, гдеиЯ.тт- угловая скорость;

Т -77- время. Мощность сил трения равна

N7i urt, где F - сила трения;

/ - коэффициент трения;

Р -сила нормального давления; Р - передаваемый крутящий момент

1 - плечо сил Р.

С учетом этого мощность трения также колеблется, но в отличие от скорости она не изменяет знак, а всегда остается положительной.

Поэтому надо sin и)Тзаменить на абсолютную величину (sinwt),

,NI N12i R |sJnu t|

Поскольку за каждый оборот происходит вращение вокруг двух перпендикулярных осей X и Y. то мощность трения по вторым поверхностям изменяется так же, но со сдвигом по фазе на 90°. Предполагая, что величины/, I и R на обоих поверхностях близки и их можно приравнять, получим мощность трения по обоим поверхностям вкладыщей

NT.,|L ujpflc lsinMjt/+/sin(u;f+|)l

(Можно учесть различие в коэффициентах трения и параметрах 1 и R, но это принципиальных выводов не изменит).

Учитывая, что sin (иЛ4-|) со5и)Ги что полезная мощность равна ,получим КПД равным

1 Ми 1

« MtOtNTt l+J C/sipu t/i-/cos иП1

Величина КПД в шарнире универсального шпинделя оказывается ве.7 ичиной переменной. Она изменяется с периодом, соответственно углу поворота шпинделя f 90°, как показано плошной линией на фиг. 3 Функция /sint t -f-ycosUJT/изменяется от 1,0 до 1.42 и

приближенно изменение КПД за оборот рав.нодг 0,

Например, при -§ 1,5,/«. 0,15, Л 12° /0,21 рад.),42,0,15-1,5-0,21«0,02.

При величинах передаваемой мощности 3000-4000 кВт колебания КПД на 2% приводят к колебаниям 60-80 кВт и, если частота их близка к собственным частотам конструкции (крутильным или изгибным), то это приводит к сильным колебаниям и вибрациям.

Если лопасти 3 и 6 и вкладыши 2 и 7 шарниров параллельны, то колебания мощности трения в них суммируются (а колебания КПД приближенно в два раза выше). Выполнение лопастей 3 и 6 повернутыми на 90° не уменьшает колебаний мощности трения, так как ее период равен именно 90°. Выполнение лопастей 3 и 6 в обоих шарнирах под углом 45° является оптимальным, так как обеспечивает такое изменение мощности трения, при котором она в одном шарнире максимальна, а в другом (пунктир на фиг. 3) в этом положении минимальна. Если в обычном исполнении колебания КПД равныД7 0,84, то при исполнении лопастей под углом 45° д 0,2, т.е. колебания мощности трения и КПД ниже более, чем в четыре раза, что значительно повышает стабильность работы шпинделей, а за счет этого уменьшает вибрации, повышает долговечность оборудования.

Экономическая эффективность устройства определяется повышением его долговечности на и, соответственно, уменьшением простоев.

При времени простоев сортового стана в год 700 ч снижение этой величины на 10%

дает увеличение на 70 ч фонда рабочего времени. При производительности 200 т сорта в час это обеспечит получение в год дополнительно 14000 т стали. При ее стоимости 90 рублей годовой экономический эффект на одном сортовом стане составит 12600 руб.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ ПРОКАТНОГО СТАНА, содержащий вал, два шарнира с лопастями и вкладышами скольжения и взаимодействуюш,ие с ними вилки, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и надежности путем увеличения стабильности работы шпинделя, лопасти и вкладыши в обоих шарнирах расположены относительно друг друг под углом 45°. { 4( 5 сригЛ

фаг г

V

35

18Q27ff

cpas.3