Вкладыш шарнира универсального шпинделя Советский патент 1984 года по МПК B21B35/14 

А

1

ВКЛАДЫШ ШАРНИРА УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ, содержащий цилиндрическую и плоскую рабочие поверхности , причем плоская поверхность выполнена с уклонами по длине вкладыша от его середины к торцам, отличающийся тем, что, с целью увеличения его стойкости путем повышения равномерности распределения контактных напряжений на :рабочих поверхностях вкладыша, плоская поверхность вкладыша выполнена с дополнительными уклонами по шири1нё от середины к боковым граням.

со

со

фи&1 Изобретение относится к прокатно му оборудованию, преимущественно к универсальным шпинделям привода рабочих валков прокатных станов. Известен вкладыш шарнира универсального шпинделя, имеющий плоскую и цилиндрическую рабочие поверхности 12. Недостатком данного вкладыша является небольшой срок службы, определяемый быстрым износом плоской ра бочей поверхности в зоне у торцов, особенно в угловых точках. Одна и:.причин этого - неравномерное распре деление контактных напряжений по длине и ишрине вкладыша, что в свою очередь определяется неравномерностью относительной деформации волоко вкладыша, снимаемых между лопастью валка и вилкой шарнира, которые кон тактируют с вкладьнием по его рабочи поверхностям. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому результату является вкладыш шарнира универсального шпинделя, имеющий цилиндрическую и плоскую рабочие поверхности, у которого на плоской поверхности выполнены уклоны по длине вкладыша от его середины к торцам 22. Недостатками данного вкладыша являются низкая стойкость, определя емая быстрым износом плоской рабочей поверхности ввиду увеличения не равномерности распределения напряже ний по ширине вкладыша, и увеличение зазоров в сопряжениях шарнира шпинделя. Цель изобретения - увеличение стойкости путем повышения равномерности распределения контактных напряжений на рабочих поверхностях вкладыша. Поставленная цель достигается тем, что во вкладыше шарнира, универсального шпинделя, содержащем цилиндрическую и плоскую рабочие по верхности, причем плоская поверхность выполнена с уклонами по длине вкладыша от его середины к торцам, плоская поверхность выполнена с до полнительными уклонами по ширине от середины к боковым граням. На фиг.1 изображен вкладыш, общи вид; на фиг.2 - сеченче А-А на фиг.1, на фиг.З - эпюра контактных напряжений для вкладыша без уклонов на плоской рабочей поверхности; на фиг.4 - эпюра напряжений для вкладыша. .Вкладыш имеет цилиндрическую рабочую поверхность 1 и плоскую рабочую поверхность 2 на участке, ограниченном цилиндрическим выступом 3 и торцОм вкладыша 4. На плоской рабочей поверхности выполнены скосы 5 U с уклоном к торцам - по длине вкладыша и с уклоном от середины к боковым граням - по ширине вкладыша. Вкладыш работает следующим образом. При передаче крутящего момента шпинделем часть вкладыша, ограниченная рабочими поверхностями 1 и 2, сжимается между контактирующими с этими поверхностями лопастью валка и вилкой шарнира. Для определения удельных давлений (р) в этом случае применим заксн Гука: Р- с г , т с г.- - j г., где Е - относительная деформация сжимаемых волокон; Е - модуль упругости материала вкладыша; сА - абсолютная деформация сжимаемых волокон; Ь - высота волокон {толщина вкладьаиа) . Для вкладышей известных конструкций, имеющих переменную толщину 1 , равномерное абсолютное сжатие по ширине f будет определять неравномерное распределение контактных напряжений в этом направлении фиг.З), Как показывают расчеты, максимальные удельные давления у граней вкладьвиа в 3-4 раза выше минимальных Р,-„ и в 1,5-2 раза выше средних , а в некоторых случаях достигают величин , близких к пределу текучести для материалов вкладыша. При этих условиях возникают такие явления, как схватывание I и U рода, нарушающие нормальный процесс приработки и приводящие к интенсивному прогрессирукадему износу, что и подтверждается практиг кой эксплуатации шпинделей. При наличии скосов на плоской рабочей поверхности (фиг.4 величина относительной деформации сжимаемых волокон равна ff где - величина скоса для произвольного волокна., При соответствую1тдем выборе уклона скосов можно добиться равномерного распределения напряжений по ширине вкладыша (фиг.4I. Величину уклона скосов можно, в частности, определять величиной максимальной ординаты в угловых точках вкладыша. Упрощенные расчеты (При данных расчетах дуга ABC заменена двумя хордами, фиг.2) дают результатде т - максимальная толщина вкладыша;п - минимальная толщина вкладыша.

определяетПри этом величина ся как

«WK «b E

где М - крутящий момент, передаваемый шарниром; ск и Ъ - соо1ветственно ширина и

длина вкладыша.

Таким образом, наличие уклонов на плоской рабочей поверхности обеспечивает равномерное распределение напряжений по ширине вкладьоша. Величина максимальных контактных напряжений при этом уменьшается в 1,5-2 раза по сравнению с вкладышами известной конструкции. Все это значительно улучшает условия приработки вкладышей, понижает вероятность возникновения сх1ватывания I и П рода. Переход из режима схватывания I рода в режим схватывания U рода уменьшает интенсивность износа в 2-15 раз.

В настоящее время в приводах валков стана 950 установлены шпиндели с шарнирами, вкладьпии которых имеют плоскую и цилиндрическую рабочие по0верхности (базовый oбъeкт . Срок . службы этих вкладьпией не превышает 20 дней. Увеличение их срока службы только в 2 раза позволит сократить эксплуатационные затраты на стане

5 950 на 15-20 тыс. руб. в год..

А-А

фиг.З

фиг Л

.