Шарнир универсального шпинделя Советский патент 1987 года по МПК B21B35/14 

Изобре.тение относится к оборудованию прокатных станов, а именно к приводным шпинделям с универсальными шарнирами.

Цель изобретения - увеличение сро ка службы шарнира за счет уменьшения динамических нагрузок в области передаваемых предмаксимальных технологических моментов.

На фиг.1 показана конструкция универсального шарнира шпинделя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. фиг.З разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел I на фиг.2.

Шарнир состоит из лопасти 1, охватывающей ее вилки 2, размещенных между ними основных вкладышей 3, имеющи сферические опорные выпуклые поверхности, входящие в контакт с соответствующими вогнутыми сферическими опорными поверхностями дополнительных вкладышей 4, подпружиненных относительно вилки пакетами тарельчатых пружин 5, установленных на гнездах 6 и 7 четырьмя рядами попарно симметрично относительно продольной оси вилки и контактирующих с нажимными винтами 8 (фиг.З и 4). Лопасть 1 связана с основными вкладьш1ами 3 посредством сухаря 9.

Жестг ость параллельно установленных пакетов арифметически суммируется. Суммарная жесткость пакетов тарельчатых пружин удаленного от оси ряда относится к жесткости пакетов прилегающего к оси ряда как 0,67- 0,71 отношения расстояний от оси. Установив в гнездах пакеты пружин с определенным соотношением жесткостей выбирают расстояние их от оси так, чтобы выполнялись граничные условия, определенные конструктивными геометрическими параметрами шарнира (шири- ной лопасти). Минимально допустимое значение жесткости упругих элементов определяется с учетом максимально допустимого значения их деформации и максимального технологического момента, передаваемого шарниром. Максимально допустимое значение деформации установленных пакетов тарельчатых пружин равно минимальной величине зазора между вкладьш ами и вилкой, что обусловлено необходимостью контакта пружин с вкладышами на протяжении всего участка передачи крутящего момента (только при этих условиях упругие элементы воспринимают нагрузку

на всем участке нагружения). Отсюда следует, что минимальная суммарная жесткость установленных пакетов тарельчатых прулсин равна

где М

min С -У, . 4,;п

(1)

max

min

максимальный технологический момент, передаваемый шарниромi

минимальная величина зазора между вкладьш ами и вилкой.

Усилие, соответствующее потере ус- тойчивости пакетов тарельчатых пружин удаленного от оси ряда (Р), выбирают исходя из радиального распределения усилий в шарнире.

М. + 1 ti.v

% п., М ,.

(2)

где М

2 n.v

М

1«. г1

дящегося на удаленные от оси ряда упругие элементы, соответствующие порогу устойчивости значение момента, приходящегося на близко расположенные к оси лопасти элементы, соответствующее порогу устойчивости; значение крутящего момента, передаваемого шарниром, соответствующее порогу устойчивости. Известно, что

М

In.а

Л,/д,

2.;

(3)

Умножив равенство (3) на отношение С /Cj получаем

Отсюда

MI

М2

Ci RI

Ci

с.

М.

Cj, R

Согласно

2 (2) и

RI R..

(5)

(4)

(5)

Чп./(1

+ 21.51) Cj RZ

М

Tn.v

(6)

Через усилие, соответствующее по- у устойчивости Рр,

Ш., Рт-Рг- (7) (6) и (7)

Рт ./(R7 + )- (8)

Усилие предварительного поджатия упругих элементов должно обеспечить

31315060

реакции вплоть до пред- области М 5;р,х М „ Аналогично (8)

но ще со но пр 8,

Ci,

1по../(); 9) 5

S

HI под /(R, + §4)(10)

W

Применение предлагаемого шарнира универсального шпинделя можно рассмотреть на примере горизонтальной клети слябинга 1150. Передаваемый шарниром универсального шпинделя максимальный технологический крутящий момент ра- 15 вен 3,20 МН. Конструктивные геометрические параметры шарнира следующие, мм: диаметр вилки D 1400, длина лопасти 1 1200, ширина лопасти Ь 1600. Для передачи максимальногорО момента необходимо, как показывают аналитические расчеты, установить в гнездах, выполненных четырьмя попарно симметричными рядами, пакеты тарельчатых пружин (по 3 штуки в пакете). 25 Конструктивно целесообразно принять расстояние от продольной оси вилки к прилегающему ряду пружин R 250 мм, а к удаленному ряду пружинК 450 мм. Геометрические параметры пружин еле- 30 дующие, мм: D 100, d 60, S 7, ho 9.

Этим параметрам соответствует жесткость тарельчатых пружин С 0,06 МН/мм. Реализуемое при этом

35

отношение суммарной жесткости прилегающего к оси ряда (С) к жесткости

(ср

Применение предлаг универсального шпинде счет уменьшения динам увеличить срок службы снизить вероятность а ев, а также связанные

45

элементов удаленного от оси ряда t предъявляет следующие требования к конструктивному выполнению 40 материальных ресурсов гнезд для упругих элементов: (R2/Ri 1,3-1,5) R2 1,3-1,5R, 325- 375 мм. Критическое значение усилия, при котором пружины теряют устойчивость Р 0,12 МН.

Суммарное усилие предварительного поднятия ряда тарельчатых пружин, прилегающего к продольной оси лопасти, равно ШН, а удаленного от оси ряда - 2,20МН. Значение усилия пред варительного поджатия для пакетов пружин, удаленных от оси ряда, на 8-10% меньше значения усилия, при ко- . тором пакеты пружин переходят в за- критическую область деформации. 55

Предлагаемый шарнир универсального шпинделя прокатного стана работает следующим образом.

I- 50

Формула изо

Шарнир универсальн преимущественно приво катного стана, содерж охватывающую ее вилку между ними основные и вкладыши, сухарь и пр поджатые упругие элем чающийся тем увеличения срока служ счет уменьшения динам зок в области передав мальных технологическ упругие элементы уста дах, выполненных соос

5

W

15 рО 2530

35

В процессе передачи шарниром технологического момента, не превышающего некоторого расчетного значения, соответствующего усилию предварительного поджатия пакетов тарельчатых пружин, создаваемого нажимным винтом 8, его жесткость остается постоянной.

При достижении указанного значения момента происходит дальнейшее нагру- жение пакетов тарельчатых пружин, жесткость шарнира за счет этого уменьшается на 43-51% и равняется сумме жесткостей всех пакетов тарельчатых пружин 5.

Когда технологический момент, передаваемый шарниром, достигает значения, соответствующего порогу устойчивости удаленных от оси вилки пакетов тарельчатых пружин 5, расположенных в гнездах 6 и 7, последние теряют ус- тойчиво сть. Это приводит к уменьшению суммарной жесткости шарнира на 75- 78% сравнительно с начальной жесткостью нагружения, что способствует снижению динамических нагрузок в шарнире на 19-23% по сравнению с моно- жесткостным.

При уменьшении значения технологического момента до нуля упругие элементы 5 возвращаются в начальное положение и последутощее нагружение происходит в описанной вьш1е последовательности .

Применение предлагаемого шарнира универсального шпинделя позволит за счет уменьшения динамических нагрузок увеличить срок службы в 1,5 раза, снизить вероятность аварийных простоев, а также связанные с ними расходы

40 материальных ресурсов 45

40 материальных ресурсов

. 55

50

Формула изобретения

Шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода валков прокатного стана, содержащий лопасть, охватывающую ее вилку, размещенные между ними основные и дополнительные вкладыши, сухарь и предварительно поджатые упругие элементы, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы шарнира за счет уменьшения динамических нагрузок в области передаваемых предмакси- мальных технологических моментов, упругие элементы установлены в гнездах, выполненных соосно в вилке и

в прилегающих к ней дополнительных вкладьшах, четырьмя попарно симметричными относительно продольной оси вилки рядами, причем отношени е жесткости элементов удаленного от этой оси ряда к жесткости элементов бли- к ней ряда составляет 0,670,71 отношения их расстояний от оси, а критическое значение деформации элементов удаленного от оси ряда, при котором они теряют устойчивость, на 27-31% ниже максимально допустимого значения деформации универсального шарнира.

-J У «2./

Изобретение относится к оборудованию прокатных станов, а именно к приводным шпинделям с универсальными шарнирами. Цель изобретения - увеличение срока службы шарнира за счет уменьшения динамических нагрузок в области- передаваемых предмаксимальных технологических моментов. Поставленные между вилкой 2 и дополнительными вкладышами 4 пакеты тарельчатых пружин 5 предварительно поджаты. Когда усилия.от момента не превышают предварительного поджатия пружин, жесткость пакета этих пружин остается по- стоянкой. При превьш1ении усилиями от момента усилия предварительного поджатия пружин они деформируются (в первую очередь дальние от реи), их жесткость падает. Это позволяет снизить динамические нагрузки в шарнире на 19-23% по сравнению с шарнирами, имеющими упругие элементы. 4 ил. (Л со ш as

- ---Фeg

Фиг.З

Редактор Е.Папп

Составитель Г.Ростов

Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо

Заказ2234/5Тираж 480 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4