Соединительный шпиндель Советский патент 1988 года по МПК B21B35/14 

(Ри.1

Изобретение относится к тяжелому машиностроению, в частности, может использоваться для соединения валов при передаче момента кручения через предварительно напряженный упругий элемент и компенсации крутильных колебаний, а также для привода прокатного стана.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности компенсации крутильных колебаний шпинделя путем увеличения упругой податливости на закручивание тела шпинделя по всей его длине.

На фиг. 1 представлен шпиндель, сечение; на фиг. 2 - то же, с универсальными шарнирами на концах, взаимно развернутыми на 90°; на фиг. 3 - то же, с соединительными полумуфтами; на фиг. 4 - предварительно напряженный упругий элемент с фланцами шпинделя.

Шпиндель составлен из чередуюш,ихся вдоль оси врашения колец эластичного 1 и твердого 2 материалов, предварительно зажатых с торцов двумя фланцами 3, которые стягиваются шпилькой 4, введенной в сквозное отверстие через фланцы и кольца эластичного и твердого материалов, на торцы которой навинчены гайки 5 с шайбами 6 и вставлены шплинты 7. Шпиндель, выполненный с универсальными шарнирами, содержит присоединенные к фланцам 3 насквозь прорезанные лопасти 8, вилки 9 с проточками под бурты вкладышей 10 и цент- рируюш,ие сухари 11. Шпиндель, выполненный с приводными полумуфтами 12, присоединенными непосредственно к фланцам 3, снабжен полусферическими подшипниками 13 скольжения с отверстиями под стяжную шпильку 4, которые установлены в полусферические углубления в фланцах 3 под шайбы 6 с гайками 5.

В качестве эластичного материала может использоваться листовая резина или эластичные полимеры, а в качестве твердого материала можно использовать листовые сталь, медь, алюминий, текстолит и т.д.

Чередующиеся кольца эластичного 1 и твердого 2 материалов, надетые на стяжную шпильку 4, сжимаются вдоль оси шпинделя с торцов двумя фланцами 3. Усилие сжатия Р (фиг. 4) обеспечивается за счет завинчивания гаек 5 на стяжную шпильку 4, при этом гайки давят через шайбы 6 -на 3. Для предотвраш,ения раскручивания гаек 5 в стяжной шпильке 4 просверлены отверстия, перпендикулярные оси шпильки, в которые после завинчивания гаек вставляются шплинты.. Кольца тонких слоев эластичного материала прижимаются торцевыми плоскостями поверхностей к кольцам твердого материала, при этом достигается их принудительное взаимодействие за счет сил трения по поверхностям соприкосновения. Эластичный материал, каждый слой которого зажат между двумя соседними слоями твердого материала, относительно легко деформируется и, исходя из условия постоянства объема деформируемого материала, стремится к эффузии (истечению) в любом свободном направлении. Происходит выдавливание материала по цилиндрической поверхности внешнего и внутреннего диаметров колец Dy и dy с максимальными высотами бугрообразований

п R и г соответственно, приблизительно равными половине толшины h слоя эластичного материала h. По цилиндрической поверхности внутреннего диаметра dj, и внешнего диаметра D,, колец из эластичного материала при закручивании упругосоедини5 тельного элемента возникает интрузия с максимальными высотами впадинообразования г и R соответственно, также примерно равными половине толшины h эластичного слоя. Тонкий слой эластичного материала при сжатии между двумя соседними слоями твер дого материала удерживается плоскими поверхностями соприкоснования в первоначальном (до сжатия) положении за счет поверхностных сил трения. Благодаря этому достигается возможность предварительного сжа5 тия упругого соединительного элемента с большим усилием между фланцами вдоль оси стяжной шпильки без существенных изменений формы слоев эластичного материала. В результате в кольцах тонких слоев эластичного материала обеспечивается предваритель0 но напряженное состояние, которое повышает прочность и упругость каждого слоя в отдельности, а также упругосоединительного элемента компенсационного шпинделя в целом.

Максимальная степень предварительного

5 напряженного состояния достигается в каждом кольце из эластичного материала по периметру нейтрального диаметра, который соответствует делению кольца на два кон.- центричных с равными объемами и диаметрами от внешнего Dy до нейтрального йяу и от нейтрального dny до внутреннего. Это объясняется тем, что эластичный материал подвержен эффузии и выдавливается по свободным от соприкосновения с твердыми материалами границам, а именно по перимет5 РУ внутреннего d,, и внешнего D, диаметров кольца, при этом реактивные силы деформируемого эластичного материала направлены к периметру нейтрального диаметра dnyOT периметров внешнего Dy и внутреннего dy диаметров соответственно. Опре0 деляется нейтральный диаметр кольца dHy из равенства взаимодействующих объемов наружного и BHyi peHHero концентричных колец, а при условии их постоянной толшины h - из равенства кольцевых пло- ш,адей продольного сечения

(D2-dSy)(dHy -dy.

(1)

откуда

,

(2)

где dny - диаметр нейтрального периметра кольца эластичного материала;

Dy - диаметр внутреннего отверстия в кольце эластичного материала;

Dy - наружный диаметр кольца эластичного материала.

Шпиндель работает следующим образом.

При приложении крутящего момента к одному из фланцев 3 шпинделя момент передается за счет сил трения на ближайщее прижатое к нему торцевой поверхностью кольцо из эластичного материала, которое упруго закручивается, обеспечивая податливость на некоторый угол закручивания, и передает крутящий момент на кольцо из твердого материала по плоскости их соприкосновения тоже за счет сил трения. Далее крутящий момент аналогично передается через чередующиеся вдоль оси вращения кольца из эластичного и твердого материалов вплоть до второго фланца шпинделя. Чем больше усилие осевого сжатия упругого соединительного элемента, тем больше трение по поверхностям соприкосновения между кольцами из эластичного материала с фланцами и с кольцами из твердого материала, а следовательно больший момент кручения допустимо передавать через упругосоедини- тельный момент без деламинации (расслоения) слоев эластичного с твердым материалом по границам раздела и без дисторзии всего шпинделя.

Шпиндель (фиг. 1) в зависимости от условий при соединении вращающихся валов (например, перекосы, несоосность и т.д.) выполняется или с присоединенными универсальными шарнирами (фиг. 2) или соединительными полумуфтами на фланцах (фиг. 3).

Выполнение шпинделя с универсальными шарнирами позволяет соединять валы для передачи крутящего момента с большими перекосами и повышенной несоосностью. В частности, такой шпиндель может быть установлен для передачи крутящего момента на валки прокатного стана. При незначительных перекосах и несоосности соединяемых шпинделем вращающихся валов целесообразно применять шпиндель с простыми соединительными муфтами, прикрепленными к фланцам. Незначительные перекосы соединяемых валов при работе вызывают биения в шпинделе с приводными полумуфтами, которые демпфируются за счет шарнирного соединения стяжной шпильки с фланцами через полусферу подшипника. При этом стяжная шпилька, кроме обеспечения в упруго- соединительном элементе предварительно напряженного состояния и центровки колец эластичного и твердого материалов на оси.

обеспечивает упругошарнирное соединение фланцев шпинделя через шаровые опоры, выполненные из полусфер подшипников скольжения. В шпинделе с универсальными

шарнирами стяжную шпильку 4 вводят в отверстие упругого элемента через сквозную прорезь на лопасти 8 и отверстие во фланце при снятых с лопасти деталях шарнира, а именно вилки 9 с проточкой, вкладышей 10 с буртом, и сухаре 11, вынутом из

прорези лопасти. В шпинделе с соединительными полумуфтами на фланцах стяжная шпилька вводится в отверстие упруго- соединительного элемента непосредственно через отверстия под соединяемые шпинде5 лем валы в полумуфтах. В обоих вариантах выполнения шпинделя передача крутящего момента от одного фланца к другому осуществляется через предварительно напряженный композиционный упругий элемент. При этом фланцы совершают относи0 тельно оси вращения крутильные колебания.

Таким образом, предлагаемый шпиндель обладает высокой надежностью. Механическая поломка щпинделя практически воз5 можна только в случае нарущения технологии применения (например, при чрезмерном затягивании гаек на стяжной шпильке, превышение предела прочности которой на растяжение приводит к ее разрыву, или при передаче через упругий элемент шпинделя

0 моментов кручения выше нормы на протяжении продолжительного времени, что приво дит к пробуксовке эластичного материала по поверхности твердого и, в итоге, к износу трением). При соблюдении технологии надежность щпинделя настолько высока, что

5 допускает кратковременные перегрузки без поломки за счет пробуксовки колец упругого элемента между собой. В этом случае шпиндель выполняет функцию предохранителя оборудования от поломок.

При применении шпинделя для соединения валов, находящихся на значительном удалении друг от друга, в длинном упругом элементе шпинделе достигаются высокие компенсационные свойства (например. при передаче крутящего момента на валки

5 рабочих клетей прокатных станов, которые, как правило, значительно удалены от электроприводов) за счет непосредственной передачи крутящего момента только через слои эластичного материала. В результате отсутствия прямой связи по передаче крутя0 щего момента через твердый материал момент передается через эластичный материал, который обладает большей упругостью и податливостью, чем твердый материал. Следовательно, предлагаемый шпиндель обладает большей податливостью к упругому

5 закручиванию, а это, в свою очередь, обеспечивает более высокие компенсационные свойства шпинделя.

0

Формула изобретения

Соединительный шпиндель преимущественно привода прокатной клети, содержащий приводной и ведомый фланцы и распокрутильных колебаний, вал выполнен составным из чередующихся вдоль оси вала слоев эластичного и твердого материалов и имеет цилиндрическую форму со сквозным центральным отверстием, при этом шпиндель

ложенный между ними упругий вал, отли- снабжен связывающей фланцы стяжной

чающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности компенсации

шпилькой, которая проходит через упомянутое отверстие.

крутильных колебаний, вал выполнен составным из чередующихся вдоль оси вала слоев эластичного и твердого материалов и имеет цилиндрическую форму со сквозным центральным отверстием, при этом шпиндель

снабжен связывающей фланцы стяжной

шпилькой, которая проходит через упомянутое отверстие.

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения и нредназначено для соединения валов при передаче момента кручения через предварительно напряженный упругий элемент, а также для привода прокатного стана. Цель изобретения - повышение надежности и эффективности компенсации крутильных колебаний шпинделя. Шпиндель содержит предварительно напряженный упругий соединительный элемент, составленный из чередующихся вдоль оси враш,ения эластичного 1 и твердого 2 материалов, заключенных между фланцами 3, и имеюш,ий форму цилиндра со сквозным центральным отверстием, в которое вставлена стяжная шпилька 4, шарнирно соединяющая фланцы 3 между собой. Крутящий момент от одного из фланцев передается другому через предварительно напряженный упругий соединительный элемент, 4 ил.

Ю 8

8 Ю П 3

Фи8.2

4 2