ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ Советский патент 1996 года по МПК B21B35/14 

Описание патента на изобретение SU1601873A1

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а именно к шарнирным соединениям универсальных шпинделей главных линий приводов прокатных станов.

Цель изобретения повышение надежности, срока службы и нагрузочной способности.

На фиг. 1 изображен предложенный шарнир, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 положение ролика в плоскости перекоса шарнира; на фиг. 4 вид эпюры контактных давлений в поперечном сечении ролика; на фиг. 5 вид эпюр контактных давлений при асимметричном перекосе ролика относительно пазов в плоскости перекоса шарнира; на фиг. 6 положение элементов шарнира при его перекосе на предельный угол в плоскости перекоса; на фиг. 7 - положение ролика в плоскости, перпендикулярной плоскости перекоса, при перекосе шарнира на предельный угол.

Шарнир универсального шпинделя содержит обойму 1, втулку 2, соединенную с валом шпинделя. В цилиндрических пазах обоймы 1 и втулки 2 размещены бочкообразные ролики 3, для осевой фиксации которых на втулке 2 установлены гайки 4. Обойма 1 через шток 5 и диск 6 подпружинена в осевом направлении относительно втулки 2. В цилиндрической выточке торцовой части обоймы 1 размещено байонетное кольцо 7. Крышка 8 укреплена на торце обоймы 1 и своими выступами фиксирует от проворота байонетное кольцо 7. Внутренние диаметры кольца 7 и крышки 8 назначаются из условия обеспечения свободного перекоса шарнира до предельного угла. Уплотнительное устройство 9 удерживает смазку в полости шарнира. Выступы втулки 2, образованные пазами, снаружи выполнены бочкообразными.

Рабочая поверхность роликов 3 состоит из трех участков. Центральный участок является бочкообразным и образован дугой длиной Rαмакс,, где R - радиус бочки в ее продольном сечении; αмакс предельный угол перекоса шарнира. Концевые участки выполнены в виде усеченных конусов, расположенных симметрично относительно центрального участка, обращенных к нему своими большими основаниями, образующие конусов касательны к образующей дуге центрального участка в ее крайних точках.

Шарнир работает следующим образом.

Вращение и крутящий момент от втулки 2 к обойме 1 передаются через ролики 3.

Перекос шарнира на угол α сопровождается перекатыванием роликов 3 по пазам с перекосом относительно каждого паза на угол a/2 (на фиг. 3 положение дна пазов 1-1 и 2-2). Под нагрузкой "пятно контакта" бочкообразной поверхности ролика 3 с цилиндрическими пазами имеет форму полуэллипса, эпюра контактных давлений является куполообразной в продольном сечении ролика (эпюры I на фиг. 3) и в поперечном сечении (см. фиг. 4). Длина "пятна контакта" достигает 30-50% длины ролика 3. В случае асимметричного перекоса ролика 3 относительно пазов обоймы 1 и втулки 2 (см. фиг. 5), когда α1>α/2, α2< α/2, или наоборот, одна из эпюр контактных делений удлиняется, увеличивая плечо l1 приложения равнодействующей P1. При этом образуется момент Mв Р (l1 l2), возвращающий ролик в биссекторное положение, когда α12= α/2. Очевидно, что P1 P2 P и величинам Mв пропорциональна разнице величины α1 и α2 При воздействии изгибающего момента Ми и перекосе на угол αмакс, что имеет место, например, при поломке рабочих валков, происходит силовое замыкание внутри шарнира посредством контакта конических поверхностей концевых участков роликов 3 с пазами, как показано на фиг. 6 в плоскости перекоса шарнира. "Пятно контакта" ролика 3 с пазами, учитывая малость α, будет близко по форме к прямоугольному, а эпюра контактных давлений в продольном сечении ролика будет близка к равномерной прямолинейной (эпюра II на фиг. 4 при положении для пазов 3-3 и 4-4).

На фиг. 7 показано положение ролика 3 в пазах и эпюры контактных делений в плоскости, перпендикулярной плоскости перекоса. Прямыми 1-1, 2-2 и 3-3, 4-4 обозначены образующие пазов втулки 1 и обоймы 2 в сечении, совпадающем с плоскостью разъема. Эпюры контактных давлений в этом случае также близки к равномерным, а "пятна контакта" к прямоугольным. Силовое замыкание собственно в шарнире осуществляется упором поверхностей пазов в поверхности одного из концевых конусов роликов, расположенных в плоскости перекоса и в поверхности двух концевых конусов роликов, расположенных в плоскости, перпендикулярной плоскости перекоса. В промежуточных положениях при вращении шарнира упор происходит в один или два концевых конуса в зависимости от близости к указанным плоскостям и точности изготовления роликов и пазов.

Если длина дуги L, образующей бочкообразную поверхность центрального участка роликов 3, больше Rαмакс, то при перекосе на предельный расчетный угол αмакс не достигается контакт поверхностей пазов и концевых участков роликов (аналогично положению дна пазов 1-1 и 2-2 на фиг. 3). Силового замыкания в шарнире не происходит. Действие изгибающего момента Ми воспринимает кольцо 7. Многократные повторения воздействий Mи приводят к смятию, разрушению кольца 7 и одновременно торцовой части обоймы 1. Если длина дуги L меньше Rαмакс, то силовое замыкание в шарнире происходит при α<αмакс. В этом случае шарнир не обеспечивает требуемого угла перекоса α≅ αмакс. Поэтому необходимо α=Rlмакс.

Величина радиуса R бочки ролика в ее продольном сечении назначается из условия обеспечения перекоса шарнира на угол α≅ αмакс. Во избежание резких скачков контактных давлений кривизна ролика от величины R на центральном участке до R= ∞ на концевых участках должна изменяться плавно. Поэтому образующие концевых участков должны являться касательными к образующей центрального участка в точках сопряжений.

Длина концевых участков l роликов 3 назначается из условия равенства контактных давлений на концевых и центральном участках. При этом, исходя из допустимых давлений, рассматривается передача крутящего момента концевыми участками для случая предельного перекоса α=αмакс, а центральными участками
для перекоса меньше предельного α<αмакс.

Расчеты давлений, выполненные для роликовых шпинделей различных прокатных станов при реальных нагрузках, угла перекоса и геометрических параметрах шарниров, показали, что длина l концевых участков и наибольший диаметр бочки d взаимосвязаны следующим образом:
l (0,3-1,0)•d.

Приведем характерные параметры расчета для шарниров шпинделей, используемых в тяжелонагруженных приводах различных прокатных станов при крайних значениях соотношений l/d.

Роликовые шпиндели предназначены для работы при перекосе шарниров до 5o. Угол наклона образующей концевых участков роликов (см. фиг. 3) составляет половину этого угла. Поэтому без большой погрешности можно рассчитывать контактные давления на концевых участках по формулам для цилиндрических тел, одним из которых является цилиндр длиной l диаметром dc, соответствующим среднему диаметру конуса, а другим паз втулки или обоймы диаметром d1. Контактные давления определяются по известной методике. Учитывая, что E1 E2,
,
где ;
;
;
E 2 • 105 H/мм2.

Равнодействующая контактных давлений Р (см. фиг. 4) определяется

где М передаваемый крутящий момент,
R Do/2; β = π/6/ угол действия Р;
Do диаметр окружности расположения центров пазов.

Давления на контакте центрального бочкообразного участка ролика с пазом

где r d/2;
R радиус бочки ролика (см. фиг. 3);
Пр выбирается в зависимости от отношения В/А;
А 1/2 R; B 0,5 (l/r l/r1).

Наибольший диаметр бочки ролика d (см. фиг. 3) и диаметр пазов dп (см. фиг. 4) определяют исходя из зазоров для обеспечения перекоса шарнира, а также допустимых давлений на контакте бочка ролика паз.

Пример расчета роликового шарнира для шпинделя клетей N 6, 7 стана 2000 горячего проката, где передаваемый крутящий момент М 105 Нм. Исходные данные: d 79 мм, d1 80 мм, Do 570 мм, R 460 мм, α 3o.


Выполним оценку давлений σ1 и σ2 при l1 0,3 d и l2 d

Средние диаметры конусных участков d1c 78 мм, d2c 77 мм
Тогда

Для данного примера давления на контакте бочка ролика паз:


Пр 0,838 для В/А 0,1456,

Как видно (σ3≈σ1), равнопрочными являются бочка ролика и его концевые участки при l 0,4 d.

Аналогичные результаты по давлениям достигаются также при l d.

Предлагаемая конструкция шарнира позволяет снизить контактные давления на концевых участках роликов без увеличения их длины, что способствует уменьшению осевых габаритов и металлоемкости шарнира. Самоустановка роликов в бисекторное положение приводят к снижению из проскальзывания относительно пазов, износа рабочих поверхностей, а также улучшению кинематических характеристик шарнира и распределения нагрузки от передаваемого крутящего момента между роликами. Ограничение угла перекоса внутри шарнира при действии внешнего изгибающего момента посредством равномерного распределения усилий между всеми роликами предотвращает разрушение элементов шарнира и главной линии привода. Указанные факторы способствуют повышению надежности в приводах повышенной мощности, обеспечивая снижение ремонтных и эксплуатационных затрат, простоев прокатных станов.

Похожие патенты SU1601873A1

название год авторы номер документа
ШАРНИР ШПИНДЕЛЯ ПРОКАТНОГО СТАНА 2001
  • Уткин Б.С.
  • Айрапетов Э.Л.
  • Ершов Ю.Л.
  • Лагутин С.А.
  • Плахтин В.Д.
  • Закамаркин М.К.
  • Загуменнов А.П.
RU2210449C1
РОЛИКОВЫЙ ШАРНИР 2010
  • Уткин Борис Сергеевич
  • Майоров Владимир Викторович
  • Лунев Виктор Николаевич
  • Медведева Валентина Николаевна
  • Майоров Михаил Владимирович
  • Шевченко Сергей Олегович
RU2437730C1
ШАРНИР ШПИНДЕЛЯ ПРОКАТНОГО СТАНА 1994
  • Плахтин В.Д.
RU2089308C1
ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ 1988
  • Богданов А.Н.
  • Алексеенко Г.Я.
SU1494322A1
ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ 1990
  • Богданов А.Н.
  • Алексеенко Г.Я.
RU2076783C1
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР 1987
  • Богданов А.Н.
  • Алексеенко Г.Я.
  • Гостев А.А.
  • Преображенский Л.Н.
SU1432890A1
ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ 1987
  • Богданов А.Н.
  • Алексеенко Г.Я.
  • Гостев А.А.
  • Преображенский Л.Н.
SU1432891A1
ШАРНИР ШПИНДЕЛЯ ПРОКАТНОГО СТАНА 2006
  • Плахтин Владимир Дмитриевич
  • Немятов Андрей Владимирович
  • Харламов Владимир Федорович
  • Ивочкин Михаил Юрьевич
RU2309018C2
УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПРОКАТНОГО ВАЛКА СО ШПИНДЕЛЕМ 2000
  • Плахтин В.Д.
  • Сошневский Г.Е.
  • Кувшинников О.А.
  • Модеев А.В.
RU2188725C2
Универсальный шарнир 1988
  • Кузьмин Борис Георгиевич
  • Арсентьев Владимир Васильевич
  • Сопин Александр Александрович
SU1577898A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 601 873 A1

Реферат патента 1996 года ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а именно к шарнирным соединениям универсальных шпинделей главных линий приводов прокатных станов. Цель изобретения - повышение надежности, срока службы и нагрузочной способности. Крутящий момент от втулки 2 к обойме 1 передается через бочкообразные ролики 3. Особенность конструкции заключается в выполнении концевых участков роликов в виде усеченных конусов, которые сопряжены своими большими основаниями с центральным бочкообразным участком ролика. Образующие конусов сопряжены с образующей центральной части в его крайних точках по касательной, а длину пути центральной части определяют по зависимости. Длина оконцевых участков составляет 0,4-1,0 наибольшего диаметра бочки ролика. Это позволяет снизить контактные давления на концевых участках роликов, уменьшить их осевые габариты и улучшить распределение делений между роликами. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула изобретения SU 1 601 873 A1

1. Шарнир универсального шпинделя, включающий втулку и обойму, имеющие цилиндрические пазы, в которых размещены бочкообразные ролики, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, срока службы и нагрузочной способности, концевые участки каждого ролика выполнены в виде симметричных относительно центрального бочкообразного участка и обращенных к нему своими большими основаниями усеченных конусов, образующие которых касательны к образующей центрального участка в его крайних точках, при этом длина дуги образующей центрального участка равна Rαмакс, где R радиус образующей бочкообразной поверхности ролика; αмакс предельный угол перекоса шарнира. 2. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что концевые участки имеют длину (0,3-1,0)d, где d наибольший диаметр бочки ролика.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года SU1601873A1

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ 0
  • А. П. Чекмарев, А. А. Динник, В. М. Гор Нец, А. С. Малкин,
  • А. Н. Комаров, Ю. А. Динник, В. П. Галицкий, Т. Д. Килесо,
  • В. П. Швец В. В. Зеленский
  • Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт
SU329918A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Авторское свидетельство СССР N 839108, кл
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

SU 1 601 873 A1

Авторы

Богданов А.Н.

Урин Ю.Л.

Алексеенко Г.Я.

Молчанов О.Е.

Ядловский И.Ф.

Даты

1996-09-20Публикация

1988-12-12Подача