Универсальный шпиндель прокатного стана

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(59 В 21 В 35 14 .г

Р -ай„

1 j3,ä

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф\

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3548199/22-02 (22) 07.02.83 (46) 15.02.84. Бюл. № 6 (72) М. Я. Бровман, А. И. Жабин, В. Н. Ромадин и Т. В. Сафронова (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (53) 621.771.2.06-88 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 791439, кл. В 21 В 35/14, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3362246/22-02, кл. В 21 В 35/14, 1982.

ÄÄSUÄÄ 1072939 А (54) (57) УНИВЕРСАЛЬНЫЛ ШПИНДЕЛЬ ПРОКАТНОГО СТАНА, содержащий вал, два шарнира с лопастями и вкладышами скольжения и взаимодействующие 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 .

1072939

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

Известен универсальный шпиндель, содержащий 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 шарнира 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 î,где a — 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 стана1 2 1.

В 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 шения 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 осносительно 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, жест10 ко соединенной с валом 4. Если угол перекоса в шарнире равен о/, 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 2Ro/. Скорость приближенно изменяется по синусоиде, опи20 сываемой формулой

V =@lysin ьО Г, гдеч — угловая скорость; —, время.

Мощность сил трения равна

N = ГмЯкз1п мгГ, 1 где F — сил а трен ия;

p — коэффициент трения;

P — сила нормального давления;

P = — "; М вЂ” передаваемый крутящий момент

В ! — плечо сил P.

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

Поэтому надо sin Хзаменить на абсолютную величину (sinet).

35 .N,- М (sin o

Поскольку за каждый оборот происходит вращение вокруг двух перпендикулярных осей х и у, то мощность трения по вторым поверхностям изменяется так же, но со сдви40 гом по фазе на 90 . Предполагая, что величиныу, 1 и R на обоих поверхностях близки и их можно приравнять, получим мощность трения по обоим поверхностям вкладышей . e

N = p ьойсс(15/п u_#_/+/sin(Nt+>)))

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

Учитывая, что si и (ий+ -) = соз ьдГи что полезная мощность равна N Ìì),получим

50 КПД равным

Ми> 1 мьоiЯ, 1+ a(f в1ви t/+/cos АКОП

Величина КПД в шарнире универсального шпинделя оказывается величиной переменной. Она изменяется с периодом, соответственно углу поворота шпинделя f =90, как показано плошной линией на фиг. 3 Функция

/япФф/созиЩ изменяется от 1,0 до 1.42 и

1072939 авиа 2

ЩигЗ

Составитель Ю. Зарапин

Редактор, Л. Авраменко Техред И. Верес Корректор Г. Решетннк

Заказ 253/6 Тираж 796 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 приближенно изменение КПД за оборот рав.но д = 0,42ф

Например, при ф =1,5, /м.=0,15, с< =12; (0,21 рад.)Ь =0,42,0,151,50,21=.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 шарпире максимальна, а в другом (пунктир на фиг. 3) в этом положении минимальна.

Если в обычном исполнении колебания

КПД равный =0,84 - -, то при исполнении лопастей под углом 45 bg =0,2 Д, 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.

10 Экономическая эффективность устройства определяется повышением его долговечности на 10% 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.