Шарнир универсального шпинделя

 

Изобретение относится к прокатному оборудованию, преимущественно к конструкциям универсальных шпинделей, передающих вращение и крутящий момент рабочим валкам прокатных станов под некоторым углом. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности при тяжелых режимах нагружения. Шарнир шпинделя состоит из втулки 2, вставленной внутрь обоймы 1. В полуцилиндрических пазах обоймы 1 и втулки 2 размещены бочкообразные тела качения 3. Осевое взаимодействие обоймы 1 и втулки 2 осуществляется прижатием штока 6 к диску 5 посредством пружины 4. Удержание смазки в полости шарнира обеспечивается уплотнительным кольцом 9. Байонетное кольцо 7 служит упором при передвижении втулки 2 в ее крайнее положение. Особенность конструкции заключается в выполнении устройства осевой фиксации тел качения в виде односторонних буртов, исполненных по крайней мере на одном торце самих тел качения, а на втулке 2 выполнена кольцевая выточка, куда входят указанные бурты. Внешняя сторона буртов выполнена сферической, а внутренняя - двухгранной, причем ребро сопряжения граней образует с поперечной осью шарнира угол, равный половине угла перекоса шарнира. Это позволяет телам качения свободно перекатываться в пазах обоймы и втулки при перекосе шарнира и быть зафиксированными от перемщения в осевом направлении. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к прокатному оборудованию, преимущественно к конструкциям универсальных шпинделей, передающих вращение и крутящий момент рабочим валкам прокатных станов под некоторым углом. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности при тяжелых режимах нагружения. На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого шарнира; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 расчетная схема для определения геометрических параметров буртов и выточек; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4. Шарнир универсального шпинделя содержит обойму 1, втулку 2, соединенную с валом шпинделя. В полуцилиндрических пазах обоймы 1 и втулки 2 размещены бочкообразные тела качения 3, на торцах которых имеется по крайней мере один односторонний бурт, входящий в выточку на втулке 2. Для осевого взаимодействия обоймы 1 и втулки 2 пружиной 4 к диску 5 подпружинен шток 6. Байонетное кольцо 7, размещенное во внутренней выточке обоймы 1, служит упором для втулки 2 с телами качения 3 в их крайнем положении. Крышка 8 жестко крепится к торцу обоймы 1 и фиксирует байонетное кольцо 7 от проворота. Уплотнительное устройство 9, размещенное в крышке 8 удерживает смазку в полости шарнира. При перекосе шарнира на угол α тело качения 3 перекрывается по пазам втулки 2 и обоймы 1 с перекосом относительно каждого из них на угол α/2. На фиг. 4 сплошной линией показано тело качения 2 с двумя односторонними буртами при нулевом угле перекоса, штриховой при перекосе на угол α/2 относительно паза втулки 2. Обозначения прямых в шарнире без перекоса: А-А линия, определяющая дно паза обоймы 1; В-В совпадающие друг с другом оси пазов обоймы 1 и втулки 2, а также продольная ось тела качения. При перекосе шарнира линия А-А перемещается в положение Е-Е, ось тела качения в положение С-С, точка М контакта тела качения 3 с пазом втулки 2 в положение N, а точка О пересечения ортогональных осей В-В и О-О в точку О^l. Из решения системы уравнений прямых В-В и С-С находятся координаты их пересечения в точке F. Затем путем несложных преобразований из Δ FKH находится катет КН, а FK^lH^l катет K^lH^l. Расстояние b от конца бурта до продольной оси В-В тела качения 3 определяется из условия обеспечения осевого взаимодействия бурта с выточкой втулки 2, при небольшом угле перекоса шарнира, т.е. должно быть b > + KH. Для роликовых шарниров, используемых в универсальных шпинделях прокатных станов, получено, что величина b составляет (0,6-1,0)d, где d наибольший диаметр бочки тела качения 3. Наибольшая толщина буртов с определяется из условия прочности на изгиб и срез при передаче шарниров крутящего момента в условиях осевых и угловых перемещений втулки 2 относительно обоймы 1. Расчетным путем установлено, что при с (0,4-0,8)d условие прочности соблюдается. Для обеспечения свободного перекоса буртов в выточках втулки 2 и двух плоскостях (плоскость рисунка и ортогональная ей плоскость, проходящая через ось В-В) торцы буртов имеют сферическую поверхность, радиус R, которой равен сумме R₁= + c где L длина бочки тела качения 3. При этом противоположные стороны буртов (со стороны бочки) выполняются двухгранными (см. фиг. 5) с углом наклона граней друг к другу равным π α, а ребро, образованное гранями, наклонено на угол α/2 к плоскости, проходящей через ось Q-Q. Учитывая сложность кинематики роликового шарнира, для исключения заклинивания буртов в выточках ширина последних l должна превышать наибольшую толщину бурта с на величину рабочих зазоров, которые составляют (0,02-0,03)с. Глубина выточки а должна быть несколько больше суммы K^lH^l + b. Для предлагаемых конструкций шарниров определено а (0,15-0,5)d. Геометрические параметры для тела качения 3 с одним буртом и одной выточкой во втулке 2 не будет отличаться от полученных. Применение предлагаемого шарнира универсального шпинделя позволяет за счет упрощения конструкции удешевить изготовление, снизить осевые габариты и металлоемкость, упростить сборку и разборку. Повышение надежности позволит сократить объем ремонтных работ, простои прокатных станов и повысить их производительность.

Формула изобретения

1. ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ, содержащий обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых размещены бочкообразные тела качения, и устройство осевой фиксации последних, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности при тяжелых режимах нагружения, устройство осевой фиксации выполнено на телах качения в виде расположенных по крайней мере с одного торца односторонних буртов, а втулка выполнена с кольцевой выточкой, причем бурты размещены в указанной выточке, торцовая сторона буртов выполнена сферической с радиусом R (0,4 0,8) d + L/2, где d и L - соответственно наибольший диаметр и длина бочки тела качения, и сопряжена с последней, а противоположная ей торцовая сторона выполнена двухгранной, и ребро сопряжения граней образует угол с поперечной осью шарнира. 2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что расстояние от основания бурта до продольной оси тела качения составляет 0,6-1,0 диаметра тела качения. 3. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что угол между гранями равен π-α, а угол наклона ребра к поперечной оси шарнира α/2, где α угол перекоса шарнира.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5