Втулка для подшипника на масляной пленке для прокатного стана

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам на масляной пленке для опоры шеек валков прокатных станов. Втулка имеет внутреннюю коническую секцию, торцевую секцию, установленную соосно с внутренней конической секцией, и наружную цилиндрическую поверхность, окружающую указанную внутреннюю коническую секцию, причем указанная наружная цилиндрическая поверхность выполнена с возможностью установки с вращением в гильзе подшипника и имеет диаметр D, составляющий по меньшей мере 500 мм. Внутренняя коническая секция выполнена с возможностью установки на наружной конической секции шейки прокатного валка и имеет угол конусности больше 3° и минимальную толщину от приблизительно 10 мм до 0,024D+14,5 мм. Шплинтовочные канавки расположены за пределами внутренней конической секции и исключительно на торцевой секции для предотвращения вращения втулки на шейке прокатного валка. Определенная степень упругой деформации втулки приводит к увеличению площади поверхности упора втулки на масляную пленку в зоне нагрузки опоры, что повышает допустимую нагрузку опоры. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к подшипникам на масляной пленке такого типа, который используется для установки с возможностью вращения шеек валков прокатных станов.

Предпосылки создания изобретения

Подшипник на масляной пленке для прокатного стана содержит втулку, установленную по оси на шейку прокатного валка и закрепленную на ней таким образом, что предотвращено ее вращение. Вокруг втулки установлена гильза, расположенная внутри подшипника, установленного на корпусе валка. При работе втулка устанавливается с возможностью вращения на тонкую масляную пленку, которая гидродинамически удерживается в зоне нагрузки подшипника между втулкой и гильзой.

Втулки могут быть выполнены либо с цилиндрической внутренней поверхностью для использования на цилиндрических или "прямых" шейках прокатных валков, либо их внутренняя поверхность может быть выполнена конической для использования на конических шейках прокатных валков. Кроме того, втулки могут быть "самофиксирующимися" или "нефиксирующимися". Самофиксирующиеся втулки фрикционно зафиксированы на шейке прокатного валка путем посадки с натягом, в то время как для нефиксирующихся втулок необходимы замки или подобные устройства для создания механического соединения с шейкой прокатного валка.

Настоящее изобретение направлено на улучшение конструкции втулки, имеющей внутреннюю коническую форму, для относительно больших диаметров шейки, составляющих по меньшей мере 500 мм и с изменяющимися углами конусности, которые составляют по меньшей мере 3°.

На фиг.1 такая втулка обозначена номером 10 как составная часть опоры 12 на масляной пленке для прокатного стана. Втулка 10 установлена с возможностью съема на конической секции 16 шейки валка и зафиксирована для предотвращения вращения на шейке валка с помощью замка 14 или подобного устройства. Вокруг втулки расположена гильза 18, которая закреплена на обойме 20 подшипника. При эксплуатации, как указано выше, втулка устанавливается с возможностью вращения на тонкой пленке масла (не показана), которая гидродинамически удерживается в зоне нагрузки подшипника между втулкой и гильзой.

На фиг.2 показано, что втулка 10 имеет внутреннюю коническую секцию 21 длиной L, торцевую секцию 22, которая выходит вдоль оси за пределы наружного торца внутренней конической секции, а также цилиндрическую наружную поверхность 23, окружающую внутреннюю коническую секцию. Цилиндрическая наружная поверхность имеет диаметр D (который также обычно называют диаметр "опоры"). Внутренняя коническая секция имеет угол α конусности, минимальную толщину t на ее внутреннем торце и максимальную толщину t’ на ее наружном торце, который расположен вблизи торцевой секции 22. Шплинтовочные канавки 15 взаимодействуют при механическом соединении с замками 14, причем как замки, так и шплинтовочные канавки расположены за пределами внутренней конической секции 21 и исключительно в пределах торцевой секции 22.

Диаметр D опоры и длина L внутренней конической секции 21 определяют размер и максимальную нагрузку подшипника. Угол α конусности определяет, является ли муфта самофиксирующейся или нефиксирующейся.

Когда такой тип подшипника с масляной пленкой был впервые установлен на прокатном стане в 1930-х годах, специалисты в данной области техники полагали, что достаточно, чтобы стенка втулки в зоне нагрузки имела минимальную толщину t, необходимую для того, чтобы противостоять упругой деформации втулки в условиях нагрузки, и также, чтобы максимальная толщина t’ была достаточной для предотвращения повреждения шплинтовочных канавок из-за нагрузок, возникающих под действием крутящего момента. При этом, как показано на графике, приведенном на фиг.5, для втулки с диаметром валка в диапазоне от 500-2100 мм минимальную толщину t обычно выбирали в диапазоне от 30 до 70 мм со средним значением t=0,024D+22,6, как представлено пунктирной линией на графике.

Этот конструктивный критерий оставался фактически неизменным до середина 1970-х годов, когда, как описано в американском патенте №4,093,321, специалисты в данной области техники посчитали разрыв внутренней конической секции шплинтовочными канавками как причину неоднородности размера прокатываемых продуктов. Для исправления этой проблемы замки и шплинтовочные канавка были выведены из внутренней конической секции 21 в занимаемое ими в настоящее время положение, расположенное исключительно в торцевой секции 22, как показано на фиг.1 и 2. Хотя это устранило необходимость поддерживать увеличенную толщину t’ на наружном торце внутренней конической секции, толщина втулки осталась неизменной из-за того, что некоторые специалисты в данной области техники продолжали полагать, что нагрузка, вызываемая упругой деформацией втулки, является вредной и должна быть устранена любыми средствами.

Краткое описание изобретения

В настоящее время, однако, обнаружилось, что вопреки общепринятому мнению определенная степень упругой деформации втулки является не только терпимой, но и предпочтительной, поскольку она приводит к увеличению площади поверхности упора втулки на масляную пленку в зоне нагрузки опоры. Это, в свою очередь, повышает допустимую нагрузку опоры. Таким образом, для заданного диаметра D опоры и угла α конусности может быть введена предпочтительная степень упругой деформации путем уменьшения минимальной толщины t, которая для заданной длины L и угла α конусности приводит к снижению толщины втулки по длине внутренней конической секции. Предпочтительно, уменьшение толщины t достигается путем увеличения размера отверстия втулки при поддержании постоянным диаметра D опоры. Это позволяет устанавливать втулки на шейку прокатного валка большего размера, что позволяет дополнительно усилить общую конструкцию.

Настоящее изобретение в основном направлено на повышение допустимой нагрузки относительно крупных подшипников на масляной пленке с нефиксирующимися втулками с внутренним конусом по меньшей мере на 10%, предпочтительно на 20% или больше, благодаря соответствующему уменьшению минимальной толщины t втулки.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на уменьшение размера и веса кованых заготовок или отливок, из которых вытачиваются втулки, что, таким образом, приводит к предпочтительному уменьшению затрат на сырье.

Эти и другие цели, преимущества и свойства настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематически изображает узел подшипника на масляной пленке такого типа, который используется в прокатных станах для установки с возможностью вращения на шейке прокатного валка; фиг.2 изображает продольное сечение в увеличенном масштабе не фиксирующейся втулки с внутренним конусом, изображенной на фигуре 1; фиг.3А схематично представляет ширину зоны нагрузки, когда обычная не фиксирующаяся втулка с внутренним конусом вращается под нагрузкой; фиг.3В изображает вид, аналогичный фигуре 3А, который схематично представляет увеличенный размер ширины зоны нагрузки, получающейся при уменьшении толщины t втулки, при тех же остальных условиях; фиг.4 изображает график сравнения нагрузок по периферии вдоль центральной линии втулки для втулок, изображенных на фигурах 3А и 3В; и фиг.5 изображает график, представляющий зависимость t/D для обычных втулок и втулок, модифицированных в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На фиг.3А, на которой размеры изображения несколько увеличены для иллюстрации, втулка 10а с диаметром D опоры и толщиной t_a представлена вращающейся по часовой стрелке под нагрузкой внутри гильзы 18. Образующееся напряжение по периферии вдоль центральной линии втулки 10а в секции 21 внутреннего конуса представлено на фиг.4 кривой S_а. Максимальное отклонение напряжения от его средней величины начинается при Θ₁ и увеличивается до максимального значения и затем снова уменьшается до минимального значения при Θ₂. Расстояние ω_a по дуге окружности между Θ₁ и Θ₂ представляет ширину зоны нагрузки, на которую опирается втулка благодаря гидродинамически удерживаемой пленке масла.

На фиг.3В представлена втулка 10b с таким же диаметром D опоры с уменьшенной толщиной t_b, которая работает при тех же условиях нагрузки. Уменьшенная толщина t_b предоставляет втулке большую свободу для упругой деформации под нагрузкой, что приводит к формированию напряжения по периферии вдоль центральной линии, представленной кривой S_b на фиг.4.

Как видно, максимальное отклонение напряжения от его среднего значения для кривой S_b также начинается при значении Θ₁ и после повышения до максимальной величины понижается до минимального значения при Θ₃. Расстояние ω_b по дуге окружности больше, чем ω_a, на величину ωΔ, причем ωΔ является результатом увеличенной упругой деформации втулки из-за уменьшения толщины втулки со значения t_a до значения t_b. Поскольку длина L внутренней конической секции 21 одинакова для обеих втулок, процент увеличения площади зоны нагрузки может быть вычислен как ωΔ/ω_a × 100.

В соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг.5, было определено, что по сравнению с подшипниками, содержащими втулки с обычным применяемым диаметром, с минимальной толщиной t=0,024D+22,6, может быть получено увеличение допустимой нагрузки от приблизительно 10% до 20% и больше при уменьшении минимальной толщины t в диапазоне от приблизительно 10 мм до 0,024D+14,5, предпочтительно от приблизительно 19 мм до 0,024D+7,4.

Минимальная толщина t=10 мм, предпочтительно 19 мм, обеспечивает достаточную структурную жесткость втулки для сопротивления деформации при относительно ограниченных усилиях, прикладываемых во время процесса машинной обработки, применяемого при формировании конечных продуктов из кованых заготовок или отливок. Однако, после того как втулка будет установлена на шейке прокатного валка, деформация под воздействием повышенных нагрузок при прокатке предпочтительно увеличивает площадь опоры втулки в зоне нагрузки.

Формула изобретения

1. Втулка для использования в подшипниках на масляной пленке такого типа, который используется для установки с вращением шейки прокатного валка прокатного стана, содержащая внутреннюю коническую секцию, торцевую секцию, установленную соосно с указанной внутренней конической секцией, и наружную цилиндрическую поверхность, окружающую указанную внутреннюю коническую секцию, причем указанная наружная цилиндрическая поверхность выполнена с возможностью установки с вращением в гильзе подшипника и имеет диаметр D, равный, по меньшей мере, 500 мм, причем указанная внутренняя коническая секция выполнена с возможностью установки на наружной конической секции шейки прокатного валка и имеет угол конусности больший, чем три градуса, и минимальную толщину от приблизительно 10 до 0,024D+14,5 мм, и средство механического соединения, расположенное за пределами указанной внутренней конической секции и исключительно на указанной торцевой секции для фиксирования для предотвращения вращения указанной втулки на шейке валка.

2. Втулка по п.1, в которой минимальная толщина t, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 19 мм.

3. Втулка по п.2, в которой минимальная толщина t предпочтительно не превышает 0,024D+7,4 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6