Шарнир универсального шпинделя

(504 В 2 В 35 14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт механизации труда в черной металлургии и Производственное объединение Ново-Краматорский машиностроительный завод(54) ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ(5) Изобретение относится к металлургическому оборудованию, преимущественно к конструкциям универсальных шпинделей главных линий прокатных станов. Цель изобретения - повышение надежности Гцарнира и упрощение конструкции. Упругие элементы 6 при сбросе нагрузки со шпинделя раздвигают сегменты 5. Такое положение сегментов позволяет им при последующем нагружении самоустанавливаться. Кольцевые выступы 1 и л обеспечивают более свободную самоустановку сегментов, а перенос фиксации сегментов 5 к ненагруженному концу лопасти 1 исключает концентраторы напряжений в опасных сечениях лопасти. Это существенно повышает устал остную прочность лопасти. То же относится к размещению упругих элементов. 7, 5 ил.Изобретение относится к металлургическому оборудованию, преимущественно к конструкциям универсальных шпинделей главных линий прокатных станов.Целью изобретения является повышение надежности шарнира и упрощение конструкции.На фиг.показан предлагаемый шарнир; на фиг. 2 - разрезы А - А и Б - Б на фиг. 1; на фиг. 3 - схема сил, действукгщих на сегмент при его выдвижении к вкладышам; на фиг. 4 - схема сил, действующих на универсальный шпиндель; на фиг. 5 - схема нагружения и эпюра изгибных напряжений в лопасти,Шарнир включает лопасть 1, охватывающую ее вилку 2 с цилиндрической расточной, в которой размецены бронзовые или полимерные вкладыши 3. В отверстиях, выполненных во вкладышах 3, установлены цапфы камня 4, контактирующего своими боковыми поверхностями с продольным пазом лопасти 1 и допускающего возможность ограниченного поворота лопасти 1 относительно камня 4 в плоскости уог. Вкладыши 3 могут быть выполнены разрезными, чтобы обеспечить в случае нереверсивного режима работы и соответствующего ему несимметричного износа вкладышей возможность независимого смешения полувкладышей вдоль оси г. В лопасти 1 выполнены цилиндрические расточки К, в которых размещены плоскоцилиндрические сегменты 5, своими плоскими поверхностями контактирующие с вкладышами 3. Растоцка К в лопасти 1 заканцивается у основания лопасти 1 галтелью радиуса г, близкого к радиусу Й сопряжения плоской поверхности лопасти 1. Вблизи внешнего торца лопасти 1 в ней выполнены поперечные цилиндрические пазы с выступами 1, а в сегментах 5 - цилиндрические бурты с выступами пг, Выступы 1 и т кольцевые, концентрицные с цилиндрической поверхностью К контакта сегментов 5 с лопастью 1. Торцовые поверхности буртов сегментов 5 контактируют с соответствующими поверхностями поперецных пазов лопасти 1, фиксируя тем самым сегменты 5 относительно лопастивдоль оси х, а между буртами 1 и ггг имеется зазор Л, ограничивающий возможное перемещение сегмента 5 по направлению к вкладышам 3 (вдоль оси г). Благодаря концентричности выступов 1 и ггг с поверхностью К, допускается относительный поворот сегментов 5относительно лопасти 1 в плоскости уоу. В лопасти 1 у ее внешнего торца выполнены отверстия, в которых размещены упругие элементы 6, преимущественно стальные витые пружины, подпружиниваюшие сегменты 5 через ползушки 7 в направлении их выдвижения к вкладышам 3. Упругие элементы 6 размещаются предпочтительно так, чтобы их ось находилась в продольной плоскости симметрии сегментов 5.2Расстояние а от центра шарнира до оси упругих элементов принято в пределах 0,3 - 0,5 ширины вкладыша 3. Нижняя граница (0,3) назнацена из условия отсутствия заклинивания в поступательной паре (при выдвижении сегментов 5 вдоль оси г под действием силы упругости пружины) с - а( - , (1) й 2 р 10 где 6 - плечо равнодействующих горизон тальных опорных реакций, действующих на бурт сегмента 5;г - коэффициент трения скольжения.Обозначим ширину вкладыша через Ь(фиг. 3), Тогда в реальной конструкции из "5 условия минимальных продольных габаритовлопасти 1 с= (0,60 - 0,65) Ь, из условия минимальных радиальных габаритов и технологичности сегмента 5 й: (0,05 - 0,08) Ь, а коэффициент трения не должен превышать для 20 обработанных стальных поверхностей величины 1 г=0,12 - 0,15. Поэтому из выражения(1) должно быть 25 Принято а ) О,ЗЬ.Верхняя граница а (0,5) обусловлена необходимостью прохождения линии действия силы Р внутри границ плоской рабочей площадки вкладыша 3, при этом обеспечиваются взаимный доворот и контакт сегмента 5 с вкладышем 3 по всей их плоской поверхности независимо от взаимных перекосов к моменту начала их контакта (фиг. 3).Зазор Л выполняется большим допускаемого износа вкладышей 3 и заведомо большим величины затяжки пружин 6 при сборке, а суммарное усилие Х.Р предварительного поджатия пружин при сборке обеспечивается большим половины модуля Ло разности веса бш шпинделя и усилия Рур, действующего на шпиндель со стороны уравновешивающего устройства: Как видно из схемы на фиг. 4 при выполнении условия (2) суммарное усилие затяжки пружин оказывается большим опорной реакции Яш, действующей на шпиндель со стороны его шарниров. Благодаря этому в ненагруженном шарнире при любом его положении обеспечивается прижим сегментов 5 к вкладышам 3 и вкладышей 3 к расточкам вилки 2 и полная определенность положения вилки 2 шарнира относительно лопасти 1, что практически исключает удары в шарнире на холостом ходу и в процессенагружения. При этом цилиндрические контактные поверхности К лопасти 1 и нена груженных сегментов 6 остают 30 35 40 45 50 55 а) с -- = (0,60 - 0,65) Ь ------- ; й (0,05 - 0,08) Ь 21 г2 (0,12 - 0,15)а ) (0,27 - 0,43) Ь.ся разомкнутыми вплоть до момента нагружения шарнира крутящим моментом. При наиболее традиционном для шарниров шпинделей 10 - 20 О;-м переуравновешивании Рур=1, - 1,2) 6 щ и величина РР практически должна превышать (0,10 - 0,20)Л 6. Из схемы (фиг: 4) также видно, что в шпиндельном устройстве без уравновешивания (Руг=О) усилие предварительной затяжки пружин должно превышать 0,56В процессе нагружения универсального шпинделя крутящим моментом выбираются зазоры (монтажные или образовавшиеся в процессе износа) между элементами шарнира, передающими нагрузку. При этом происходит самоустановка элементов шарнира: поворот в плоскости уОг лопасти 1 относительно вилки 2, вкладышей 3 и камня 4 и самоустановка сегментов 5 при их повороте в расточках лопасти 1. В процессе выбора зазоров сегменты 5, перемещаясь от вкладышей 3 к лопасти 1, сжимают через ползушки 7 упругие элементы 6, а между выступами 1 и пг появляется зазор Л. В процессе передачи нагрузки при вращении шпинделя сегменты 5 остаются неподвижными относительно лопасти 1, а необходимые подвижности шарнира обеспечиваются за счет скольжения по контактным поверхностям между вилкой 2, вкладышами 3, камнем 4 и сегментами 5. При сбросе нагрузки (выход полосы либо реверс стана) упругие элементы 6 вновь раздвигают сегменты 5, подготавливая их к самоустановке и выравниванию удельных давлений при последующем нагружении шарнира крутящим моментом.Напряжения изгиба Лг - М (фиг. 5) возрастают от нуля на внешнем торце до максимальных в сечениях, близких к окончанию паза лопасти 1. Так как поломки лопастей 1 носят, как правило, усталостный характер, влияние факторов концентрации напряжений при этом очень существенно. Поэтому перенос в предлагаемом шарнире узла фиксации сегментов 5 к ненагруженному внешнему торцу лопасти 1 и устранение при этом концентраторов напряжений из сечений, близких к сечению М - М, способствует существенному повышению усталостной прочности лопасти 1.Размещение упругих элементов 7 в лопасти 1 снимает жесткие ограничения размеров этих элементов, позволяет существенно упростить их конструкции и выполнить их с достаточными запасами по необходимому ходу, по усилию, по долговечности, что снимает вопрос о запасных упругих элементах.10 Таким образом, достоинством предлагаемого решения является повышение надежности шарнира и стойкости его отдельных элементов за счет упрощения конструкции, устранения концентраторов в опасных сечениях, снижения динамических нагрузок.15Формула изобретения Шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода рабочей клети прокат ного стана, включаюш,ий вилку, лопасть,вкладыши, камень, плоскоцилиндрические выравнивающие сегменты, размещенные между лопастью и вкладышами с возможностью поворота относительно лопасти в плоскости ее поперечного сечения, упругие 25 элементы, взаимодействующие с сегментамив направлении их выдвижения к вкладышам, фиксаторы положения сегментов относительно лопасти вдоль ее продольной оси и ограничители выдвижения сегментов, закрепленные в лопасти с зазорами относительно ЗО сегментов, отлинаюигийся тем, что, с цельюповышения надежности шарнира и упрощения конструкции, фиксаторы положения сегментов и их ограничители выполнены в виде размещенных у конца лопасти цилиндрических пазов с внутренними боковыми вы ступами и взаимодействующих с ними цилиндрических буртов с боковыми выступами, размещенными на цилиндрической поверхности сегментов, при этом зазор между соответствующими выступами не менее величи ны допустимого износа вкладышей, а упругие элементы отстоят от центра шарнира на 0,3 - 0,5 ширины вкладыша в сторону конца лопасти и предварительно поджаты.-,б) Редактор Заказ 35 Парфенов2 ароши ВНИИПИ Государственного к 113035, Москва Ироизводственно- поли графичСоставитель Г. РостовТехред И. ВересТираж 480митета СССР по делам иэоЖ - 35, Ра у шска я наб.,ское предприятие, г, Ужгор Корректор М. ШПодписноебретений и открытий ул Проектная 4