Университетский зубчатый шпиндель

СОЮЗ СОВЕТСКИКС ОЦИАЛИСТИЧЕСНИК А СПУБЛИК 19) ( 51)5 В 21 В 3 РЕТЕНИЯ(21) (22) (46) (71) кий и (72) хничес М.КасудАРстВенный кОмитетО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ 4093 256/31-0217. 07. 8623.03.90. Бюл. Н 11Всесоюзный заочный полинститут .В.Д.Плахтин, Н.Г,Канев,(54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЗУБЧАТЫЙ ШПИНДЕЛЬ(57) Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для привода валков прокат ных станов. Цель изобретения - упрощение изготовления, повышение грузоподьемности и долговечности шпинделя. Шпиндель содержит головку 1, обойму 2 и промежуточное кольцо 3. Особенность конструкции заключается в выполнении связи между этими тремя элементами с помощью групп зубьев, расположенных диаметрально противо- А1551437 5О положно, поверхности впадин которыхпараллельны оси шпинделя. Головкаи промежуточное кольцо в каждойгруппе зубьев содержат центральныезубья 22, имеющие шаровые поверхности, лежащие на взаимно перпен дикулярных осях и позволяющие центрировать соединительные элементы 13. Внутренние зубья обоймы и промежуточного кольца выполнены прямоточ,ными, а сопряженные с ними наружные,зубья кольца и головки - с наклонИзобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для привода валков прокатных 20станов.Цель изобретения - упрощение изготовления, повышение грузоподьемности и долговечности шпинделя.На фиг.1 изображен универсальный 25зубчатый шпиндель, общий вид; нафиг.2 - сечение А-А на фиг,1; нафиг.3 - узел 1 на фиг.2.Универсальный зубчатый шпиндельвключает вал шпинделя с головкой 1,обойму 2 и расположенное между нимипромежуточное кольцо 3, На внутреннейповерхности обоймы, наружной и внутренней поверхностях промежуточногокольца и наружной поверхности головки выполнены по две группы зубьев 47 с плоскими боковыми поверхностями,находящиеся между собой в зацеплении,В обойме 2 установлены сменные плоские пластины 8, закрепленные на болтах 9 и образующие зев для соединенияс лопастью валка. Внутри головки выполнена расточка, в которой на направляющем стержне 10 установлена пружина 11 для демпфирования осевых 45нагрузок. Стержень 10 запрессован вперемычку, выполненную внутри обоймы,Промежуточное кольцо 3 зафиксировано на головке 1 с помощью крышек12 и 13, закрепленных на головке 1болтами 14 и 15. На крышках и заплечиках промежуточного кольца выполнены шаровые поверхности 16 и 17, описанные радиусом К из центра зацепления 0, лежащего на оси шпинделя,которыми они контактируют между собой, Это обеспечивает возможностьразворота головки 1 относительно кольными боковыми поверхностями, приводящими при вращении шпинделя к замыканию зубьев по всей поверхности, а следовательно, к равномерному распределению контактных давлений. Промежуточное кольцо 3 имеет заплечики с шаровыми поверхностями, контактирующими с фиксирующими крышками 12 и 13, закрепленными на головке 1, Это допускает разворот головки 1 относительно кольца 3 вокруг оси, пер, пендикулярной оси шпинделя. 3 ил,ца 3 вокруг оси, проходящей через центр зацепления перпендикулярно оси шпинделя.Для герметизации зацепления и удержания в нем смазки установлены полукольца 18 и 19 с уплотнением 20, удерживаемым крышкой 21, закрепленной на торце обоймы винтами.Группы зубьев 7 и 6 на головке и внутренней поверхности промежуточного кольцаи 4 и 5 на обойме и на" ружной поверхности промежуточного кольца расположены диаметрально противоложно и находятся между собой в зацеплении с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях,Впадины между зубьями каждой иэ групп 4-7, а также выступы внутренних зубьев групп 4 и 6 на обойме и промежуточном кольце выполнены лежащими в плоскостях А, В, С, Д, Е, Р параллельных оси шпинделя, что обес" печивает простоту изготовления (нарезания) зубьев шпинделя.Поверхности выступов центральных наружных зубьев 22 на промежуточном кольце 3 и головке 1, расположенных на взаимноперпендикулярных осях И-М и И-И, выполнены шаровыми, описанными из центра зацепления радиусами К и К и контактирующими с впадинами между сопряженными внутренними зубьями на обойме 2 и промежуточном кольце 3 (фиг.3). По этим поверхностям осуществляется центрирование обоймы и промежуточного кольца относительно головки шпинделя. Поверхности выступов остальных наружных . зубьев промежуточного кольца и головки выполнены цилиндрическими с радиусами цилиндров К и К , оси514376контакт зубьев по всей боковой поверхности,При центрировании элементов шпинделя зубьями 22 с шаровыми поверхностями, расположенными диаметральнопротивоположно (фиг.3), угол ( можетбыть найден иэ решения прямоугольно"го треугольника АВС (фиг.3) 10 где=САВ -15 20 25 С учетом(2) 30 Иэ треугольника АОЕ слепует Где и - расстояние от центра зацепления до плоскости выступов прямобочных зубьев в исходном положении (на фиг.3показано пунктиром);, 40 Ь - ширина впадины между прямобочными зубьями.Расстояние 11, определяется с уче"том высоты между зубьев и зазоровДи 645 Подставляя значение (2) в (1) сучетом (3) и приравнивая ввиду малости углазначение зп:у, послепреобразований получим выражение дляопределения наклона боковой поверхности к оси зубьев Для создания контакта по всей 50 поверхности зубьев зацепления угол ( наклона боковой поверхности к оси зуба должен быть равен половине угла поворота соответствующего элемента шпинделя при выборе бокового зазора 55 до замыкания зубьев. Уголможет быть определен из условия, что при развороте головки или промежуточного кольца в поле зазора О произойдет(4 1 5 15 которых совпадают с осями М-И и И-И и пересекаются в центре зацепления О. Эти поверхности не контактируют с впадинами между внутренними зубьями обоймы и промежуточного кольца и выполнены с зазорами Д, и д между ними и впадинами (фиг.1).Поверхности выступов внутренних зубьев 4 на обойме и 6 на промежуточном кольце выполнены плоскими с эазо" рами Д, и Дмежду ними и поверхностями впадин между зубьями на промежуточном кольце и головке. Благода" ря такой конструкции шпинделя создается универсальный шарнир, обладающий двумя степенями свободы и обеспечивающий возможность передачи крутящего момента от головки к обойме шпинделя, или наоборот, при их перекосе.Внетренние зубья 4 на обойме и 6 на промежуточном кольце выполнены прямобочными, а находящиеся с ними в зацеплении наружные зубья 5 на промежуточном кольце и 7 на головке - с наклонными боковыми поверхностями и утолщением к основанию зуба.Благодаря этому обеспечивается контакт зубьев, находящихся в зацеплении, по всей боковой поверхности и равномерное распределение по ней контактных давлений. При этом резко уменьшается износ зубьев и повышает" ся их долговечность. Для удобства сборки и заполнения зацепления смазкой между зубьями выполняется монтажный зазор, минимальная величина которогоизмеряется щупом при накладывании его на плоскую наклонную.поверхность зуба.Аналогичный эффект может быть дос" тигнут и при выполнении зубьев с наклонными боковыми поверхностями и уменьшением их толщины к основанию. Однако в этом случае уменьшается прочность и усложняется изготовление зубьев. 3+3 ф 1 =4 гз 1 пу (1) угол между хордой АС й перпендикуляром АВ (ми" нимальным зазорОм 3 ), востановленным из точки А - ребра прямобочного зуба к наклонной поверхности зуба при замыкании зубьев зацепления; радиус-вектор точки А, описывающей дугу АС при выборе зазора между зубьямитого, чтоЕАВ=2 Ч и Е ЕАО= 2 Ьо Ъв Ьоео 9= -- ; созе=; с =-т - , (Э) Ьв2 гов зьп 9 Универсальный зубчатый шпиндельработает следующим образом. При передаче крутящего моментаот обоймы к головке, или наоборотпроисходит выбор боковых зазоров мЕжду зубьями, находящимися в зацеплвнии, с относительным поворотом элементов шпинделя одного относительно другого на угол 2, При этом замыкание зубьев происходит по всей их пОверхности контакта с равномерным распределением контактных давлений, Благодаря центрированию элементов ш инделя относительно его оси по шар вым поверхностям выступов зубьев 2 и наличию зазоров Ь, 6, Ь Ь о еспечивается передача крутящйх мом нтов от головки к обойме,или наоб рот, при достаточно больших углах и взаимного перекоса (до 15 ), опо р деляемых принятой величиной указ нных зазоров.П р и м е р, Определить угол Ч для следующих параметров зацепления универсального зубчатого шпинделя: Ь =220 мм; В=20 мм; о =0,5 мм. Подс авляя эти значения в (1), получим 0,001 или 0,057, 25При высоте прямобочного зуба Ьо= = 0 мм и зазорах Ь, =5 мм иЬ =5 мм ( я зацепления обойма-промежуточное к льцо) максимальная величина зазора м жду боковыми поверхностями зубьев 30 ( вершины зуба с наклонной поверхнЬстью) составит Змоко =0,53 мм. Применение таких зубчатых шпинделей обеспечивает повышение Грузо подъемности и их долговечности, что в свою очередь позволяет сократить простои прокатных станов на замене шпинделей и повысить их производительность на 10-154. Благодаря центрированию элементов шпинделя относительно его оси исключаются радиаль" ные биения шпинделей и прокатных валков, устраняется периодицеская продольная разнотолщинность прокатывав Мых полос, повышаются точность и качество выпускаемого проката.о- расстояние от централения до плоскости выпрямобочных зубьев вном положении;- ширина впадины междубоцными зубьями;- минимальный зазор межзубьями,ацепповсход рямо формула изобретенияУниверсальный зубчатый шпиндель, содержащий обойму, головку и располо /женное между ними промежуточное кольцо с выполненными на них группами зубьев с плоскими боковыми поверхностями, расположенными диаметрально противоположно и находящимися между собой в зацеплении, о т л и ц а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения изготовления, повышения грузоподъемности и долговечности шпинделя, поверхности дна впадин между зубьями каждой группы и наружные поверхности выступов внутренних зубьев наобойме и промежуточном кольце выполнены лежащими в плоскостях, параллельных оси шпинделя, наружные поверхности выступов зубьев промежуточного кольца и головки выполнены цилиндрическими, а их центральных зубьев, расположенных на взаимно перпендикулярных осях, - шаровыми, контактирующими с днами впадин сопряженных и внутренних зубьев обой" мы и промежуточного кольца, внутренние зубья на обойме и промежуточном кольце выполнены прямобочными, а находящиеся в зацеплении с ними наружные зубья на промежуточном кольце и головке - с наклонными боковыми поверхностями и утолщением к основанию зуба, причем угол наклона боковых поверхностей к оси зуба определяется соотношениемЬ - 12-Ь;8