Шарнир универсального шпинделя

(53)Ч. Кл, В 2 В 35/14 с присоелинеиием заявки-Гоаударетаеииый канитет СССР ио делан иаабрвтвиий и открытийДата опубликования описания 25.09.81(72) Авторы иэобретеии Н. М. Потапов, И. В. Свирский, С. П.В. А. Головинский, А. А. Гостев и И. В. Демина,рукч.орс 3 сий Всесоюзный науч технологический(54) ШАРНИР УНИВЕРСАЛЬНОГ Е нсивныи износ, а такастиц крутящего момен вкладышей через суха ей, что приводит к носу этих элементов и ствие, их инже передачапо мере иэнои бурты вкладышускоренномуп алл а ь венно и реждевременному выходу из страрниров,Известны шарниры упинделей, в которых щверсальныхснижение не н вклаИзобретение относится к мет у гическому оборудованию, преимущестк конструкции универсальных шпинделей привода рабочих валков прокатных станов.В настоящее время для приводов рабочих валков, особенно для передачи больших крутящих моментов при необходимости сохранения минимальных радиальных габаритов, широко применяются шпиндели с универсальными шар нирами, содержащими вкладыши скольжения. Известны конструкции шарниров уни версальных шпинделей, содержащие вил ку с цилиндрической расточкой, плоскую лопасть с прорезью, размещенные между лопастью и вилкой вкладьппи скольжения и установленный во дышах сухарь Г 1 .Недостатком этих конструкций является н:равномерное распределение контактных сжимаюшнх напряжений по поверхностям вкладьппей, и, как следмерности распределения контактныхнапряжений по поверхностям вкладышей достигается благодаря размещению между вкларузшами и лопастью сегментов с плоской и криволинейной (преимущественно цилиндрической) поверхностями Г 23.Наиболее близкой к предлагаемомуявляется конструкция универсальногошарнира, преимущественно привода прокатного стана, включающего лопасть, 20lвилку, вкладыш, сухарь, камень иплоскоцилиндрические сегменты, размещенные между лопастью и вкладьппамиВ нем, благодаря статической оп- . ределимости, достигается лучшее, по сравнению с другими рассмотренными конструкциями, выравнивание удельных давлений по поверхностям вкладьппей. Это обеспечивается тем, что в расточках лопасти установлены вырав нивающие плоско-,.цилиндрические сегменты, а сопряжение камня с сухарем выполнено цилиндрическим.Недостатком вышеуказанных устройств является воэможность Остаточной неравномерности распределения удельных давлений (после регулировочного поворота сегмента), связанная с на,личием трения между цилиндрическими поверхностями лопасти и сегмейта. Эта неравномерность тем меньше, чем меньше коэффициент трения и радиус кривизны цилиндрической поверхности сегмента. Однако возможность уменьшения радиуса кривизны сегмента при сохранении его рабочей площади жестко ограничена из-за связанного с этим со-ответствующего ослабления сегмента и лопасти (в результате углубления расточки) .Цель изобретения - повьппение долговечности шарнира за счет повышения эфФективности выравнивания удельных давлений на поверхностях вкладышей при сохранении целесообразнык размеров элементов шарнира и его несущей способности.Укаэанная цель достигается тем, что шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода прокатного стана, включающий лопасть, вилку, вкладыши, сухарь камень и плоскоцилиндрические выравнивающие сегменты, размещенные между лопастью и вкладышами, снабжен ограничителями, закрепленными в лопасти и упругими элементами, преимущественно кольцевыми пружинами, установленными в паза выполненных на цилиндрических поверхностях сегментов вдоль их образующих, а на торцовых поверхностях сегментов выполнены бурты, взаимодействующие внутренней поверхностью с ограничителями, причем между. ограничителем,и буртом образован. зазор, величина которого меньше величины предварительной деформации упругих элементов.При этом достигается высокая эффективность выравнивания удельных дав лений на поверхностях вкладьппей и сег ментов, благодаря улучшению проворачиваемости сегмента в процессе самоустановки при нагружении,На фиг.изображен шарнир, разрез: по его оси; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 -узел 1 на Фиг.на фиг. 5 и 6 - схемы силовых взаимодействий в шарнире:при приложении и передаче крутящегомомента.Шарнир включает в себя лопасть 1,охватывающую ез вилку 2, имеющую цилиндрическую расточку, в которой размещены бронзовые или полимерные вкладьппи 3, В отверстиях, выполненныхво вкладышах 3, установлены цапфы сухаря 4, имеющего цилиндрическую расточку,которой он контактируетс цилиндрическим камнем 5, Камень 5имеет плоские боковые поверхности,которыми он взаимодействует с плоскими поверхностями прорези лопастиВкладыши 3 своими плоскими поверхностями контактируют с сегментами 6,имеющими плоские и цилиндрические25поверхности. На цилиндрических поверхностях сегментов 6 вдоль их образующих выполнены пазы, в которыхразмещены упругие элементы 7 (напри 30мер, кольцевые пружины), а на торцахсегментов 6 выполнены бурты (Фиг. 2),концентричные рабочим цилиндрическимповерхностям сегментов 6. На лопасти1 вдоль оси сегмента 6 у его торцовзакреплены ограничители 8, Расстоя 35 ние в от ограничителей 8 до дилинги".ричедкбй поверхности расточки в лопасти 1 под сегменты 6 выбрано большим толщины п бурта сегмента 6 на, величину, меныпую предварительной40 деформации упругого элеМента 7. Приэтом и зазор между ограничителем 8и буртом. сегмента 6 оказывается всобранном шарнире больше указаннойпредварительной деформации упругого45 элемента, Жесткость и предварительнаядеформация упругого элемента 7 выбрана таким образом, чтобы упругая силадеформируемого элемента превышаласуммарный вес сегмента 6 и вкладьппа 3..1 г50.Это обеспечивает прижим сегментовк вкладышам и размыкание цилиндрических поверхностей сегментов 6 и лопасти 1 при отсутствии нагрузки.Зазор, образованный между цилиндри ческимн повЕрхностями сегмента 6 и54506 55 на поверхностях этих вкладышей. Формула изобретения Шарнир универсального шпинделя,преимущественно привода прокатного Р 5 86не монтажного зазора, обеспечиваемого ходовой посадкой; а в изношенномшарнире - может достигать величиныпп-п, как это видно из фиг. 2, Кольцевой упругий элемент 7 выполнен навитым иэ стальной ленты. Это вызвано тем, что сочетание необходимыхжесткое.и и деформаций с достаточнойпрочностью элемента реализуется, дчяшарниров практически важных размеров,лишь при малой толщине стенки упругого элемента, что затрудняет его.выполнение цельным в виде полого цилиндра,В процессе нагружения универсального шпинделя крутящим моментом происходит самоустановка основных элементов шарнира (поворот лопасти 1 относительно вилки 2 и вкладьппей 3, камня 5 относительно сухаря 4) и самоустановка сегментов 6 при их проворотев расточках лопасти 1.В ненагруженном шарнире между расточками в лопасти 1, на которых зак,реплены ограничители 8 и сегментами 6(фиг. 5) фактически имеется зазор авеличина которого в зависимости от износа вкладьппей 3 может быть в пределахот величины зазора, обеспечиваемогоходовой посадкой,до величины (ш - пкогда бурты сегментов 6 упираются вограничители 8,При приложении крутящего моментана плоские поверхности диаметральнорасположенных сегментов 6 начинаютвоздействовать вкладьппи 3, при этом,до тех пор, пока не выбран зазор Ьмежду сегментом б и расточкой лопасти 1; на сегмент 6 действуют силы:равнодействующая Р удельных давле- .ний на его плоскую поверхность и реакция й упругого элемента 7. Когданеравномерность распределения удельных давлений велика, их равнодействующая Р (Р на фиг, 5) удалена отсередины сегмента 6, и силы Р 4 иВ образуют пару сил, разворачиМЭО.вающую сегмент 6 в сторону выравнивания удельных давлений. Разворотсегмента 6, исходя из условия обеспечения его равновесия,. прекращается .тогда, когда линии действия силР (Р на фиг. 5) и й,1 р совпадут. Приэтом равнодействующая Р сил удельного давления проходит в непосредственной близости от центра сегмента 6 в связу 1 с теи, что радиус упругого элемента 7 значительно меньше(как минимум на порядок) радиуса 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 цилиндрической поверхюсти сегмента6 и ширина полоски контакта упругогоэлемента 7 с сегментом 6 пренебрежимо мала по сравнению с шириной сегмента 6, это обеспечивает высокуюравномерность распределения удельныхдавлений на поверхностях вкладышей 3в направлении, перпендикулярном осиповорота сегмента 6 во время самоустановки.При нарастании усилия Р зазор ьвыбирается и в дальнейшем (при передаче номинального крутящего момента)сила Р значительно более, чем напорядок)превосходит силу упругостиВ 1 Пр деформированного упругого элемента 7 и уравновешивается практически контактными силами, действующими со стороны лопасти 1 на сегмент 6 по всей его цилиндрической поверхности, причем распределение удельных давлений как на плоской, так и нацилиндрической поверхностях сегмента 6 1 а следовательно, удельных давлений на рабочих поверхностях вкладыша 3 и лопасти 1) оказывается близ"кии к равномерному, благодаря саиоустановке сегмента 6 в процессе выбора зазора а в начале нагружения шарнира,После снятия нагрузки (например,обусловленной выходом прокатываемойполосы из рабочих валков или отключением стана) исчезают удельвае давления и результирующие силы Р, и упругие элементы, преодолевая усилиявеса элементов шарнира (сегмента,вкладьппа), отжимают сегмент от цилиндрической расточкн лопасти, вновь образуя между ними зазор А . Затем,при приложении нагрузки, цикл саиоустановки сегментов и передачи иииудельных давлений повторяется. Пожмо улучшения условий самоустановкисегментов, периодическое раскрытиезазоров д в процессе работы шарнираоблегчает поступление смазки на сопряженные цилиндрическое поверхности сегментов и лопасти.Предложенная конструкция шарнираобеспечивает повьппение его эксплуа- .тационной надежности за счет уменьщения износа элементов, прежде всего вкладышей, обусловленное равномерным распределением удельных давлений,стана, включающий лопасть, вилку,вкладыш, сухарь камень и плоскоцилиндрические выравнивающие сегменты,размещенные между лопастью н вкладышами, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения долговечности шарнира за счет повышения эффективности выравнивания удельных давлений на поверхностях вкладышей, онснабжен ограничителями, закрепленными в лопасти и упругими элементами,преимущественно кольцевыми пружинами,установленными в пазах, выполненныхна цилиндрических поверхностях сегментов вдоль их образующих, а на торцовых поверхностях сегментов выполо 8нены бурты, взаимодействующие внутренней поверхностью с ограничителями,причем между ограничителем и буртомобразован зазор, величина которогоменьше величины предварительной деформации упругих элементов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Целиков А. И. др. и Прокатныестаны. М., Иеталлургиздат, 1958,с, 158, рис. 173.2. Авторское свидетельство СССРУ 685375, кл. В 21 В 35/14, 1976.3. Азторское свидетельство СССРпо заявке В 2524646, кл, В 21 В 35/14,1977.865450 Составитесь Г. РостовКиселева Техред Л, Пекарь Корректор И, Демчик едак аказ 7935/16ВНИИПИ Госудзрпо делам н 91 13035, Иоскв Тираж 891 Подпиствеянаго комитета СССбретений и открытий