Универсальный шарнир шпинделя привода прокатного стана

 

Использование: на прокатных станах как листовых, так и сортовых. Сущность изобретения: в шарнире, содержащем головку с сегментными вкладышами, взаимодействующими с лопастью, последняя выполнена в поперечном сечении в виде двутавра и размещена с возможностью взаимодействия с вкладышами своей стенкой, а боковые полки расположены по обе стороны головки . 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<„>5Q„, 1784315 А1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (st>s В 21 В 35/14, F 16 D 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ABTOPCKOMY CBNQETEJlbCTBY

Изобретейие отнк осится к металлургии и стием для центрирования упомянутых вкламожет быть йспользовано на прокатных ста-: — дышей. В данной конструкции каждый вкланах каклистовых,так игсортовйх. .. дйш выполнен из двух элементов, Известна конструкция шпчинДельноrc подйгртужиненных и контактирующих друг с устройства, содержащего шарниры с двумя другом. Это устройство позволяет уменьстепенями свободы. Ш пиндель в этой кон- - шить динамические нагрузки, однако, проч- ъ

Струкциисоедйненгсполумуфтами, надеты- ность лопаСтй, представляющей собой ми на валки через тонкостенные дискй плиту прямоугольного сечения с прорезью малой жесткости; что делает конструкцию (или с отверстием). недостаточна и часто О© ненадежной в эксплуатации., .: . происходят ее поломки, что снижает надежИзвестно также устройство. разрабо- ность конструкции. (.. г .. Ы танное фирмой "Volth Transmit" (ФРГ). В Цельизобретения-.обеспечитьповышеданной конструкции" предусмотрено приме- ние надежности и долговечности за счет по- (Я нение шарнира с подвижными цапфами, в вышения прочности шпиндельного которых использованы подшипники повы- соединения. шеннод прочйоеттки. Однако, ага конструк- Это достигается аа счет того,lTO е шарция ненадежна, а высокая стоимость нире шпинделя прокатного стана, включаюподшипников значительно увеличивает сто- щемтоловку шпинделя с установленными в имость всего шпиндельного соединения . ней сегментными вкладышами, взаимодейИзвестно устройство, которое включает . ствующими с лопастью, выполненной с отголовку шпинделя с установленнымй гв йейг — верстием, лопасть выполнена в rtoriеречном сегментными вкладышами, взаимодейству- сечении в виде двутавра и размещена с l303ющими с лопастью, выполненной с отвер- . можностью взаимодействия с вкладышами

1 (21) 4913697/27. (22) 22.02.91 (46) 30.12.92. Бюл. М 48 (71) Краматорский научно-исследователь ский и проектно-технологический институт машиностроения (72) M.ß.Áðîâìàí (56) Авторское сгвуидетегльствоу СССР

ЛЬ 1583199; кл, В 21 В 35/14, 1987.

Авторское свидетельство СССР

Ь 1518038, кл. В 21 В 35/14, 1987.

Авторское свидетельство СССР

Ь 1488047, кл. В 21 В 35/14, 1987.

2 (54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНЙР ШПИНДЕЛЯ ПРИВОДА ПнРОКАТЙОГО СТАНА (57) Использованйе: на йрокатныгх станах как листовых, так и сортовых, Сущность изобретения: в шарнире. содержащем головку с сегментными вкладышами, взачимодейст вующими с лопастью, последняя выполнена в поперечйом сечении в виде двутавра и размещена с возможностью взаимодействйя с вкладышами csoeA стенкой, а боковые полки расположейы. по обе стороны головки. 1 з.ri.ô-лы, 4 ил.

1784315 своей полкой, при этом боковые стенки лопасти расположены 10 обе стороны головки.

Кроме того, отношение ширины боковых стенок двутавра к толщине его средней стенки равно 4,0 — 5,0.

На фйг.1 показан общий вид шарнира шпинделя; на,фиг,2 -" то >ке, план; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг,4— расчетная схема, поясняющая повышение прочности.

: Шпиндель 1 содержит головку 2 с вилками 3,4 и установленными в них вкладышами 5,6 лопасть в виде двутавра, состоящего из стенки 7 и полых 8Я и выполненного с прорезью 10 для размещения сухаря 11, валок 12. Введено обозначение плоскостей контакта сегментных вкладышей со средней полкой лопасти B и С и плоскость боковой стенки Д.

Устройство работает следующим образом.

Шпиндель 1 передает крутящий момент от привода к рабочему валку прокатйой клети. Головка шпинделя 2 снабжена двумя вилками 3,4, внутренние поверхности которых выполнены цилиндрическими с центром в точке О (через эту точку проходит ось цилиндра). Вкладыши 5,6 выполнены сегментными, своими цилиндрическими поверхностями они взаимодействуют с вилками 3,4, а плоскими поверхностями, (по плоскостям В и С), с лопастью 7 вдоль В,С, вдоль которых имеет место скольжение при вращении шпинделя. Величина скольжения тем больше, чем больше угол перекоса

" шпинделя и валка, соединяемых данным ш амиром.

При вращении шпинделя 1-через вкладыши 5,6 создается давление на лопасть и вилки 3,4 приводят ее во вращение. В известных конструкциях лопасть имеет прямо..угольное сечение, а в заявляемой — форму двутавра с полкой 7, взаимодействующей с вкладышами 5,6, и двумя боковыми стенками 8,9 расположенными по обе стороны от головки шпинделя (и вилок 3,4).

Сечение лопасти имеет форму двутавра, в полке которого 7 выполнено обычно отверстие или прорезь 10. На поверхностях имеются канавки и каналы для подачй смазки, большая часть которых на фиг,1-3 не показана. Преобладающими (в случае прорези в полке 9) являются напряжения изгиба. На каждую головку стенки 7 действует давление с суммарным, усилием Р (фиг,4). Имеет место равенство

2Р!о = М, Р = 0 5— о (2) 4P — = — (1+ — + (— — 1)) (3)

Ь Ьз b1 b1

Z 6Н Ь 4Ь

Напряжения изгиба с учетом (3) равны

0 (1 + — + — (— -1) j (4)

6 М, Н b1 Ь1 Н -1

b 4Ь

45 а при шарнире известной конструкции (Н = h1b1= О) (г = cr поэтому вы6Мн

Ы1 игрыш s уменьшении напряжений изгиба

50 равен

A — Î "(1+3b1 Ь1 Н ) а Fl 4Ь 4ЬЬз

Ь1 12 h ЗЙЬ1

А = 4 b (h) + H + 4 H b (5)

Коэффициент А при — = 1; — = 3; — = 4

Ь1,b . I

h h h

4 1 3 равен А 12+4+4 3.4 — 1,64 где M — передаваемый шарниром крутящий момент, 4 — плечо силы Р относительно центра шарнира.

5 При равномерном распределении давления 4- а+ 0,5b, где размеры а (половина ширина прорези) и Ь показаны на фиг.4.

Если давление нарастает по линейному закону и максимально у наружного края по10 лки, то — а+-b: Р

2 M (1) г(а+3 b)

При расстоянии! до опорного сечения, 15 изгибающий момент в нем равен

Mg = Pl =

MI

2(а+ — Ь)

3 а напряжения изгиба

20 М- Z и=—

1 где Z — расстояние от оси "х" наиболее удаленной от нее точки сечения, I - момент инерции относительно оси.

25 В случае шпинделя, используемого в прототипе(сечение показано на фиг.4 с пунктирным участком), Ьh ° 1б bh

12 Z Ь

В данном сечении с полкой 7 и стенкой 8.

Нз Ьз + „з ь (— — <) ь Ф ь ьз ь1 Сн — Ii 2

12 48

1784315 а при — = 5, А = 2,08+ 0,20+ 0,05 = 2,33, что

Н показывает, что уменьшение напряжений может быть достигнуто в 1,6 — 2;3 раз, что при усталостном разрушении намного увеличит число циклов до разрушения (и долговечность). Обычно имеет место степеннал зависимость числа циклов от напрлжения с показателем степени 3 — 7, т;е. даже при минимальной его величине, равной трем, долговечность конструкции возрастает в (1,6 — 2,3) =4,1 12 раз. Однако высота стенок (8 и 9) должна соответствовать определенным соотношениям, поскольку при высокой прочности стенок возможна реализацил иной схемы разрушенил, при которой оно произойдет не в сечении Ef (фиг.4), . в опоре полки, рассматриваемой как консоль, а на более близком к силе P расстоянии lx < I, Конечно длл обычной консоли разрушение наиболее вероятно при максимальном изгибающем моменте, т.е. там, где величина

Ix — максимальная (в опорном сечении консоли). Однако, в описываемой конструкции мы имеем консольную балку 7, опертую сбоку на стенку 8 (в плоскости D). Поэтому в сечении стенкой 8, в плоскости, действуют (по площади1х х h) касательные напряжения и возможно разрушение на расстоянии, от силы Р: Ix меньшем всей длины консоли

I. Конечно. здесь изгибающий момент меньwe, чем в опорном сечении, и он равен

Мн= Plx,нозатоисиласреза, равная(t Ых), меньше, чем при Ix = I. Поэтому необходимо исследовать функцию Р(4) на экстремум.

Пусть сила Р в сечении на расстоянии Ix от нее создаст момент Plx, который уравновесится моментом сил в опоре консоли 7 (в плоскости параллельной оси х и плоскости ЕГ), и моментом касательных напряжений в плоскости Р, (перпендикулярной оси х, фиг.4). (Этот момент равен 6xh — 2 "= 0,5 х Ы, .

В предельном случае при достижении предела текучести

Or b h Vrhlx

°, 2, 2

P Ix — о — — + —;- у

ГдЕ Or — ПрЕдЕЛ тЕКуЧЕСтИ ПрИ раСтяжЕНИИ (сжатии), а у — при срезе.

Or

ЬЬ2 1 „1,К

6 Ix ЬЬ

Исследование (6) на экстремум дает выражение

= О.; — =, Ix = 0,76V5T (7)

12 b h а при

b=3h: 1х=h.

Подставив (7) в (6), получим силу

Р = 0,44 сг h Vb Г (8)

Если испольэуетсл конструкция, описанная в прототипе, то второй член в скобках выра10 . dp жения (6) отсутствует, всегда 1 < 0 и при

?х = Imakc = II Ро =

61 и величина выигР рыша в предельной величине силы A> = — =

"о

2,6 ?, (9)

При Ь =Çh; I =(2 — 3)h; А1=3,0 — 4,6.

Если Al < А, то произойдет разрушение всего сечения (полки 7 и стенки 8 одновременно), а если Л А, то вероятнее разрушение одной полки 7 и дальнейшее увеличение прочности стенки 8, например, 25 за счет увеличения размера Н, теряет смысл. Используя формулы (5) и (9) получаем условие разрушения всего сечения

2,64 Б=г 4 Ь 4 ) + Н (1 + 4 b )

I bl Н2 h ЗЬ1

1 11 4Ь

30 а при bi = ", Ь = 31 ;

m(Ф

1 Н2 1,25h

Прибли>кенное решение этого неравенства

Н

35 —:-6,0 — 7,4, а с коэффициентам запаса равным 1,5, (поскольку нецелесообразно принимать такие величины Н, при которых они уже не оказывают влияние на прочность детали, ведь ясно, что поломка полки 9 нару40 шает работоспособность узла, даже, если стенки 10,11 останутся неразрушенными), получим — = 4,0 — 5,0, чта доказывает оптиН мальность предложенного соотношения

45 размеров деталей конструкции, Снижение этой величины менее нижнего предела приведет к тому, что прочностные возможности конструкции не будут использованы, Если же будет превышен

Н верхний предел соотношения (— ), то излом

h полки произойдет без разрушения стенок, т.е, повышение прочности эа счет увеличенил размера "Н" будет бесполезным.

Формула изобретения

1. Универсальный шарнир шпинделя привода прокатного стана, включающий головку с установленными в ней сегментными

1784315 вкладышами, взаимодействующими с лопастью, выполненной с отверстием, в котором установлен сухарь, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, лопасть снабжена полками и 5 выполнена в поперечном сечении в виде двутавра, при этом полки лопасти расположены по обе стороны головки.

2. Шарнир по п.1, отл ича ю щи и с я тем, что отношение ширины полок двутавра к толщине его стенки равно 4,0-5 0, 1784315 л з

Составитель H. Диденко

Техред М,Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор С, Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4332 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5