Расчет деталей узлов рабочей линии

Патентный обзор

 

Шарнир универсального шпинделя [2] (рисунок 5). Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано в приводах валков прокатных станов.

Цель изобретения – обеспечение повышения долговечности шарнира.

Формула изобретения. Шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода прокатных валков, который включает лопасть и вилку, между которыми установлены вкладыши, сухарь, камень и расположены между вкладышами и лопастью сегменты, отличныйтем, что, с целью обеспечения повышения долговечности шарнира, сухарь установлен в вилке с возможностью вращения относительно оси расточки вилки, а поверхности контакта сухаря с камнем выполнены сферическими.

Лопасть 1 охватывается вилкой 2 с цилиндровой расточкой, в которой расположены бронзовые вкладыши 3, своими плоскими поверхностями контактирующие с сегментами 4. Сегменты 4 своими цилиндровыми поверхностями контактируют с цилиндровыми расточками в лопате 1 и содержатся буртами этих расточек от смещения вдоль породільної оси шарниру.

Сухарь 5 своей цилиндровой внешней поверхностью, на которой выполнено наплавление (или закреплены накладки) антифрикционным материалом, установленный в центральной части цилиндровой расточки вилки 2. Плоскими параллельными боковыми поверхностями сухарь 5 контактирует с торцами вкладишем 3, содержась ими от поперечного смещения, а четырьмя выполненными на сухаре для удобства сбора плоскими выступлениями упирается в плоские рабочие поверхности вкладышей 3. Сухарь 5 имеет внутреннюю сферическую поверхность, по которой происходит контакт с сферическим камнем 6, который имеет плоские параллельные лиски, которыми он контактирует из проріззю лопасти 1.

Для удобства монтажа камня 6 сухарь 5 выполненный составляющим из двух частей, плоскость разъема которых проходит через центр сферы.

При изнашивании вкладышей 3 в процессе работы шарнира сегменты 4 самоустанавливаються в расточках лопасти 1, а лопасть возвращается в вилке относительно оси, благодаря соответствующий поворот камня 6 в сухаре 5 по сфере, и сохраняется равномерное распределение удельного давления на рабочих поверхностях вкладышей 3.

Рисунок 5 – Шарнир универсального шпинделя

Универсальный шарнир [3] (рисунок 6). Изобретение относится к поводам прокатных станов, но также может использоваться в поводах других машин, которые используют валы с универсальными шарнирами для соединения несоосных валов.

Цель изобретения – уменьшение изнашивания шарнира путем увеличения плоскости контакта поверхностей трения и снижением контактных давлений, сокращение времени перевалки путем исключения вспомогательных операций по установлению компенсаторов изнашивания, а также компенсация неравномерности износа деталей, которые противолежат поверхностям трения шарнира.

Формула изобретения: 1) Универсальный шарнир, преимущественно привода прокатной клети, который содержит лопасть, вилку, расположенные между лопастью и вилкой вкладыши, соединенные между собой осью, и компенсаторы изнашивания с упругим элементом, отличныйтем, что с целью уменьшения изнашивания шарнира путем увеличения плоскости контакта поверхностей трения и снижения контактных давлений, компенсаторы изнашивания выполнены в виде установленных между лопастью и вкладышем клиньев с сферической головкой, которая взаимодействует с толкателем, расположенным в вилке по ее оси и он опирается на упругий элемент; 2) Шарнир, отличный тем, что с целью компенсации неравномерности изнашивания противоположных поверхностей трения шарнира, толкатель выполнен в виде основы и шарнирно установленного на нем коромысла, на соответствующее плечо которого опирается сферическая головка каждого из клиньев.

Универсальный шарнир содержит лопасть 1, связанную с прокатным валком, и вилку 2, установленную на валу шпинделя, который передает вращение от двигателя клети к валку. Между цилиндровыми поверхностями щек вилки и лопастью установлении вкладыши 3, соединении между собой осью 4 и компенсаторы 5 изнашивания, каждый из которых выполнен в виде цилиндрового клина, который контактирует с наклонными поверхностями 6 лопасти и плоской поверхностью 7 вкладыша. Головки 8 компенсаторов выполнены сферическими и взаимодействуют с коромыслом 9 толкателя, которое шарнирно установлено на основе 10, которая опирается на упругий элемент 11, установленный в цилиндровой расточке вилки. Каждый компенсатор обеспечен кронштейном 12, что взаимодействует с расположенным между ним и лопастью упругим элементом 13. Компенсаторы установленные в пазах лопасти и прижатые к ней через упругий элемент 14 с помощью булавок 15.

Шарнир универсального шпинделя [4] (рисунок 7). Изобретение относится к металлургическому оборудованию, преимущественно к приводам рабочих валков прокатных станов.

Цель изобретения – повышение срока службы шарнира путем создания возможности оптимального сочетания материалов трущихся пар и усиления вкладыша.

Формула изобретения. Шарнир универсального шпинделя, который включает лопасть, вилку, установленные между вилкой и лопастью вкладыши, соединительный сухарь и расположенные между каждым вкладышем и лопастью в расточках одного из этих элементов цилиндровые сегменты с буртами, отличныйтем, что,

Рисунок 6 – Универсальный шарнир

Рисунок 7 – Шарнир универсального шпинделя.

с целью повышения срока службы шарнира путем создания возможности оптимального сочетания материалов трущихся пар и усилением вкладыша, расточки под сегменты выполненные в лопасти шарнира. При передаче крутящего момента от вилки 2 к лопасти бронзовые вкладыши 3 передают окружное усилие через пару диаметрально расположенных сегментов 5 на лопасть 1. Под действием окружного усилия сегменты 5 самоустанавливаються в цилиндровых расточках лопасти 1, обеспечивая равномерную контактную нагрузку на рабочих поверхностях шарнира.

Шарнир универсального шпинделя[5](рисунок 8). Изобретение относится к прокатному производству и может быть применен в приводных шпинделях прокатных станов.

Цель изобретения – увеличение срока службы шарнира путем обеспечения регуляции представления смазки в зависимости от угла перекоса в шарнире.

Формула изобретения. Шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода прокатного стана, который содержит головку, лопасть и сегментные вкладыши с устройством для их смазки, выполненные в виде плунжера насосу, расположенного в головке шпинделя, отличныйтем, что, с целью регуляции представления смазки в зависимости от угла перекоса в шарнире, насос расположен в углублении головки так, что ось плунжера параллельна оси шпинделя и торец плунжера упирается в торец лопасти шарнира.

Шарнир универсального шпинделя образуется лопастью 1 со стороны валка, головкой (вилкой) 2 шпинделя 3, сегментными вкладышами 4 и сухарем 5. Устройство для смазки вкладышей выполнено в виде четырех насосов плунжеров 6, которые расположены попарно в головке шпинделя 2 диаметрально противоположно друг другу с возможностью взаимодействия торцов плунжеров 7 насосов с торцом лопасти 1 шарнира. Емкостью 8 для масла служит цилиндровая расточка, которая выполнена в теле головки 2 шпинделя по его оси. В емкости 8 расположен поршень 9, подпружиненный пружиной 10. С помощью смазочных каналов 11 емкость 8 соединенная с полостями насосов 6, при этом нагнетательная полость каждого насосу соединенная каналами 12 с определенным смазочным местом вкладышей 4.

 

Рисунок 8 – Шарнир универсального шпинделя.

 

Для заправки емкости 8 маслом служит канал 13 с обратным клапаном 14. Для соединения с атмосферой воздушной полости емкости 8 служит отверстие 15.

Шарнир универсального шпинделя[6](рисунок 9). Изобретение относится к машиностроению и может быть использован в поводах рабочих валков клетей прокатных станов.

Цель изобретения – увеличение долговечности шарнира путем предотвращения возможности передачи крутящего моменту нерабочим поверхностям вкладыша и обеспечения работы шарнира по расчетным схемам нагрузки.

Формула изобретения.Шарнир универсального шпинделя, который включает у себя разрезную лопасть, вилку с проточкой, вкладыши с буртом, смонтированные в проточке вилки, сухарь, который входит в отверстия вкладышей и связанный с лопастью по цилиндровой поверхности, отличентем, что, с целью повышения долговечности шарнира, проточка в вилке и бурт вкладыша выполнены сферическими с геометрическим центром в центре шарнира. Шарнир включает разрезную лопасть 1, вилку 2 с проточкой, вкладыши 3 с буртом, смонтированные в проточке вилки 2, сухарь 4, который входит в отверстия вкладышей 3 и связанный с лопастью 1 по цилиндровой поверхности. Соединение буртов вкладышей 3 с проточкой в вилке 2 выполнено по сферической поверхности с геометрическим центром в центре шарнира. По мере изнашивания плоских контактных поверхностей вкладышей 3 лопасть 1, возвращаясь по сегментным выпуклостям сухаря 4, хранит полноту контакта с вкладышами 3 и не должен возможности контактировать с сухарем 4, чем исключается передача моменту через сухарь 4.

При изнашивании цилиндровых контактных поверхностей вкладышей 3 они, возвращаясь по сферической поверхности проточки, выполненной в вилке 2, предотвращают возможности передачи моменту через бурты вкладышей 3.

Рисунок 9 – Шарнир универсального шпинделя

Шарнир универсального шпинделя[7]. Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к универсальным шпинделям, которые передают крутящий момент валковим машинам и механизмам.

Цель изобретения – повышение срока службы вкладышей.

Формула изобретения. Шарнир универсального шпинделя, преимущественно привода прокатной клети, который содержит лопасть и расположенные на нее сухарь и пару вкладышей, отличныйтем, что, с целью увеличения срока службы вкладышей, на обращенной к лопасти поверхности вкладышей выполнены симметричные скосы от середины к краям протяжностью (D-d) /2.

В процессе передачи крутящего момента, например, из лопасти 1 на вилку 3 вкладыша 2 и сухарь 4 обеспечивают этот процесс при изменении углов между осью головки и осью лопасти шпинделя. При этом поверхность вкладыша 2 контактирует с головкой 3, а другая поверхность контактирует с лопастью 1, обеспечивая передачу крутящего моменту. Через наличие зазоров между вкладышем и лопастью шпинделя их контакт при отсутствии скоса происходит не по всей поверхности, а лишь по периферии, которая приводит к концентрации контактного давления и, в конечном итоге, разрушению вкладыша.

Универсальный шарнир[8](рисунок 10). Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к универсальным шарнирам шпинделей поводов преимущественно прокатного оборудования.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности путем улучшения условий смазки.

Формула изобретения.Универсальный шарнир, отличныйтем, что, с целью повышения надежности и долговечности шарнира путем улучшения условий смазки, выводы каналов на поверхностях торцов размещены друг к другу под углом, ровным не более чем двум минимальным углам перекоса шарнира.

Универсальный шарнир состоит из полумуфт 1 и 2, связывающей их с помощью подшипников 3 и 4 крестовины 5 с внутренней полостью 6 и каналами 7 для подачи масла к радиальным 3 и упорных 4 подшипников. Каналы 7 для подачи масла выполнено по касательной к поверхности 8 внутренней полости 6 в направлении вращения шарнира.

Поверхность 8 внутренней полости 6 выполненная в виде поверхности вращения, а выводы 9 каналов 7 подшипников 3 и 4 расположено со стороны кинематического центра шарнира. Подшипников 3 и 4 с внутренними полостями 10 и размещенные друг к другу под углом β, величина которого не больше двух минимальных величин углов перекоса α шарнира (β ≤ 2α).

 

 

 

 

Рисунок 10 – Универсальный шарнир на подшипниках качения

 

Шпиндельное устройство [9] (рисунок 11). Изобретение относится к металлургии, а точнее к прокатному производству, и может быть использован для совершенствования конструкций шпиндельных устройств.

Цель изобретения - сокращение времени на перевалку.

Формула изобретения. Шпиндельное устройство, которое содержит полумуфту вала и универсальный шпиндель, вилку шарнира головка которого соединена с полумуфтой вала через лопасть и средство сцепления в виде смонтированного перпендикулярно продольной осе вилки центрирующего подпружиненного пальца с клином затягивания торца, причем, поверхности торцов вилки и полумуфты, обращения одна к другой, выполнены перпендикулярно рабочим плоскостям лопастей и цилиндровой формы с радиусами, которые имеют общий центр, отличноетем, что, с целью сокращения времени на перевалку, цилиндровые поверхности торцов вилки и полумуфты выполнены эксцентрически осе шарнира головки шпинделя, при этом эксцентрическое смещение оси цилиндровых поверхностей от оси шарнира головки шпинделя перпендикулярно продольной осе полумуфты.

При перевалке валков прокатного стана шпиндель 1 фиксируют от сдвигов относительно, например, стоек. Потом соединение вилки 4 головки 3 шпинделя 1 с полумуфтой 5 вала освобождают от центрирующего подпружиненного пальца 7 с клином 8 затягивания торца и возвращают вилку 4 вокруг оси шарнира 2.

Рисунок 11 – Шпиндельное устройство

 

При этом поверхность торца А вилки даже при небольшом повороте выходит из соединения 2 с поверхностью торца А полумуфты 5, исключая трение между ними при повороте вилки. За счет этого облегчается вивод вилки из лопасти полумуфты 5. После замены рабочих валков, соединения вилки 4 с полумуфтой 5 осуществляется в обратном порядке. При этом поверхности торцов А вилки 4 и полумуфты 5 входят в соединение при окончании поворота вилки 4, то есть когда продольная ось вилки 4 совпадает с продольной осью полумуфты 5.

Такое конструктивное выполнение шпиндельного устройства позволяет исключить контакт между поверхностями торцов полумуфты и вилки при повороте вилки за счет того, что ось цилиндровых поверхностей торцов вилки и полумуфты смещена относительно оси поворота вилки. При этом перпендикулярный сдвиг оси цилиндровых поверхностей относительно продольной оси полумуфты от оси поворота вилки обеспечивает даже при минимальной величине этого сдвига свободный выход из соединения друг с другом цилиндровых поверхностей торцов вилки и полумуфты при повороте вилки вокруг оси шарнира головки шпинделя, исключая трение между этими поверхностями при разъединении-соединении вилки головки шпинделя с полумуфтой прокатного валка, значительно облегчая тем самым эти операции и сокращая время на перевалку.

Вкладыш универсального шарнира скольжения [10] (рисунок 12) Изобретение относится к прокатному производству, в частности к устройствам главного привода прокатных клетей, и может быть использовано для передачи валкам рабочей клети вращения и крутящего момента.

Целью изобретения - является повышение стойкости и надежности работы, а также снижение динамических нагрузок.

1 - головка шпинделя; 2 - лопасть; 3 - сухарь; 4 - цапфа; 5 - центрирующая часть; 6, 7 - сегментный элемент; 8 - глухое отверстие; 9 - пружины; 10 - отверстие под цапфу; 11- фиксирующий замок.

Рисунок 12 - Вкладыш универсального шарнира скольжения

Формула изобретения: Вкладыш универсального шарнира скольжения, состоящий из центрирующей части, выполненной в виде сдвоенного клина с уклонами по краям и опирающихся на нее взаимно подпружиненных сегментных элементов, причем в центрирующей части выполнено отверстие под цапфу сухаря, а между поверхностями сопряжения головки и сегментных элементов выполнен фиксирующий в продольном направлении замок в виде выступа и соответствующего ему паза, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости и надежности работы за счет снижения динамических нагрузок, вкладыш снабжен дополнительным фиксирующим в продольном направлении замком, размещенным между контактными поверхностями элементов.

Универсальный шарнир [11] (рисунок 13) Изобретение относится к прокатному оборудованию, а именно к шпиндельным соединениям главных приводов прокатных клетей и приводов вспомогательного оборудования прокатных станов.

Цель изобретения - повышение долговечности шарнира при углах перекоса преимущественно 3 - 6º

Формула изобретения. Универсальный шарнир, содержащий внутреннюю и наружную обоймы с полуцилиндрическими продольными расточками, в которых размещены тела качения, и сепаратор, состоящий из двух дисков, каждый из которых взаимодействует с внутренней и наружной обоймами по 10 сферических поверхностям, центры которых расположены симметрично относительно центра вращения. На продольной оси шарнира, при этом внутренняя обойма зафиксирована относительно наружной при помощи дисков сепаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности шарнира при углах перекоса 3 - 6º, тела качения выполнены в виде роликов бочкообразной формы и установлены в расточках обойм с радиальным зазором.

 

1- внутренняя обойма; 2- наружная обойма; 3 - тела качения; 4 - два диска; 5 -крышка; 6 - уплотнительное кольцо; 7 - подпружиненная крышка.

Рисунок 13 - Универсальный шарнир

 

2 Подробное описание объекта проектирования

 

Устройство шпиндельное предназначено для передачи крутящего момента от электродвигателя главного привода через муфты к рабочим валкам.

Устройство шпиндельное состоит из двух универсальных шпинделей, кожухов, двух моторных полумуфт, стоек, механизма уравновешивания, подшипники скольжения.

Каждый шпиндель состоит из вала и двух головок (со стороны привода – головка шарнира на подшипниках качения, со стороны клети – головка шарнира скольжения на вкладышах), насаженных на вал шпинделя по посадке с гарантированным натягом. На валу шпинделя установлены разъемные подшипники скольжения с баббитовой заливкой. Материал шпинделя – легированная кованая сталь 40Х. Материал головок шарниров – сталь 40ХН.

Шпиндель снабжен универсальными шарнирами на бронзовых вкладышах. Шпиндель имеет две опоры в виде подшипников скольжения с баббитовой заливкой. Подшипники закреплены на балках.

Механизм уравновешивания предназначен для разгрузки универсальных шарниров от веса шпинделей и снижения динамических нагрузок в приводе клети.

Техническая характеристика шпиндельного устройства приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Техническая характеристика шпиндельного устройства

Наименование	Параметры
Долговременный момент, который передает один шпиндель, кНм
Скорость перевалки валков, м/с	0,05
Максимальный диаметр валков по буртам, мм
Минимальный диаметр валков по буртам, мм
Уравновешивание шпинделей	Грузовое

 

 

Продолжение таблицы 1

Наименование	Параметры
Максимальный подъём верхнего валка до упора, мм
Скорость перевалки валков, м/с	0,05
Наибольшие рабочие углы наклона шпинделей:
Верхнего шпинделя	5,200
Нижнего шпинделя	20
Диаметр тела шпинделя

 

3 Разработка мероприятий проекта

 

Выучив известные конструкции шпинделей я определил такие недостатки шарниров шпинделей на бронзовых вкладышах:

- Бронзовые вкладыши быстро изнашиваются их замена проводится приблизительно 1 раз в три месяца (со стороны привода);

- Бронза дорого стоит и проведение замены четырех вкладышей со стороны привода 4 разы в год наносит предприятию значительных потерь;

- В результате стирания контактных поверхностей вкладыша, между ним и головкой шпинделя образуются зазоры, что негативно влияет на качество поверхности писем;

- Конструкция универсального шарнира на бронзовых вкладышах ненадежная;

В рассмотренных раньше конструкциях универсальных шпинделей тоже есть недостатки, например в конструкциях по [2], [3], [5] основной недостаток – это сложность изготовления вкладышей, то есть стоимость вкладышей будет состоять не только из стоимости бронзы, но и из стоимости изготовления.

Конструкция универсального шпинделя по [4], в которой проточки производятся в лопате шарнира, также имеет свой недостаток – за счет проточки в лопате шарнира прочность лопасти будет уменьшена. Шпиндельное устройство с таким шарниром не способно передавать значительные крутні моменты.

Конструкция универсального шарнира по [7] имеет такой недостаток – при задании металла в валки прокатной клети, будет наблюдаться момент удара бронзовых вкладышей о щеки головки шпинделя, то есть значительно растет возможность возникновения аварии.

В своем проекте я предлагаю заменить со стороны привода универсальные шарниры на бронзовых вкладышах на универсальные шарниры на подшипниках качения. Конструкция такого шарнира похожа с конструкцией универсального шарнира НКМЗ, которая изображена на рисунку 4, но вместо роликовых конических подшипников нужно установить подшипники роликовые сферические двурядные, которые обеспечат надежную работу при угле перекоса до 6º в то время как наибольший угол перекоса шпиндельного устройства обжимного цеха – 5,72º.

Для установления с приводной стороны предлагаю конструкцию универсального шарнира на подшипниках качения конструкции УЗТМ, с максимальным диаметром головки шпинделя – 1780 мм, с незначительными доработками, а именно:

- Головку нужно изготовить с диаметром шипа, на который садит подшипник, діаметром 320 мм;

- Диаметр посадочного места для посадки тела шпинделя необходимо изменить из 678 мм до 600 мм с посадкой Н8.

Подшипник качения [12] – роликовый сферический двурядный 3003264, с такими параметрами:

- Внутренний диаметр d = 320 мм;

- Внешний диаметр D = 580 мм;

- Ширина В = 208 мм;

- Динамическая грузоподъемность С = 2870 кН;

- Номинальная частота вращения при густой смазке – 320 об/мин;

 

Расчет деталей узлов рабочей линии