Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана

Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для соединения рабочих валков прокатных станов со шпинделем. Сущность изобретения: зубчатый шпиндель для привода валков прокатных станов содержит установленную на валу рабочего валка зубчатую втулку и связанную с ней через зубчатое соединение обойму, узлы уплотнения, ограничительные кольца, крышки, закрепленные на валу шпинделя, сферическую головку с направляющим стержнем и полумуфту, охватывающую обойму по шлицам. При этом размеры головки и направляющего стержня вала шпинделя связаны регламентирующим соотношением. За счет совмещения центра сферической головки вала шпинделя с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки-обоймы при совмещении обоймы и полумуфты по шлицам снижается радиальное биение обоймы относительно втулки, а также снижается изгибающий момент на концах соединяемых валов привода. 3 ил.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для привода валков прокатных станов.

Известен зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, содержащий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит обойму и две связанные с ней зубчатыми соединениями втулки, одна из которых установлена на валу валка, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения, сферическую головку с направляющим, закрепленным на валу шпинделя стержнем, а также шлицевое соединение, выполненное с внутренними зубьями на втулке и наружными на стержне шпинделя [1] Головка вводится во вторую втулку с помощью шлицевого соединения.

Недостатком данного шпинделя является снижение долговечности шпинделя вследствие биения в зубчатом соединении из-за несовмещенности центра сферической головки вала шпинделя с кинематическим центром зубчатого соединения, а также вследствие расположения сферической головки вне контакта с поверхностью отверстия втулки и выполнения шлицевого соединения, приводящих к ухудшению компенсирующей возможности шарнира при перекосе валов.

Из известных зубчатых шпинделей наиболее близким по технической сущности является зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, включающий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валов втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала. Причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы, а сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала. Шлицевое соединение выполнено с внутренними зубьями на обойме и наружными на полумуфте [2] Недостатком известной конструкции является возникновение смещенных в продольном направлении на некотором расстоянии друг от друга двух зон с возможностями угловых перемещений вследствие несовпадения центра сферы и кинематического центра зубчатого соединения с зоной хвостовика рабочего валка. Первая зона зона кинематического центра зубчатого соединения и совпадающего с ним центра сферической головки, вторая зона на хвостовике рабочего валка в его соединении с обоймой. Кинематически такая схема с учетом двух шарнирных головок, связанных с рабочими валками, превращает шпиндель в трехшарнирное кинематическое соединение. В результате существенно возрастают динамические нагрузки и уменьшается долговечность шпинделя.

Кроме того, в зоне шлицевого соединения возникает еще один шарнирный узел. Это связано с удалением этой зоны от кинематического центра зубчатого соединения и с невозможностью совмещения с ним, поскольку внутреннее расположение зубьев на обойме и наружное на полумуфте предопределяют их раздельное расположение на осевом расстоянии, превышающем полусумму их продольных размеров.

Задачей настоящего изобретения является создание зубчатого шпинделя, обеспечивающего уменьшение биения в зубчатом соединении и снижение динамических нагрузок.

Настоящая задача достигается тем, что в зубчатом шпинделе для привода рабочих валков прокатного стана, включающем узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валов втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы и сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала, согласно изобретению, втулка установлена на хвостовике валка, а обойма на валу шпинделя, шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме и внутренними на полумуфте, сферическая головка выполнена зацело со стержнем и имеет заходную переднюю часть.

Такое конструктивное выполнение зубчатого шпинделя обеспечит снижение динамических нагрузок и уменьшение биения в зубчатом соединении и, как следствие, повышение долговечности шпинделя.

Это достигается за счет: установки втулки на хвостовике рабочего валка, что позволит совместить центр сферы и кинематический центр зубчатого соединения с зоной хвостовика валка; выполнения шлицевого соединения согласно формуле изобретения, что позволит исключить дополнительные шарнирности, а при необходимости обеспечить возможность совмещения шлицев с зоной расположения зубчатого соединения; выполнения сферической головки зацело со стержнем и в контакте с поверхностью отверстия, что позволит уменьшить зазоры в зубчатом зацеплении и количество кинематических звеньев в нем и, как следствие, уменьшить биение в зубчатом соединении.

На фиг. 1 изображен зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатных станов, продольный разрез; на фиг. 2 то же, в момент подвода направляющего стержня шпинделя к отверстию валка: на фиг. 3 зубчатый шпиндель со шлицевым соединением, совмещенным с зоной расположения зубчатого соединения.

Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана содержит узел соединения шпинделя 1 с хвостовиком валка 2, который включает установленную на хвостовике валка втулку 3 с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре и связанную с ней через эти зубья обойму 4 с внутренними зубьями, установленную на валу шпинделя 1, узлы уплотнения 5, ограничители 6 осевого перемещения втулки в обойме, крышки 7, сферическую головку 8, выполненную зацело с закрепленным на валу шпинделя стержнем 9 и установленную беззазорно, по посадке с гарантированным натягом на валу шпинделя полумуфту 10, охватывающую обойму и связанную с ней посредством шлицевого соединения 11.

Шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме 4 и внутренними на полумуфте 10.

Сферическая головка 8 размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении 12 хвостовика валка 2 и имеет заходную переднюю часть А, сопрягаемую с торцевой поверхностью Б отверстия.

Центр сферы головки совпадает с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки и обоймы. Размеры головки 7, стержня 8, отверстия, вес шпинделя связаны следующим соотношением: где d₁ диаметр стержня, d диаметр сферы головки стержня; G - доля веса шпинделя, воздействующая на направляющий стержень; - наибольший угол перекоса втулки и обоймы шпинделя; l расстояние от кинематического центра зубчатого соединения до торца валка; l_cт длина стержня от центра сферической головки до опасного сечения; [_и] - допустимая величина напряжения изгиба направляющего стержня.

Пример конкретного выполнения. Зубчатый шпиндель имеет следующие параметры: _max 2^o 0,035рад; sin 2^o 0,035; d 80 мм; l 150 мм; l^mi_смⁿ 112 мм; l^ma_см^x 150 мм; G 1250 кг; [] 60 МПа 6000 кг/cм₂ 60 кг/мм².

Диаметр стержня (d₁) вычисляется, исходя из ограничения по двум критериям, определяемым из условия: 1) возможности перекоса стержня относительно валка на величину угла перекоса; 2) прочности стержня в опасном сечении 1-1 в зависимости от веса шпинделя.

Эти условия выражены соответствующими соотношениями: d₁ d-2lsin (I) (II) Величина d^I₁, определяемая из соотношения (I), составит: d^I₁ d^I_расч 80 2х150х0,035 80-300x0,035 69,5 мм.

Конструктивно принимаем d^I₁< d^I_{1 расч} и равным 65 мм.

Величина d^I₁^I, определяется из соотношения (II), составит: d^I₁^I=d^I₁^I=65 мм >d^I₁^I_расч31,5 мм Таким образом, диаметры стержня, сферы его головки, вес шпинделя, угол перекоса втулки в обойме, длина стержня, прочностные характеристики материала стержня удовлетворяют соотношению, предложенному для ориентации при разработке конструкции зубчатого шпинделя.

Устройство работает следующим образом.

Головку 8 со стержнем 9, закрепленным на валу шпинделя 1 заводят в отверстие 12 хвостовика валка 2 до сопряжения их заходных торцевых поверхностей А и Б. Полумуфту 10, закрепленную на валу шпинделя, центрируют относительно обоймы 4 до совмещения шлиц 11 полумуфты и обоймы. При перемещении полумуфты 10 в осевом направлении головка 8 вала шпинделя вводится в отверстие 12 и перемещается до совпадения центра сферы головки с кинематическим центром "К" зубчатого соединения втулки-обоймы.

Предложенный зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатных станов по сравнению с известными позволяет повысить долговечность зубчатого шпинделя за счет уменьшения биения в зубчатом соединении и снижения динамических нагрузок.

Формула изобретения

Зубчатый шпиндель для привода рабочих валков прокатного стана, включающий узел соединения вала шпинделя с хвостовиком валка, который содержит установленную на одном из соединяемых валков втулку с наружными зубьями, очерченными по дуге на внешнем контуре, связанную с ней через эти зубья обойму с внутренними зубьями, узлы уплотнения, ограничители осевого перемещения втулки в обойме, сферическую головку со стержнем, закрепленным на втором валу, причем центр сферы совпадает с кинематическим центром зубчатого соединения втулки и обоймы и сферическая головка размещена в контакте со стенками в цилиндрическом осевом углублении первого вала, а также шлицевое соединение обоймы с полумуфтой второго вала, отличающийся тем, что втулка установлена на хвостовике валка, а обойма на валу шпинделя, шлицевое соединение выполнено с наружными зубьями на обойме и внутренними на полумуфте, сферическая головка выполнена зацело со стержнем и имеет заходную переднюю часть.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3