зубчатая муфта шпинделя прокатного стана

Формула изобретения

Зубчатая муфта шпинделя прокатного стана, включающая вал шпинделя, напрессованную на его хвостовик зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении полую зубчатую втулку и узел уплотнения, отличающаяся тем, что узел уплотнения выполнен в виде гильзы с внутренней конической поверхностью, на конце упомянутой поверхности со стороны прокатного валка в кольцевой проточке установлен уплотнительный шнур с возможностью сопряжения с наружной поверхностью зубчатой втулки, на конце обоймы до ее зубчатой нарезки выполнена внутренняя проточка, в которой установлены кольцевой бурт, выполненный на торце гильзы со стороны зубчатого зацепления, и проходная крышка, закрепленная на торце обоймы и закрывающая бурт снаружи, при этом кольцевой бурт установлен во внутренней проточке с радиальным зазором и с осевым зазором с торцом зубчатой нарезки обоймы с возможностью перемещения в осевом зазоре, внутренняя поверхность крышки состоит из двух участков - конического, обращенного основанием конуса в сторону наружного торца гильзы, и цилиндрического, на котором в кольцевой проточке установлен уплотнительный шнур с возможностью сопряжения с наружной поверхностью гильзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в качестве зубчатой муфты шпинделя трансмиссии привода валков прокатного стана.

Известна зубчатая муфта шпинделя прокатного стана (аналог), включающая зубчатую обойму и находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку с муфтовой частью, соединенной с приводным хвостовиком рабочего валка (см. журнал "Сталь", 1987, N 7, стр. 53-55, рис. 2).

Недостатком аналога является расположение зубчатого зацепления муфты за пределами приводного хвостовика валка и образование ложного шарнира в соединении хвостовика с муфтовой частью при износе их сопряженных цилиндрических поверхностей. Это приводит к быстрому износу зубчатого зацепления и выходу муфты из строя.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является зубчатая муфта шпинделя прокатного стана, включающая вал шпинделя, напрессованную на его хвостовик зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении полую зубчатую втулку и узел уплотнения (см. А.А. Королев. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. М., "Металлургия", 1987 г., стр. 99-100, рис. II. 38).

В прототипе устранен недостаток аналогов в части расположения зубчатого зацепления, которое в прототипе находится в пределах длины приводного хвостовика валка. Это улучшает условия работы зубчатого зацепления. Однако и прототип обладает существенным недостатком, заключающимся в плохой герметичности узла уплотнения. Уплотнение выполнено в виде контактирующих шаровых поверхностей зубчатой втулки и крышки, закрепленной на торце обоймы, между которыми расположен уплотнительный шнур. Из-за несовпадения центров шаровых поверхностей втулки и крышки при относительных осевых перемещениях обоймы и втулки возникает интенсивный износ этих поверхностей и уплотнительного шнура. Износ приводит к быстрой разгерметизации уплотнительного узла, попаданию в него охлаждающей прокатные валки воды, загрязненной окалиной, вымыванию смазки из узла, быстрому износу зубчатого зацепления и выходу из строя муфты. Износ зацепления сопровождается увеличением в нем угловых зазоров и динамических нагрузок в трансмиссии привода валков, что снижает ее надежность. Нарушается центрирование обоймы относительно втулки, что приводит к радиальным биениям муфты и прокатного валка, вызывает периодическую разнотолщинность и ухудшает качество выпускаемого проката.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности зубчатой муфты, оборудования трансмиссии привода валков и качества проката путем повышения герметичности узла уплотнения муфты.

Поставленная цель достигается тем, что узел уплотнения выполнен в виде гильзы с внутренней конической поверхностью, на конце этой поверхности со стороны прокатного валка в кольцевой проточке установлен уплотнительный шнур, сопряженный с наружной поверхностью зубчатой втулки, со стороны зубчатого зацепления на торце гильзы выполнен кольцевой бурт, установленный с радиальным зазором во внутренней проточке, выполненной на конце обоймы до ее зубчатой нарезки, бурт снаружи закрыт проходной крышкой, также установленной в этой проточке и закрепленной на торце обоймы, при этом бурт установлен с осевым зазором с торцем зубчатой нарезки обоймы с возможностью перемещения в осевом зазоре, внутренняя поверхность крышки состоит из двух участков - конического, обращенного основанием конуса в сторону наружного торца гильзы, и цилиндрического, в котором в кольцевой проточке установлен уплотнительный шнур, сопряженный с наружной поверхностью гильзы.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 Зубчатая муфта шпинделя прокатного стана - общий вид.

Фиг. 2 Вид по стрелке А на фиг. 1.

Фиг. 3 Фрагмент B общего вида муфты на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Зубчатая муфта включает вал 1 шпинделя, на хвостовик 2 которого напрессована зубчатая обойма 3. В зацеплении с обоймой находится полая зубчатая втулка 4. Во втулке выполнен зев 5 для ввода приводного хвостовика прокатного валка, например, в виде лопасти. При передаче крутящего момента от шпинделя к прокатному валку лыски лопасти валка сопрягаются с плоскими поверхностями 6 зева втулки. На торце втулки, обращенном к шпинделю, установлена крышка 7, закрепленная на втулке болтами 8. Применение этой крышки повышает прочность втулки и ее нагрузочную способность. В крышке 7 запрессован палец 9, который является направляющим элементом для пружины 10. Пружина установлена в глухой проточке 11, выполненной в хвостовике 2 вала шпинделя. Пружина предназначена для постоянного поджатия зубчатой втулки 4 к хвостовику прокатного валка при относительных осевых перемещениях втулки 4 и обоймы 3. Для центрирования втулки 4 относительно лопасти валка в ней выполнен направляющий поясок 12, а в крышке 8 - глухая проточка 13, в которой расположен центрирующий торцевой хвостовик лопасти валка при его соединении с муфтой. Втулка 4 установлена в обойме 3 с возможностью относительного осевого смещения в зубчатом зацеплении. Смещение необходимо для компенсации изменения размерной цепи заменяемых элементов между прокатной клетью, а также для исключения разрушения элементов шпинделя при поломке прокатного валка или при перевалках.

Узел уплотнения муфты выполнен в виде гильзы 14 с внутренней конической поверхностью 15. Угол наклона образующей этой поверхности к оси конуса принимается равным максимальному углу перекоса обоймы 3 относительно втулки 4.

На конце конической поверхности 15 со стороны прокатного валка выполнена кольцевая проточка, в которой установлен уплотнительный шнур 16, сопряженный с наружной поверхностью зубчатой втулки 4. Со стороны зубчатого зацепления на торце гильзы выполнен кольцевой бурт 17, установленный с радиальным зазором ₁ во внутренней проточке 18 длиной L, выполненной на конце обоймы до ее зубчатой нарезки 19. Бурт 17 снаружи закрыт проходной крышкой 20, также установленной в проточке 18 и закрепленной своим фланцем на торце обоймы с помощью болтов 21. Фланец поджимается к торцу обоймы через уплотнительную прокладку 22. Бурт 17 установлен с осевым зазором с торцом зубчатой нарезки обоймы с возможностью перемещения в осевом зазоре ₂.

Внутренняя поверхность крышки 20 состоит из двух участков - конического 23, обращенного основанием конуса в сторону наружного торца гильзы 14, и цилиндрического 24, в котором в кольцевой проточке установлен уплотнительный шнур 25, сопряженный с наружной поверхностью гильзы. Для закачки пластичной смазки в зону зубчатого зацепления в обойме выполнены радиальные отверстия с пробками 26. Закачку производят через одно из отверстий при открытом другом до появления смазки из последнего, после чего закрывают обе пробки 26.

Узел уплотнения муфты работает следующим образом. При относительных перекосах зубчатой обоймы 3 и зубчатой втулки 4 в процессе передачи крутящего момента от привода к прокатному валку гильза 14 также наклоняется относительно крышки 20 и зубчатой втулки 4. Перекос обоймы 3 относительно втулки 4 происходит вокруг центра "О" зубчатого зацепления, лежащего на пересечении оси шпинделя с плоскостью Б - Б, проходящей через середину зубчатой нарезки 27 втулки, перпендикулярно оси втулки. Центр "О" в процессе работы шпинделя смещается вдоль его оси при относительных осевых смещениях обоймы 3 и втулки 4.

Перекос гильзы 14 относительно крышки 20, жестко связанной с обоймой, и относительно втулки 4 происходит соответственно на уплотнительных шнурах 25 и 16 вокруг центров O₁ и O₂, расположенных соответственно на осях обоймы 3 и втулки 4. При этом положение центра O₁ перекоса обоймы относительно втулки не влияет на характер контактного взаимодействия гильзы с уплотнительными шнурами 25 и 16. Исключается также и взаимовлияние контактного взаимодействия гильзы 14 с уплотнительными шнурами 25 и 16. Благодаря этому при соответствующих конструктивных упругих и прочностных характеристиках шнуров 25 и 16, а также кольцевых проточек под них на крышке 20 и гильзе 14 обеспечивается высокая герметичность узла уплотнения.

В процессе работы муфты при ее вращении с перекосом гильзы 14 относительно крышки 20 гильза 14 самоустанавливается в некотором стабильном положении относительно обоймы 3 и втулки 4. Это обеспечивается благодаря перемещению гильзы в сторону зубчатой нарезки 19 обоймы 3 в поле зазора ₂ при контактном взаимодействии бурта 17 с торцом крышки 20 при вращении гильзы с перекосом относительно крышки 20. Самоустановка гильзы достигается благодаря радиальному зазору ₁ между наружной поверхностью бурта 17 и внутренней цилиндрической поверхностью проточки 18 в обойме 3 и осевому зазору ₂ между буртом 17 и торцом зубчатой нарезки 19 обоймы 3. Самоустановка гильзы 14 относительно обоймы 3 и втулки 4 обеспечивает наилучшие условия работы уплотнительных шнуров 25 и 16 и максимальную герметичность узла уплотнения муфты.

Наличие конического участка 23 на внутренней поверхности крышки 20 обеспечивает отброс от уплотнительного шнура 25 под действием центробежных сил абразивных частиц окалины, пыли и других твердых включений, попадающих на гильзу 14 вместе с охлаждающей водой. Благодаря этому, повышается износостойкость и долговечность шнура, а соответственно надежность и герметичность узла уплотнения.

Высокая герметичность узла уплотнения муфты существенно улучшает условия работы зубчатого зацепления и повышает надежность муфты. Уменьшаются угловые зазоры в зацеплении, что способствует снижению динамических нагрузок в трансмиссии привода валков и повышению надежности ее оборудования - редукторов, валковых муфт, шестеренных клетей, шпинделей и прокатных валков. Обеспечивается надежное центрирование обоймы относительно втулки муфты, что уменьшает биение муфты и прокатного валка, снижает периодическую разнотолщинность прокатываемых полос и повышает качество выпускаемого проката.