шарнир шпинделя прокатного стана

Формула изобретения

Шарнир шпинделя прокатного стана, включающий зубчатую втулку, установленную на хвостовике шпинделя, зубчатую обойму с внутренней перегородкой, в которую запрессована консольная ось, расположенная в глухой расточке хвостовика шпинделя, и центрирующий сферический подшипник, отличающийся тем, что центрирующий подшипник выполнен в виде втулки, установленной на консольной оси по подвижной посадке, наружная поверхность втулки выполнена сферической и сопряжена с ответными внутренними сферическими поверхностями опорной и упорной втулок, установленных в глухой расточке хвостовика шпинделя, при этом на упорной втулке выполнен фланец, которым она закреплена на шпинделе в углублении, выполненном на торце его хвостовика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в трансмиссии привода прокатных валков, а также в трансмиссиях других тяжелых машин, в которых передача крутящего момента осуществляется с перекосом осей соединяемых валов.

Известен шарнир шпинделя прокатного стана, включающий зубчатую втулку, установленную на хвостовике шпинделя, зубчатую обойму и центрирующий сферический роликовый подшипник, установленный на конце хвостовика шпинделя (Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов, том 3. М.: Металлургия, 1981, с. 264 - 265, рис. У.4).

Недостатком аналога является несовпадение центров зубчатого зацепления обоймы и втулки и сферического подшипника, которые смещены один относительно другого по оси шпинделя. Это приводит к тому, что при перекосах обойма относительно втулки и наружное кольцо сферического подшипника относительно внутреннего поворачиваются не по концентрическим окружностям. Из-за этого в шарнире возникают избыточные связи, что вызывает быстрый выход из строя зубчатого зацепления и сферического подшипника.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является шарнир шпинделя прокатного стана, включающий зубчатую втулку, установленную на хвостовике шпинделя, зубчатую обойму с внутренней перегородкой, в которую запрессована консольная ось, расположенная в глухой расточке хвостовика шпинделя, и центрирующий сферический подшипник (авт. св. СССР N 1551437, кл. В 21 В 35/14, 1986).

Недостатком прототипа является выполнение сферического подшипника в виде двух крышек со сферическими поверхностями, закрепленных на хвостовике шпинделя, контактирующих с ответными сферическими поверхностями, выполненными на зубчатой втулке. При такой конструкции подшипника обеспечивается центрирование зубчатой втулки относительно хвостовика шпинделя, но не обеспечивается центрирование обоймы относительно втулки. В процессе эксплуатации возникает износ наружных поверхностей зубьев втулки, контактирующих с дном впадин между зубьями обоймы. Эти поверхности воспринимают вес шпинделя и радиальные нагрузки, возникающие при его вращении. Износ приводит к радиальному смещению обоймы относительно втулки и появлению между ними эксцентриситета. В результате возникают осевые и радиальные биения шпинделя и прокатных валков, которые отрицательно сказываются на качестве прокатываемых полос. При биениях на полосе появляются периодические отпечатки, из-за которых производится ее отбраковка или перевод во вторые сорта. Кроме того, биения вызывают быстрый износ зубчатого зацепления и выход шарнира из строя, а также отрицательно влияют на работоспособность всего оборудования главной линии прокатной клети - валков, муфт, шестеренных валков, подшипников рабочих и шестеренных валков. Это приводит к увеличению числа отказов оборудования, аварийных простоев прокатного стана и снижению его производительности.

Цель изобретения - повышение качества проката, работоспособности шарнира и оборудования главной линии прокатной клети, а также сокращение аварийных простоев и повышение производительности прокатного стана.

Поставленная цель достигается тем, что центрирующий подшипник выполнен в виде втулки, установленной на консольной оси по подвижной посадке, наружная поверхность втулки выполнена сферической и сопряжена с ответными внутренними сферическими поверхностями опорной и упорной втулок, установленных в глухой расточке хвостовика шпинделя, при этом на упорной втулке выполнен фланец, которым она закреплена на шпинделе в углублении, выполненном на торце его хвостовика.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен шарнир шпинделя прокатного стана.

Шарнир включает зубчатую втулку 1, жестко установленную на хвостовике 2 шпинделя 3, например по горячей посадке. Такая посадка обеспечивает возможность передачи больших крутящих моментов без дополнительных элементов крепления, например шпонок. На втулке выполнена зубчатая нарезка. Зубья 4 нарезки втулки выполнены бочкообразными с обработкой их наружной поверхности по сфере и находятся в зацеплении с зубьями 5 зубчатой нарезки обоймы 6. При этом наружные поверхности зубьев 4 втулки контактируют с дном впадин между зубьями 5 обоймы. Зубья обоймы выполнены укороченными, что в сочетании с бочкообразными зубьями втулки обеспечивает возможность их относительных перекосов с разворотом на некоторый угол вокруг центра зацепления 0, лежащего на пересечении продольной оси шпинделя и поперечной оси зубчатой нарезки втулки. Таким образом зубчатое зацепление обоймы с втулкой образует шарнир шпинделя.

Внутри обоймы 6 установлена перегородка 7, разделяющая обойму на 2 части - шарнирную и муфтовую часть 8, с которой сочленяется хвостовик прокатного или шестеренного валка. С целью упрощения изготовления перегородка 7 выполнена из диска, установленного по горячей посадке в расточке муфтовой части. Такая посадка обладает высокой несущей способностью и обеспечивает надежное соединение перегородки с обоймой.

В перегородку 7 запрессована консольная ось 9, расположенная в глухой расточке 10, выполненной в хвостовике 2 шпинделя. В расточке 10 также смонтирован центрирующий сферический подшипник, который выполнен в виде втулки 11, установленной на оси 9 по подвижной посадке. Наружная поверхность втулки выполнена сферической диаметром D с центром сферы, совпадающим с точкой 0 - центром зубчатого зацепления. Втулка 11 сопряжена с ответными внутренними сферическими поверхностями опорной 12 и упорной 13 втулок, установленных в глухой расточке хвостовика шпинделя. На упорной втулке выполнен фланец 14, которым она закреплена болтами 15 на шпинделе в углублении 16, выполненном на торце его хвостовика. Для уменьшения трения между контактирующими сферическими поверхностями диаметром D втулок 11, 12 и 13 втулка 11 выполнена из материала с более низким коэффициентом трения, чем у втулок 12 и 13, например, из бронзы или капролактама. Регулирование функционального зазора между сферическими поверхностями диаметра D втулок 11, 12 и 13 осуществляется с помощью пакета прокладок 17, установленных между фланцем 14 упорной втулки 13 и опорной кольцевой поверхностью углубления 16.

Для смазки зубчатого зацепления и центрирующего сферического подшипника в обойме установлена пробка 18. Герметичность шарнира обеспечивается с помощью узла уплотнения 19.

Благодаря применению центрирующего сферического подшипника, установленного в глухой расточке 10 хвостовика шпинделя на консольной оси 9, обеспечивается надежное центрирование обоймы относительно втулки. При этом нагрузки от веса шпинделя и радиальные нагрузки, возникающие при его вращении, не воспринимаются наружными поверхностями зубьев 4 втулки 1 и поверхностями впадин между зубьями 5 обоймы 6. Эти нагрузки воспринимаются сферическим подшипником и передаются от втулки 1 к обойме 6 (и наоборот) через консольную ось 9 и перегородку 7. Благодаря этому значительно уменьшается интенсивность износа зубчатого зацепления и исключается появление эксцентриситета обоймы относительно втулки. Снижаются осевые и радиальные биения шпинделя, прокатных и шестеренных валков. Устраняется образование периодических пятен вдавливания на полосе и повышается качество проката. Улучшаются условия работы, снижаются динамические нагрузки и повышается работоспособность оборудования главной линии прокатной клети. Снижаются аварийные простои прокатного стана из-за отказов оборудования главной линии и повышается его производительностью.

Так как сферический подшипник, образованный втулками 11, 12 и 13, установлен в глухой расточке хвостовика 2 шпинделя, который жестко связан с зубчатой втулкой 1, центры подшипника и зубчатого зацепления всегда совпадают и расположены в точке 0 - в центре шарнира независимо от относительных осевых перемещений обоймы 6 и втулки 4. Это обеспечивает постоянное центрирование обоймы относительно втулки при работе шпинделя и также способствует улучшению условий работы зубчатого зацепления и повышению долговечности шарнира.

Шарнир обладает высокой ремонтопригодностью. Сборка и разборка шарнира осуществляется просто без больших трудозатрат и не требует специальных приспособлений. При сборке в расточку 10 хвостовика 2 шпинделя устанавливают последовательно опорную втулку 12, втулку 11, пакет регулировочных прокладок 17 и упорную втулку 13, которую крепят к шпинделю болтами 15. На втулку надевают обойму 6, вводя консольную ось 9 во втулку 11. После этого к обойме крепят узел уплотнения 19, который предварительно надевают на цилиндрическую часть втулки 1 с противоположной стороны, через пробку 18 закачивают пластичную смазку, и шарнир готов к работе. Разборку шарнира выполняют в обратной последовательности.

Таким образом предлагаемая конструкция шарнира шпинделя прокатного стана обеспечивает достижение поставленной цели изобретения и способствует повышению качества прокатываемого металла, работоспособности оборудования главной линии прокатной клети, сокращению аварийных простоев и повышению производительности прокатного стана.