РОЛИКОВЫЙ ШАРНИР
ROLLER HINGE

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а точнее, к роликовым шарнирам универсальных шпинделей главных линий приводов прокатных станов (трубных, сортовых, листовых).
Известен роликовый шарнир универсального шпинделя прокатного стана, а.с. СССР №1577898, кл. В21В 35/14, заявл. 04.04.88 г., опубл. 15.07.90 г., содержащий обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых размещены бочкообразные ролики с радиальным зазором δ, определяемым зависимостью:
, где:
R - радиус образующей бочки ролика,
r - наибольший радиус ролика,
α - угол перекоса в шарнире.
Основным недостатком известного роликового шарнира является неравномерность нагружения бочкообразных роликов при его перекосе, вызванная разной величиной радиальных зазоров в тангенциальном направлении между этими роликами и полуцилиндрическими пазами обоймы и втулки. Величина радиального зазора каждого ролика зависит от его положения относительно оси вращения, угла перекоса и радиуса образующей бочки ролика. Неравномерность нагружения бочкообразных роликов приводит к их перегрузке, износу, а также износу трущихся поверхностей обоймы и втулки. Все это снижает долговечность шарнира.
Из известных роликовых шарниров универсальных шпинделей прокатных станов наиболее близким по технической сущности является роликовый шарнир универсального шпинделя прокатного стана, описанный в патенте РФ №2210449, кл. В21В 35/14, заявл. 26.12.2001 г., опубл. 20.08.2003 г. Роликовый шарнир содержит обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых установлены бочкообразные ролики, удерживаемые в осевом направлении сферическими выступами втулки. Ролики имеют бочкообразный центральный участок с образующими в виде дуги и концевые участки, выполненные в виде симметрично расположенных относительно центрального участка усеченных конусов, обращенных к нему своими большими основаниями, при этом образующие конусов касательны к образующим центрального участка в их крайних точках. Радиус кривизны образующей бочкообразного центрального участка ролика определяется зависимостью:
0
0
R=K(R×sinβ-r), где:
K - коэффициент, выбираемый в пределах от 1 до 2, в зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к шпинделю, причем для шпинделей, обеспечивающих высокую точность прокатки, K=1, а для тяжелонагруженных шпинделей K=2,
0
R - радиус делительной окружности,
β - угол давления в контакте ролика с полуцилиндрическими пазами обоймы и втулки,
0
r - радиус центрального сечения ролика.
Такое конструктивное решение роликового шарнира позволит выровнять нагрузки по роликам при работе универсального шпинделя с повышенными углами перекоса и таким образом снизить их абсолютную величину. Однако предложенная в конструкции величина радиуса кривизны образующей бочкообразного центрального участка ролика не позволяет избежать трения в контакте роликов с цилиндрическими пазами обоймы при вращении шпинделя и качании обоймы с частотой вращения шпинделя относительно втулки вокруг центра шарнира на угол, равный углу перекоса. В результате из-за высоких давлений в зоне контакта происходит интенсивный износ рабочих криволинейных поверхностей роликов и цилиндрических пазов обоймы и втулки, снижение срока их службы и долговечности шарнира.
Задачей настоящего изобретения является создание роликового шарнира универсального шпинделя прокатного стана, позволяющего повысить его долговечность.
Поставленная задача достигается тем, что роликовый шарнир, содержащий обойму и втулку с полуцилиндрическими пазами, в которых установлены бочкообразные ролики, удерживаемые в осевом направлении сферическими выступами втулки, согласно изобретению снабжен полу цилиндрическими вкладышами, установленными в полуцилиндрических пазах обоймы, причем наружный радиус вкладышей равен радиусу полуцилиндрических пазов обоймы, внутренний радиус - радиусу полуцилиндрических пазов втулки, а длина вкладышей равна длине пазов обоймы. Кроме того, полуцилиндрические вкладыши могут быть свободно установлены в полуцилиндрических пазах обоймы и выполнены со сферически вогнутой внутренней поверхностью с радиусом кривизны в продольном сечении, равным двум радиусам кривизны ролика, внутренним радиусом в центральном поперечном сечении, равным радиусу полуцилиндрических пазов втулки, и длиной, равной длине ролика.
Такое конструктивное выполнение роликового шарнира позволяет повысить его долговечность благодаря установке вкладышей в полуцилиндрические пазы обоймы. В результате этого бочкообразные ролики контактируют с пазами вкладышей, а не с полуцилиндрическими пазами обоймы. Кроме того, в предлагаемой конструкции зона контакта бочкообразных роликов с полуцилиндрическими пазами обоймы перенесена в зону контакта вкладышей с пазами обоймы, т.е. контакт сферических поверхностей с цилиндрическими заменен на контакт двух цилиндрических поверхностей, в результате чего контактные напряжения значительно снижаются. Это позволяет уменьшить износ трущихся поверхностей основных деталей универсального шпинделя - обоймы, втулки и роликов, что увеличивает долговечность шарнира. Кроме того, в предложенной конструкции легко заменять износившиеся вкладыши.
В случае выполнения вкладыша со сферически вогнутой внутренней поверхностью радиус кривизны в продольном сечении равен двум радиусам кривизны ролика. Величина радиуса кривизны внутренней поверхности вкладыша обеспечивает перекос ролика на угол α/2, то есть в два раза меньше угла α перекоса между втулкой и обоймой. При меньшем радиусе произойдет заклинивание ролика, а при большем радиусе увеличатся контактные напряжения и ролик может выйти из контакта с вкладышем.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 изображен роликовый шарнир с полуцилиндрическим вкладышем в продольном разрезе,
на фиг.2 - поперечный разрез на фиг.1,
на фиг.3 - схема перекоса в шарнире с полуцилиндрическим вкладышем,
на фиг.4 - роликовый шарнир с полуцилиндрическим вкладышем со сферически вогнутой внутренней поверхностью в продольном разрезе,
на фиг.5 - схема перекоса в шарнире с полуцилиндрическим вкладышем со сферически вогнутой внутренней поверхностью.
Роликовый шарнир содержит обойму 1 и втулку 2 с полуцилиндрическими пазами 3 и 4 соответственно, в которых установлены бочкообразные ролики 5, удерживаемые от перемещения в осевом направлении сферическими выступами 6 и 7 втулки 2.
Кроме того, в полуцилиндрических пазах 3 обоймы 1 установлены полуцилиндрические вкладыши 8, наружной поверхностью контактирующие с пазами 3 обоймы 1, а внутренней - с бочкообразными роликами 5. При этом по первому варианту полуцилиндрические вкладыши 8 выполнены с наружным радиусом, равным радиусу полуцилиндрических пазов 3 обоймы 1, внутренним радиусом, равным радиусу полуцилиндрических пазов 4 втулки 2, и длиной, равной длине пазов 3 обоймы 1, и установлены в пазах обоймы неподвижно без осевого перемещения. По второму варианту полуцилиндрические вкладыши 8 свободно установлены в полуцилиндрических пазах 3 обоймы 1 и выполнены со сферически вогнутой внутренней поверхностью с радиусом кривизны в продольном сечении, равным двум радиусам кривизны ролика 5, внутренним радиусом в центральном поперечном сечении, равным радиусу полуцилиндрических пазов 4 втулки 2, и длиной, равной длине ролика 5.
Обойма 1 насажена на вал 9 шестеренной клети, а втулка 2 - на вал 10, через который передается вращение и крутящий момент рабочим валкам прокатной клети.
Предложенный роликовый шарнир работает следующим образом.
При передаче вращения и крутящего момента от шестеренной клети к прокатной роликовый шарнир обеспечивает перекос осей валов 9 и 10, то есть перекос обоймы 1 относительно втулки 2 вокруг центра 11 шарнира на угол перекоса α.
По первому варианту при повороте обоймы 1 вокруг центра 11 шарнира на угол перекоса α бочкообразные ролики 5 своей внутренней поверхностью без скольжения перекатываются по пазу 4 втулки 2 на угол α/2, а наружной поверхностью со скольжением перекатываются в полуцилиндрических пазах вкладышей 8, неподвижно установленных в полуцилиндрических пазах 3 обоймы 1 также на угол α/2. При этом исключается износ обоймы.
По второму варианту при повороте обоймы 1 вокруг центра 11 шарнира на угол перекоса α бочкообразные ролики 5 своей внутренней поверхностью без скольжения перекатываются по пазу 4 втулки 2 на угол α/2, наружной поверхностью без скольжения перекатываются по сферически вогнутой внутренней поверхности вкладышей 8 на угол, также равный α/2, при этом скольжение происходит в зоне контакта вкладышей 8 с полуцилиндрическими пазами 3 обоймы 1 при перемещении вкладышей в пазах в осевом направлении. В этом случае исключается износ ролика, а износ обоймы уменьшается.
Предложенная конструкция роликового шарнира универсального шпинделя прокатного стана по сравнению с известными позволяет повысить его долговечность благодаря уменьшению износа трущихся поверхностей его основных деталей - обоймы, втулки и роликов.