ВАЛ С КАРДАННЫМ ШАРНИРОМ
SHAFT WITH BALL-AND-SOCKET JOINT

Изобретение касается вала с карданным шарниром, включающего в себя первый и второй участок шарнирного вала и прикрепленные, каждая, в частности, посредством винтовых соединений к области крепления первого и второго участка шарнирного вала опорные проушины, которые, каждая, одним концом выступают за соответственно согласованный первый или второй участок шарнирного вала и в этой выступающей области удерживают между собой цельно выполненную крестовину карданного шарнира, опирающуюся каждой цапфой в отверстии соответствующей опорной проушины.
Кроме того, изобретение касается правильной машины, имеющей некоторое количество правильных валков и привод для правильных валков, причем эти правильные валки установлены в сменной кассете и посредством шарнирных валов могут соединяться с главным редуктором.
Правка металлических полос происходит в правильных машинах, которые имеют несколько правильных валков, каждый из которых обычно приводится в движение посредством вала с двойным карданным шарниром. При правке металлических полос существует зависимость между толщиной и прочностью полос, с одной стороны, и необходимым количеством, а также диаметром правильных валков - с другой стороны. Поэтому для правки металлических полос с различными толщинами полосы на правильных машинах применяются сменные кассеты, которые укомплектованы, каждая, валками различного диаметра. Постоянно повышающиеся требования в области правки полос заставляют применять все более высокие моменты правки при одновременно меньших правильных роликах или правильных валках. Привод отдельных правильных роликов осуществляется, как правило, посредством узла двигателя и редуктора, который через надлежащую муфту соединен с отдельными правильными роликами. Так как приводные валы редукторного узла и приводные цапфы возможно сменной кассеты правильных роликов, как правило, имеют переставляемое осевое смещение, эта муфта должна быть в состоянии компенсировать это смещение. Вследствие относительно большого угла наклона, который должен при этом реализовываться, и высокой степени использования для этой цели часто применяются валы с двойным карданным шарниром, включающие в себя карданный шарнир и крестовину карданного шарнира.
Такого рода вал с карданным шарниром, имеющий неразъемную крестовину карданного шарнира и разъемную вилочную часть, известен из US 1153789 A. У этого известного вала с карданным шарниром опорные проушины с помощью винтовых соединений прикреплены к надлежащему участку шарнирного вала, при этом стержни винтов с геометрическим замыканием, передавая усилие, вставляются в выемки, выполненные в области крепления в поверхности каждого участка шарнирного вала. Недостатком этого известного вала с карданным шарниром является то, что силы, возникающие при передаче крутящего момента, передаются только через стержни винтовых соединений. Кроме того, винтовые соединения и втулки подшипников выступают из поверхности каждого участка шарнирного вала, так что они, с одной стороны, испытывают сильную механическую нагрузку, а с другой стороны, как выступающие из поверхности элементы подвержены особой опасности разрушения ударяющимися частями материала, например, в случае аварии правильной машины.
Также из DE 3619892 A1 известен вал с карданным шарниром, включающий в себя карданный шарнир, состоящий из разъемных опорных вилок. При этом отдельные вилочные элементы, удерживающие неразъемно выполненный карданный шарнир, прикреплены к фланцам, выполненным в форме круглого кольца на первом и втором участках шарнирного вала, которые должны соединяться друг с другом. При этом для создания соединения без возможности вращения выполненные в вилочных элементах выступы с геометрическим замыканием, передавая усилие, вставляются в соответствующие выемки упорных фланцев в форме круглого кольца. Эта конструкция также имеет тот недостаток, что здесь выполнены фланцы, выступающие из поверхности участков шарнирного вала. Наряду с проблемами механики этот вариант осуществления, как и предыдущий описанный, также имеет тот недостаток, что при этом конструкция карданного шарнира имеет относительно большие размеры, по меньшей мере, больше, чем это было бы необходимо при выборе размеров примыкающих участков шарнирного вала и их расчете на прочность для передачи желаемых крутящих моментов.
В основе изобретения лежит задача - создать решение, которое обеспечит возможность реализации карданного шарнира, имеющего компактную конструкцию и, тем не менее, обеспечивающего передачу больших крутящих моментов.
У вала с карданным шарниром вышеназванного рода эта задача в соответствии с изобретением решается за счет того, что каждая опорная проушина, по меньшей мере, в отдельных областях с геометрическим замыканием, передавая усилие, входит в каждом случае в одну из двух выемок, выполненных диаметрально противоположно в области крепления в наружной поверхности, в частности окружной поверхности, первой и второй области шарнирного вала.
Также вышеназванная задача у правильной машины вышеназванного рода решается за счет того, что шарнирные валы, по меньшей мере, частично выполнены в виде валов с карданным шарниром по одному из пп. 1-11 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления и целесообразные усовершенствования изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Существенный аспект изобретения заключается, таким образом, в том, что сами опорные проушины, каждая, с геометрическим замыканием, передавая усилие, вставляются в выемки, выполненные в наружной поверхности, в частности окружной поверхности, каждого шарнирного вала, в частности выемки, образующие шпоночный паз, и зафиксированы в этом положении. В частности, каждая проушина карданного шарнира установлена в выемке, выполненной, в частности, в виде шпоночного паза, что предусматривает изобретение в варианте осуществления.
В целом, при этом предлагается конструкция вала с карданным шарниром, имеющего составную (разъемную) вилку и цельную крестовину карданного шарнира, который (вал) относительно прост в реализации в конструктивном и технологическом отношении. Кроме того, карданный шарнир имеет очень компактную конструкцию, так что передаваемые крутящие моменты очень велики и значительно больше, чем у шарнирных валов, имеющихся в настоящее время на рынке. Благодаря тому, что в предлагаемом изобретением варианте осуществления, в отличие от вариантов осуществления, известных из уровня техники, опорные проушины установлены, будучи интегрированы, в частности, всем своим участком корпуса, не выступающим за соответствующую согласованную область шарнирного вала, в корпус предусмотренного участка шарнирного вала, становится возможным при заданной конструктивной высоте передавать значительно большие крутящие моменты, чем при чистом винтовом соединении, как в уровне техники. Также это означает, что при заданном, максимальном передаваемом крутящем моменте конструкция карданного шарнира и вместе с тем также диаметр вала с принадлежащим ему карданным шарниром могут быть выполнены меньше, чем в уровне техники.
Причем тогда, кроме того, предпочтительно, когда опорные проушины выполнены, по меньшей мере, приблизительно продолжая наружный контур каждого участка шарнирного вала, и установлены в выемке, чем также отличается изобретение.
Целесообразно в соответствии с усовершенствованием изобретения, кроме того, выполнить каждую из выемок в виде открытого шпоночного паза.
При этом особенно целесообразно, если не выступающая за соответствующий согласованный первый или второй участок шарнирного вала область каждой опорной проушины имеет призматическую шпонку, выполненную ответно соответствующей согласованной выемке или шпоночному пазу, или выполнена в виде призматической шпонки, выполненной ответно соответствующей согласованной выемке или шпоночному пазу.
Предпочтительным образом тогда каждый шпоночный паз начинается на торцевой поверхности первого или второго участка шарнирного вала, что также предусматривает изобретение.
Для достижения особенно надежной фиксации соответствующей области опорной проушины в согласованной выемке или шпоночном пазу изобретение отличается, кроме того, тем, что каждый шпоночный паз начинается на торцевой поверхности первого или второго участка шарнирного вала.
Для улучшения прочности соединения с карданным шарниром изобретение также предусматривает, что в основании передней области выемки, примыкающей к соответствующей торцевой поверхности, принадлежащей первому или второму участку шарнирного вала, по краям выполнено по меньшей мере по одной канавке, не захваченной с геометрическим замыканием опорной проушиной.
Особенно предпочтительно, что опора цапф крестовины карданного шарнира в соответствующем согласованном отверстии опорной проушины может реализовываться за счет того, что подшипники выполнены в виде шарнирных подшипников. Шарнирные подшипники отличаются очень высоким статическим коэффициентом работоспособности. Благодаря этому может компенсироваться упругая деформация крестовины карданного шарнира. Поэтому изобретение отличается, кроме того, тем, что цапфы удерживаются и опираются, каждая, в расположенной/расположенном в соответствующем согласованном отверстии опорной проушины втулке или подшипнике, в частности шарнирном подшипнике.
Особенно предпочтительно предлагаемый изобретением вал с карданным шарниром может применяться для привода правильных валков правильной машины, при этом вал с карданным шарниром является составной частью привода правильной машины.
Так как при этом, как правило, применяются валы с двойным карданным шарниром, изобретение, наконец, предусматривает также, что вал с карданным шарниром является составной частью вала с двойным карданным шарниром, оба карданных шарнира которого имеют соответственно первый и второй участок шарнирного вала с присоединенной посредством опорных проушин крестовиной карданного шарнира.
Ниже изобретение наглядно поясняется подробнее с помощью чертежа. На нем показано:
фиг. 1: на изображении в перспективе область карданного шарнира вала с карданным шарниром;
фиг. 2: на изображении в перспективе отдельная часть области карданного шарнира и
фиг. 3: отдельная часть в соответствии с фиг.2 с удаленной опорной проушиной.
На фиг. 1 показана область карданного шарнира, включающая в себя карданный шарнир 18 обозначенного в целом позицией 1 вала с карданным шарниром, причем вал имеет первый участок 2 шарнирного вала и второй участок 3 шарнирного вала, в каждом из которых расположено по две диаметрально противоположные опорные проушины 4. Опорные проушины 4, каждая, одним концом с выступающей областью 4a выступают за соответственно согласованный первый или второй участок 2, 3 шарнирного вала. Соответственно противоположные друг другу на первом или втором участке 2, 3 шарнирного вала выступающие области 4a вместе всегда образуют вилочную часть, внутри которой удерживаются две противоположные цапфы 5 цельно выполненной крестовины 6 карданного шарнира. В каждой области 7 крепления участков 2, 3 шарнирного вала опорные проушины 4 закреплены, каждая, посредством цилиндрических винтов 8 и зафиксированы посредством цилиндрических штифтов 9. Цапфы 5 удерживаются, каждая, в отверстии 10 - гнездо подшипника - выполненном в выступающей области 4a опорной проушины 4. Цапфы 5 опираются, каждая, в шарнирном подшипнике 11, расположенном в согласованном отверстии 10.
В наружной или окружной поверхности первого и второго участков 2, 3 шарнирного вала сформированы в каждом случае диаметрально противоположные выемки 12, которые выполнены, каждая, в виде шпоночного паза 13. Своей соответствующей частью корпуса, не выступающей наружу за свободную торцевую поверхность 16 первого и второго участков 2, 3 шарнирного вала, каждая опорная проушина 4 с геометрическим замыканием с возможностью передачи усилий вставлена в выемку 12 и зафиксирована в ней. При этом наружный контур каждой опорной проушины 4 выполнен таким образом, что при вставленной в выемку 12 опорной проушине 4 наружный контур окружной поверхности соответствующего участка 2, 3 шарнирного вала, по меньшей мере, по существу, продолжается в наружной поверхности опорной проушины 4.
Не выступающая за соответствующий согласованный первый или второй участок 2, 3 шарнирного вала область каждой опорной проушины 4 имеет призматическую шпонку, выполненную ответно надлежащему предусмотренному шпоночному пазу 13 или выемке 12, или сама выполнена в виде призматической шпонки, выполненной ответно соответствующему согласованному шпоночному пазу 13 или отверстию 12. Как и в примере осуществления, невыступающая область опорной проушины 14 может тогда полностью вдвигаться в выполненный открытым шпоночный паз 13 или отверстие 12.
Каждый шпоночный паз 13 или выемка 12 начинается всегда на торцевой поверхности 16 первого или второго участка 2, 3 шарнирного вала, и в осевом направлении выемка 12 или паз 13 имеет боковые стенки 15, сходящиеся слегка клинообразно навстречу друг другу в заднюю стенку 14 выемки. В основании передней области выемки, примыкающей к надлежащей торцевой поверхности 16, принадлежащей первому или второму участку 2, 3 шарнирного вала, всегда выполнена по меньшей мере одна канавка 17, не захваченная опорной проушиной 4 с геометрическим замыканием с передачей усилия. Кроме того, в основании или дне выемки 12 или шпоночного паза 13 имеются сверления для помещения цилиндрических винтов 8 и цилиндрических штифтов 9.
Цапфы 5 всегда удерживаются и опираются в расположенной в соответствующем согласованном отверстии 10 - гнездо подшипника - опорной проушины 4 втулке или в подшипнике, в частности                        шарнирном подшипнике 11.
Вал 1 с карданным шарниром может быть составной частью вала с двойным карданным шарниром, два карданных шарнира которого имеют, каждый, первый и второй участок 2, 3 шарнирного вала с присоединенной посредством опорных проушин 4 крестовиной карданного шарнира.
Вал 1 с карданным шарниром является составной частью не изображенного привода правильных валков правильной машины. Ее правильные валки или правильные ролики установлены в сменной кассете и посредством валов 1 с карданным шарниром могут соединяться с главным редуктором.
В поясненном выше варианте осуществления вилочная часть карданного шарнира 18 образована двумя опорными проушинами 4, которые введены с посадкой в открытый шпоночный паз 13. Опорные проушины 4 монтируются с помощью цилиндрических винтов 8. Фиксация происходит посредством введенных с посадкой цилиндрических штифтов 9. Поэтому крестовина 6 карданного шарнира может выполняться цельной. Для опоры крестовины 6 карданного шарнира в гнездах подшипника (отверстиях 10) привернутых опорных проушин 4 предусмотрены шарнирные подшипники 11. По сравнению с обычно применяемыми в иных случаях игольчатыми подшипниками они обладают преимуществом существенно более высокого статического коэффициента работоспособности. Таким образом, может также компенсироваться упругая деформация крестовины 6 карданного шарнира. Давление на кромку или односторонняя нагрузка отдельных тел качения при этом предотвращается. Вследствие умеренных частот вращения при применении в правильных машинах недостаток повышенного трения в подшипниках не имеет значения.
Для повышения механической прочности вала 1 с карданным шарниром в передней области каждого шпоночного паза 13 выполнены канавки 17.
Двухстороннее соединение с посадкой опорных проушин 4 в надлежащий шпоночный паз 13 обеспечивается слегка клиновидной формой несущих боковых сторон (боковые стенки 15) в осевом направлении. Опорные проушины 4 прижимаются назад в направлении задней стенки 14 и привертываются. В этом предварительно смонтированном состоянии происходит изготовление сверлений 19, 20 для цилиндрических штифтов 9 и цилиндрических винтов 8, а также гнездового сверления (отверстие 10) для шарнирных подшипников 11. При этом сверления 19, 20 выполнены как в опорных проушинах 4, так и в основании соответствующей выемки 12 или шпоночного паза 13.
Вал 1 с карданным шарниром описанного выше рода может передавать очень высокие моменты при относительно компактном размере. Одновременно трудоемкость изготовления является приемлемой. При этом возможна реализация и хороший монтаж, а также демонтаж карданного шарнира 18 даже в условиях ограниченной площади. Благодаря реализованному высокому коэффициенту работоспособности вал 1 с карданным шарниром или соответственно карданный шарнир 18 обладают долгим сроком службы.