УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР
UNIVERSAL JOINT

Изобретение относится к прокатному оборудованию, а точнее к универсальным шарнирам шпинделей главных линий приводов прокатных станов (трубных, сортовых, листовых), предназначенных для передачи вращения под различными углами от шестеренных клетей или редукторов к рабочим валкам прокатных станов.
Известен универсальный шарнир, патент РФ №2252878, кл. F16D 3/41, заявл. 16.10.2003 г., опубл. 27.05.2005 г., содержащий две неразъемные вилки с отверстиями, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, роликовые подшипники качения с корпусами, включающими внутренние и наружные кольца. При этом внутренними кольцами подшипники установлены на цапфах крестовины, а наружными - в отверстиях вилок.
Основным недостатком известного универсального шарнира является выполнение входящих в его состав вилок неразъемными, что при сборке таких шарниров требует уменьшения размеров отверстий вилок и диаметров цапф крестовины. Кроме того, сами подшипники качения имеют большие габариты из-за наличия внутренних и наружных колец, что также ведет к существенному уменьшению размеров отверстий вилок и диаметров цапф крестовины. Для передачи необходимого крутящего момента требуется увеличение диаметра универсального шарнира, что в клетях прокатных станов с двумя валками, имеющими небольшой диаметр, невозможно, поскольку универсальный шарнир должен иметь диаметр, меньший диаметра валка. Все это ограничивает нагрузочную способность универсального шарнира с неразъемными вилками и роликовыми подшипниками качения с внутренними и наружными кольцами.
Из известных универсальных шарниров наиболее близким по технической сущности является универсальный шарнир, описанный в патенте РФ №2241873, кл. F16D 3/40, заявл. 12.02.2003 г., опубл. 10.12.2004 г.
Универсальный шарнир содержит две разъемные вилки, имеющие отверстия и состоящие из соединенных между собой болтовым соединением основания и крышки с зубьями в плоскости разъема. Универсальный шарнир включает также крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения, установленные роликами на цапфах крестовины, а корпусами - в отверстиях вилок. Плоскость разъема вилок совпадает с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира.
Такое конструктивное решение универсального шарнира позволяет упростить его сборку, увеличить размеры отверстия вилок, цапф крестовины, диаметр самих подшипников качения и передавать необходимый крутящий момент.
Однако в предложенной конструкции разъем вилок находится в сечении, совпадающем с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, на которое при передаче крутящего момента приходится максимальная нагрузка, причем дважды за один оборот шарнира, создающая в этом сечении растягивающие напряжения. В результате этого зубчатые и болтовые соединения вилок под действием этой нагрузки теряют свою жесткость, что приводит к снижению надежности основных деталей универсального шарнира: вилок, крестовины, подшипников, уменьшению величины передаваемого крутящего момента и снижению нагрузочной способности универсального шарнира.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции универсального шарнира, позволяющей увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.
Поставленная задача достигается тем, что в универсальном шарнире, содержащем две разъемные вилки, состоящие из соединенных между собой основания и крышки с зубьями в плоскости разъема и имеющие отверстия, крестовину с цапфами, шарнирно соединяющую вилки между собой, и роликовые подшипники качения, установленные роликами на цапфах крестовины, а корпусами - в отверстиях вилок, согласно изобретению плоскость разъема вилок проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, зубья основания и крышки вилок выполнены трапециевидными с углом профиля α, при этом боковая поверхность зубьев, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси, а угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире.
Такое конструктивное выполнение универсально шарнира позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.
Это достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции плоскость разъема вилок вынесена из зоны максимально нагруженного сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, и расположена под углом α, равным 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире, к этой плоскости. Это позволяет существенно повысить передаваемый шпинделем крутящий момент, поскольку в процессе его передачи нагрузка Р на вилки, меняющая свое направление за один оборот универсального шарнира от сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, в ту и другую стороны на угол, равный углу перекоса в шарнире ω, не воздействует на плоскость их разъема, так как расположена под углом α, большим угла ω. В результате этого растягивающие напряжения в разъемах вилок уменьшаются, зубчатые и болтовые соединения вилок сохраняют свою жесткость, что увеличивает нагрузочную способность универсального шарнира.
Выполнение зубьев основания и крышки вилок трапециевидными с углом профиля α, а боковой поверхности зубьев, обращенной к центру универсального шарнира, - параллельной продольной оси универсального шарнира, позволяет выполнить сборку разъемных вилок, соединяя их крышки с основаниями, перемещая их по оси 0-0 универсального шарнира и вводя зубья в зацепление друг с другом.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 - изображен универсальный шарнир,
на фиг.2 - вилка универсального шарнира в разъемном виде,
на фиг.3 - место А на фиг.1.
Универсальный шарнир содержит две разъемные вилки 1, состоящие из основания 2 и крышки 3 с зубьями 4 в плоскости разъема и имеющие отверстия 5, крестовину 6 с цапфами 7, шарнирно соединяющую вилки 1 между собой, и роликовые подшипники качения.
Роликовые подшипники качения роликами 8 установлены на цапфах 7 крестовины 6, а корпусом 9 - в отверстиях 5 вилок 1.
Основания 2 и крышки 3 вилок 1 с зубьями 4 соединяются между собой болтами 10.
Плоскость разъема вилок 1 проходит под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси 0-0 универсального шарнира, при этом угол α равен 1,5ω, где ω - угол перекоса в шарнире.
Зубья 4 основания 2 и крышки 3 вилок 1 выполнены трапециевидными с углом профиля α. Боковая поверхность «б-б» зубьев 4, обращенная к центру универсального шарнира, параллельна его продольной оси 0-0.
Предложенный универсальный шарнир работает следующим образом.
При передаче вращения шпинделем с углом перекоса в шарнире, равным ω, крутящий момент от одной вилки 1 передается другой через роликовые подшипники качения 8 и крестовину 6, причем направление нагрузки Р за один оборот универсального шарнира меняется от сечения, совпадающего с плоскостью, перпендикулярной продольной оси универсального шарнира, в ту и другую стороны на угол ω. При этом нагрузка Р не воздействует на плоскость разъема вилок, так как расположена под углом α, большим угла ω.
Сборку разъемных вилок 1 осуществляют, последовательно соединяя крышки 3 с основаниями 2, перемещая их по оси 0-0 универсального шарнира, вводя зубья 4 в зацепление друг с другом и скрепляя крышки 3 и основания 2 болтами 11.
Предложенная конструкция универсального шарнира по сравнению с известными позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.