Соединительный шпиндель

 

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения и нредназначено для соединения валов при передаче момента кручения через предварительно напряженный упругий элемент, а также для привода прокатного стана. Цель изобретения - повышение надежности и эффективности компенсации крутильных колебаний шпинделя . Шпиндель содержит предварительно напряженный упругий соединительный элемент , составленный из чередующихся вдоль оси враш,ения эластичного 1 и твердого 2 материалов, заключенных между фланцами 3, и имеюш,ий форму цилиндра со сквозным центральным отверстием, в которое вставлена стяжная шпилька 4, шарнирно соединяющая фланцы 3 между собой. Крутящий момент от одного из фланцев передается другому через предварительно напряженный упругий соединительный элемент , 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Б 2! В 35 14

1 /

i31

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 2 7 g 2 72 7 Я 7 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3897658/31-02 (22) 16.05.85 (46) 23.02.88. Бюл. № 7 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н. H. Федоров (53) 621.771.2.06-88 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 884763, кл. Б 21 В 35/14, 1980. (54) СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ (57) Изобретение относится к области тяжелого машиностроения и предназначено для соединения валов при передаче момента кручения через предварительно напряженный упругий элемент, а также для привода

„„80„„1375366 А 1 прокатного стана. Цель изобретения повышение надежности и эффективности компенсации крутильных колебаний шпинделя. Шпиндель содержит предварительно напряженный упругий соединительный элемент, составленный из чередующихся вдоль оси вращения эластичного 1 и твердого 2 материалов, заключенных между фланцами

3, и имеющий форму цилиндра со сквозным центральным отверстием, в которое вставлена стяжная шпилька 4, шарнирно соединяющая фланцы 3 между собой. Крутящий момент от одного из фланцев передается другому через предварительно напряженный упругий соединительный элемент. 4 ил.

1375366

Изобретение относится к тяжелому машиностроению, в частности, может использоваться для соединения валов при передаче момента кручения через предварительно напряженный упругий элемент и компенсации крутильных колебаний, а также для привода прокатного стана.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности компенсации крутильных колебаний шпинделя путем увеличения упругой податливости на закручивание тела шпинделя по всей его длине.

На фиг. 1 представлен шпиндель, сечение; на фиг. 2 — то же, с универсальными шарнирами на концах, взаимно развернутыми на 90, на фиг. 3 — то же, с соединительными полумуфтами; на фиг. 4 — предварительно напряженный упругий элемент с фланцами шпинделя.

Шпиндель составлен из чередующихся вдоль оси вращения колец эластичного 1 и твердого 2 материалов, предварительно зажатых с торцов двумя фланцами 3, которые стягиваются шпилькой 4, введенной в сквозное отверстие через фланцы и кольца эластичного и твердого материалов, на торцы которой навинчены гайки 5 с шайбами 6 и вставлены шплинты 7. Шпиндель, выполненный с универсальными шарнирами, содержит присоединенные к фланцам 3 насквозь прорезанные лопасти 8, вилки 9 с проточками под бурты вкладышей 10 и центрирующие сухари 11. Шпиндель, выполненный с приводными полумуфтами 12, присоеди ненными непосредственно к фланцам 3, снабжен полусферическими подшипниками 13 скольжения с отверстиями под стяжную шпильку 4, которые установлены в полусферические углубления в фланцах 3 под шайбы 6 с гайками 5.

В качестве эластичного материала может использоваться листовая резина или эластичные полимеры, а в качестве твердого материала можно использовать листовые сталь, медь, алюминий, текстолит и т.д.

Чередующиеся кольца эластичного 1 и твердого 2 материалов, надетые на стяжную шпильку 4, сжимаются вдоль оси шпинделя с торцов двумя фланцами 3. Усилие сжатия P (фиг. 4) обеспечивается за счет завинчивания гаек 5 на стяжную шпильку

4, при этом гайки давят через шайбы 6 -на флайцы 3. Для предотвращения раскручивания гаек 5 в стяжной шпильке 4 просверлены отверстия, перпендикулярные оси шпильки, в которые после завинчивания гаек вставляются шплинты. Кольца тонких слоев эластичного материала прижимаются торцевыми плоскостями поверхностей к кольцам твердого материала, при этом достигается их принудительное взаимодействие за счет сил трения по поверхностям соприкосновения. Эластичный материал, каждый слой которого зажат между двумя соседними слоями твердого материала, относительно легко деформируется и, исходя из условия постоянства объема деформируемого материала, стремится к эффузии (исте5 чению) в любом свободном направлении.

Происходит выдавливание материала по цилиндрической поверхности внешнего и внутреннего диаметров колец Р» и dv с максимальными высотами бугрообразований

10 R u r соответственно, приблизительно равными половине толщины h слоя эластичного материала h. По цилиндрической поверхности внутреннего диаметра dä и внешнего диаметра D êîëåö из эластичного материала при закручивании упругосоедини15 тельного элемента возникает интрузия с максимальными высотами впадинообразования

r u R соответственно, также примерно равными половине толщины h эластичного слоя.

Тонкий слой эластичного материала при сжатии между двумя соседними слоями твер20 дого материала удерживается плоскими поверхностями соприкоснования в первоначаль ном (до сжатия) положении за счет поверхностных сил трения. Благодаря этому достигается возможность предварительного сжа2S тия упругого соединительного элемента с большим усилием между фланцами вдоль оси стяжной шпильки без существенных изменений формы слоев эластичного материала. В результате в кольцах тонких слоев эластичного материала обеспечивается предваритель30 но напряженное состояние, которое повышает прочность и упругость каждого слоя в отдельности, а также упругосоединительного элемента компенсационного шпинделя в целом.

Максимальная степень предварительного

35 напряженного состояния достигается в каждом кольце из эластичного материала по периметру нейтрального диаметра, который соответствует делению кольца на два кон центричных с равными объемами и диаметрами от внешнего Р„до нейтрального dHу и от нейтрального d.ó до внутреннего. Это объясняется тем, что эластичный материал подвержен эффузии и выдавливается по свободным от соприкосновения с твердыми материалами границам, а именно по перимет45 ру внутреннего й„и внешнего D„диаметров кольца, при этом реактивные силы деформируемого эластичного материала направлены к периметру нейтрального диаметра йу от периметров внешнего Ру и внутреннего и диаметров соответственно. Опре50 деляется нейтральный диаметр кольца dHv из равенства взаимодействующих объемов наружного и внутреннего концентричных колец, а при условии их постоянной толщины h — из равенства кольцевых площадей продольного сечения

55 — (D> — d v) — (d v — dv), 1375366 откуда (2) где d.z — диаметр нейтрального периметра кольца эластичного материала;

Ру — диаметр внутреннего отверстия в кольце эластичного материала;

Ру — наружный диаметр кольца эластичного материала.

Шпиндель работает следующим образом.

При приложении крутящего момента к одному из фланцев 3 шпинделя момент передается за счет сил трения на ближайшее прижатое к нему торцевой поверхностью кольцо из эластичного материала, которое упруго закручивается, обеспечивая податливость на некоторый угол закручивания, и передает крутящий момент на кольцо из твердого материала по плоскости их соприкосновения тоже за счет сил трения. Далее крутящий момент аналогично передается через чередующиеся вдоль оси вращения кольца из эластичного и твердого материалов вплоть до второго фланца шпинделя.

Чем больше усилие осевого сжатия упругого соединительного элемента, тем больше трение по поверхностям соприкосновения между кольцами из эластичного материала с фланцами и с кольцами из твердого материала, а следовательно больший момент кручения допустимо передавать через упругосоединительный момент без деламинации (расслоения) слоев эластичного с твердым материалом по границам раздела и без дисторзии всего шпинделя.

Шпиндель (фиг. 1) в зависимости от условий при соединении вращающихся валов (например, перекосы, несоосность и т.д.) выполняется или с присоединенными универсальными шарнирами (фиг. 2) или соединительными полумуфтами на фланцах (фиг. 3).

Выполнение шпинделя с универсальными шарнирами позволяет соединять валы для передачи крутящего момента с большими перекосами и повышенной несоосностью.

B частности, такой шпиндель может быть установлен для передачи крутящего момента на валки прокатного стана. При незначительных перекосах и несоосности соединяемых шпинделем вращающихся валов целе сообразно применять шпиндель с простыми соединительными муфтами, прикрепленными к фланцам. Незначительные перекосы соединяемых валов при работе вызывают биения в шпинделе с приводными полумуфтами, которые демпфируются за счет шарнирного соединения стяжной шпильки с фланцами через полусферу подшипника. При этом стяжная шпилька, кроме обеспечения в упругосоединительчом элементе предварительно напряженного состояния и центровки колец эластичного и твердого материалов на оси, обеспечивает упругошарнирное соединение фланцев шпинделя через шаровые опоры, выполненные из полусфер подшипников скольжения. В шпинделе с универсальными шарнирами стяжную шпильку 4 вводят в отверстие упругого элемента через сквозную прорезь на лопасти 8 и отверстие во фланце при снятых с лопасти деталях шарнира, а именно вилки 9 с проточкой, вкладышей 10 с буртом, и сухаре 11, вынутом из прорези лопасти. В шпинделе с соединительными полумуфтами на фланцах стяжная шпилька вводится в отверстие упругосоединительного элемента непосредственно через отверстия под соединяемые шпинде1 лем валы в полумуфтах. В обоих вариантах выполнения шпинделя передача крутящего момента от одного фланца к другому осуществляется через предварительно напряженный композиционный упругий элемент. При этом фланцы совершают относи20 тельно оси вращения крутильные колебания.

Таким образом, предлагаемый шпиндель обладает высокой надежностью. Механическая поломка шпинделя практически воз2 можна только в случае нарушения технологии применения (например, при черезмерном затягивании гаек на стяжной шпильке, превышение предела прочности которой на растяжение приводит к ее разрыву, или при передаче через упругий элемент шпинделя

3р моментов кручения выше нормы на протяжении продолжительного времени, что приводит к пробуксовке эластичного материала по поверхности твердого и, в итоге, к износу трением). При соблюдении технологии надежность шпинделя настолько высока, что

35 допускает кратковременные перегрузки без поломки за счет пробуксовки колец упругого элемента между собой. В этом случае шпиндель выполняет функцию предохранителя оборудования от поломок.

При применении шпинделя для соединения валов, находящихся на значительном удалении друг от друга, в длинном упругом элементе шпинделя достигаются высокие компенсационные свойства (например. при передаче крутящего момента на валки

4 рабочих клетей прокатных станов, которые, как правило, значительно удалены от электроприводов) за счет непосредственной передачи крутящего момента только через слои эластичного материала. В результате отсутствия прямой связи по передаче крутяgp щего момента через твердый материал момент передается через эластичный материал, который обладает большей упругостью и податливостью, чем твердый материал. Следовательно, предлагаемый шпиндель обладает большей податливостью к упругому закручиванию, а это, в свою очередь, обеспечивает более высокие компенсационные свойства шпинделя.

13753бб

Формула изобретения

Соединительный шпиндель преимущественно привода прокатной клети, содержащий приводной и ведомый фланцы и расположенный между ними упругий вал, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности компенсации

Ф крутильных колебаний, вал выполнен составным из чередующихся вдоль оси вала слоев эластичного и твердого материалов и имеет цилиндрическую форму со сквозным центральным отверстием, при этом шпиндель

5 снабжен связывающей фланцы стяжной шпилькой, которая проходит через упомянутое отверстие.

1375366

Составитель М. Коровина

Редактор О. Юрковецкая Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 439/12 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4