зубчатая муфта шпинделя прокатного стана

Формула изобретения

Зубчатая муфта шпинделя прокатного стана, включающая напрессованную на хвостовик вала шпинделя зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, сопрягаемую с лопастью на приводной шейке валка прокатного стана, узел уплотнения, выполненный в виде гильзы с внутренней конической и наружной цилиндрической поверхностями, сопряженными через уплотнительные шнуры с наружной поверхностью втулки и цилиндрическим выступом на внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки обоймы, и пружину, установленную в стакане в глухой расточке, выполненной в хвостовике вала шпинделя, отличающаяся тем, что между узлом уплотнения и зубчатым зацеплением муфты установлен узел центрирования обоймы относительно втулки, выполненной в виде двух сопряженных по сферическим поверхностям колец с их центром в точке пересечения продольной оси втулки с центральным поперечным сечением ее зубчатого пояса, кольцо с выпуклой сферической поверхностью напрессовано на наружную поверхность втулки до упора в выполненный на ней кольцевой выступ, а кольцо с вогнутой сферической поверхностью запрессовано в цилиндрическую расточку, выполненную на внутренней поверхности торцевой крышки обоймы со стороны зубчатого зацепления до упора во внутренний кольцевой выступ, образуемый в месте перехода цилиндрической расточки к внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки обоймы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зубчатым шпинделям привода валков прокатных станов.

Известна зубчатая муфта шпинделя прокатного стана (аналог), включающая вал шпинделя, напрессованную на его хвостовик зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, соединенную с лопастью на приводной шейке валка, узел уплотнения и пружину, установленную в глухой расточке в хвостовике вала шпинделя (см. патент РФ №2110342 "Узел соединения прокатного валка со шпинделем", опубл. 10.05.98 г., Бюл. №13, МПК 6 В21В 35/14). Недостатком аналога является установка в продольных угловых пазах зубчатой втулки вкладышей прямоугольного поперечного сечения, взаимодействующих с плоскостями лопасти прокатного валка. Угловые пазы во втулке являются концентраторами напряжений при передаче крутящего момента, что вызывает быстрое разрушение втулки, выход из строя шпинделя и аварийные простои прокатного стана. Кроме того, узел уплотнения аналога не обеспечивает герметичности зубчатого зацепления, что приводит к вымыванию из него смазки водой, охлаждающей прокатные валки, утечкам смазки из зацепления, быстрому его износу и способствует быстрому выходу шпинделя из строя.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является зубчатая муфта шпинделя прокатного стана, включающая вал шпинделя, напрессованную на его хвостовик зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, соединенную с лопастью на приводной шейке валка, узел уплотнения, выполненный в виде гильзы с внутренней конической и наружной цилиндрической поверхностями, сопряженными через уплотнительные шнуры с наружной поверхностью втулки и цилиндрическим выступом на внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки обоймы, и пружину, установленную в стакане в глухой расточке хвостовика вала шпинделя (см. патент РФ №2241559 "Зубчатая муфта шпинделя прокатного стана", опубл. 10.12.2004 г., Бюл. №34).

В прототипе устранен недостаток аналога в части выполнения угловых продольных пазов в зубчатой втулке. Кроме того, используется более герметичное уплотнение зубчатого зацепления. Однако и прототип обладает недостатком, заключающимся в том, что зубчатое зацепление, как и в аналоге, наряду с передачей крутящего момента выполняет функцию центрирования обоймы относительно втулки. Это вызывает повышенный износ зацепления, нарушение центрирования обоймы относительно втулки, ухудшает условия работы и герметичность уплотнения и также приводит к утечкам смазки и вымыванию ее охлаждающей валки водой из зацепления. В результате стойкость зацепления и долговечность шпинделя значительно сокращаются, что приводит к увеличению простоев на замену шпинделей и снижению производительности прокатного стана. Быстрый износ зацепления вызывает радикальные и осевые биения шпинделя, передающиеся на прокатные валки и отрицательно сказывающиеся на точности прокатки и качестве прокатываемого металла.

Недостатком прототипа также является передача осевого усилия от пружины, установленной в расточке хвостовика вала шпинделя, через зубчатую втулку на прокатный валок и подшипники валка. Это ухудшает работу валков и подшипников, приводит к снижению их долговечности и увеличению расхода прокатных валков и их подшипников.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости зубчатого зацепления и долговечности зубчатых муфт и шпинделей, сокращение расхода прокатных валков и их подшипников, сокращение простоев, повышение производительности прокатного стана, точности прокатки и качества прокатываемого металла.

Поставленная задача достигается тем, что в зубчатой муфте шпинделя прокатного стана, включающей вал шпинделя, напрессованную на его хвостовик зубчатую обойму, находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, соединенную с лопастью на приводной шейке прокатного валка, узел уплотнения, выполненный в виде гильзы с внутренней конической и наружный цилиндрической поверхностями, сопряженными через уплотнительные шнуры с наружной поверхностью втулки и цилиндрическим выступом на внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки обоймы, и пружину, установленную в стакане в глухой расточке, выполненной в хвостовике вала шпинделя, между узлом уплотнения и зубчатым зацеплением муфты установлен узел центрирования обоймы относительно втулки, выполненный в виде двух сопряженных по сферическим поверхностям колец с центром этих поверхностей в точке пересечения продольной оси втулки с центральным поперечным сечением ее зубчатого пояса, кольцо с выпуклой сферической поверхностью напрессовано на наружную поверхность втулки до упора в выполненный на ней кольцевой выступ, а кольцо с вогнутой сферической поверхностью запрессовано в цилиндрическую расточку, выполненную на внутренней поверхности торцевой крышки со стороны зубчатого зацепления, до упора во внутренний кольцевой выступ, образуемый в месте перехода цилиндрической расточки к внутренней цилиндрической поверхности крышки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез зубчатой муфты шпинделя прокатного стана.

Зубчатая муфта шпинделя прокатного стана включает вал 1 шпинделя, на хвостовике которого напрессована зубчатая обойма 3. Внутри обоймы установлена зубчатая втулка 4, находящаяся с ней в зацеплении 5. Зубчатая втулка соединена с лопастью 6 на приводной шейке 7 прокатного валка 7.

Муфта снабжена узлом уплотнения, выполненным в виде гильзы 8 с внутренней конической и наружной цилиндрической поверхностями, сопряженными через уплотнительные шнуры 9, 10 с наружной поверхностью втулки 4 и цилиндрическим выступом 11 на внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки 12 обоймы 3.

В глухой расточке 13 хвостовика 2 вала 1 шпинделя по посадке скольжения установлен стакан 14, в котором установлена пружина 15, упирающаяся в дно расточки 13 и поджимающая стакан 14 его выпуклой наружной торцевой поверхностью к торцу зубчатой втулки 4.

Между узлом уплотнения и зубчатым зацеплением 5 установлен узел центрирования обоймы относительно втулки, выполненный в виде двух колец 16 и 17, сопряженных по сферическим поверхностям радиуса R с их центром, расположенным в точке 0 пересечения продольной оси втулки с центральным поперечным сечением ее зубчатого пояса.

Кольцо 16 с выпуклой сферической поверхностью напрессовано на наружную цилиндрическую поверхность втулки 4 со стороны прокатного валка до упора в выполненный на ней кольцевой выступ 18. Кольцо 17 с вогнутой сферической поверхностью запрессовано в цилиндрическую расточку 19, выполненную на внутренней цилиндрической поверхности торцевой крышки 12 со стороны зубчатого зацепления. Кольцо 17 запрессовано до упора во внутренний кольцевой выступ 20, образуемый в месте перехода цилиндрической расточки к внутренней цилиндрической поверхности крышки. Крышка крепится к обойме болтами 21.

При работе шпинделя под действием пружины 15 через стакан 14 зубчатая втулка 4 кольцевым выступом 18 поджимает сферической поверхностью напрессованное на ней кольцо 16 к сферической поверхности кольца 17, запрессованного в торцевую крышку 12. Благодаря этому по сферическим поверхностям обеспечивается центрирование втулки 4 относительно обоймы 3 так, что центр зубчатого зацепления муфты всегда расположен в центре "0" взаимодействующих сферических поверхностей колец 16 и 17 радиуса R. В этом случае зубчатое зацепление не выполняет функцию центрирования обоймы относительно втулки и распределение окружных сил между зубьями по окружности зацепления при их относительных взаимных перекосах и передаче крутящего момента является равномерным. Это значительно повышает нагрузочную способность, уменьшает износ зубьев зацепления и повышает долговечность шпинделя.

Центрирование обоймы относительно втулки улучшает условия работы и повышает герметичность узла уплотнения, так как обеспечивается равномерность поджатия уплотнительных шнуров 9 и 10 к внутренней конической и наружной цилиндрической поверхностям гильзы 8. Благодаря этому устраняются вымывание охлаждающей валки водой и утечка смазки из зубчатого зацепления, что также уменьшает износ зубьев и повышает долговечность зубчатой муфты и шпинделя. Повышению герметичности уплотнения способствует также сам узел центрирования, повышающий сопротивление утечкам смазки из зацепления через контактирующие сферические поверхности колец 16 и 17.

Повышение износостойкости зубчатого зацепления муфты и долговечности шпинделей сокращает простои прокатного стана на замену шпинделей и повышает его производительность. Благодаря снижению износа зацепления сохраняется требуемый профиль зубьев, что уменьшает радиальные и осевые биения шпинделей и прокатных валков, повышает точность прокатки и качество прокатываемых полос.

В предлагаемой конструкции зубчатой муфты осевая нагрузка от усилия пружины 15 не передается от зубчатой втулки 4 на прокатный валок 7 и подшипники валка, а воспринимается обоймой 3 через кольцо 17, торцевую крышку 12 и болты 21. Благодаря этому улучшаются условия работы, повышается долговечность и сокращается расход прокатных валков и их подшипников.

Центрирующие кольца 16 и 17 являются заменяемыми деталями. Вместе с тем предлагаемая конструкция зубчатой муфты может быть также реализована выполнением сферических поверхностей радиуса непосредственно на втулке 4 и торцевой крышке 12, то есть без применения колец 16 и 17. Однако в этом случае естественный износ сферических поверхностей может привести к необходимости преждевременной замены втулки 4 и крышки 12 при работоспособном зубчатом зацеплении 5. Применение же заменяемых колец 16 и 17 обеспечивает повышение срока службы зубчатых муфт и шпинделей и сокращает на них затраты.

Таким образом, предлагаемая конструкция зубчатой муфты обеспечивает достижение поставленной цели изобретения и рекомендуется для широкого применения в прокатном производстве.