ES2252572T3 - Cojinete radial y conjunto de zapata de empuje. - Google Patents

Abstract

Aparato para montar en rotación y fijar axialmente una rueda dentada en un árbol, comprendiendo el citado aparato: un casquillo fijado en un ánima de la citada rueda dentada; un casquillo recibido y fijado con respecto al citado árbol, estando el citado árbol rodeado por y montado en rotación para el giro en el citado casquillo: un anillo de empuje fijado con respecto a y que se proyecta radialmente desde el citado árbol en un lado de la citada rueda dentada; y medios de retención en el citado un lado de la citada rueda dentada para definir un canal circular en el cual el citado anillo de empuje anular está confinado axialmente.

Description

Cojinete radial y conjunto de zapata de empuje.

1. Campo de la invención

Esta invención se refiere generalmente a cajas de ruedas dentadas de grandes potencias del tipo encontrado en los trenes de accionamiento de laminadores, en las que se emplean embragues para acoplar y desacoplar alternativamente ruedas dentadas de sus respectivos ejes de soporte, y se refiere en particular a los conjuntos de cojinetes para montar las ruedas dentadas en los ejes.

2. Descripción de la técnica anterior

En disposiciones del tipo al que se ha hecho referencia anteriormente, cuando las ruedas dentadas están desacoplados, están libres para rotar o en "rueda libre" con respecto a sus ejes de soporte. Sin embargo, cuando están en el modo acoplado, las ruedas dentadas están fijas con respecto a sus ejes de soporte y están sometidos a carga axial incidental a las fuerzas de accionamiento que se entregan o se reciben de otras ruedas dentadas.

En el pasado, se han empleado chumaceras de empuje de rodillo para montar ruedas dentadas en sus ejes de soporte respectivos. Las chumaceras de empuje de rodillos son adecuadas idealmente para soportar las ruedas dentadas cuando están desacoplados y en rotación libre. Se ha determinado ahora, sin embargo, que cuando las ruedas dentadas están fijos con respecto a sus ejes de soporte en el modo acoplado, y las chumaceras están así en condición estática, la carga axial sobre las ruedas dentadas hace que los elementos de rodillo y canales de las chumaceras sufran desgaste localizado acelerado en las regiones en las que están en contacto por fricción entre sí. Este desgaste localizado crea eventualmente holguras que exceden las tolerancias aceptables, produciendo vibraciones y necesitando una detención del equipo y reposición de las chumaceras prematuramente desgastadas.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención definida por las características de la reivindicación 1, las chumaceras de empuje de rodillos convencionales son reemplazadas por combinaciones de cojinetes de casquillos y conjuntos de anillos de empuje. Las chumaceras de casquillos proporcionan soporte radial para las ruedas dentadas en los modos de operación tanto acoplado como desacoplado. Los conjuntos de anillo de empuje absorben cargas axiales en condiciones estáticas cuando las ruedas dentadas están fijas con respecto a sus ejes de soporte.

Estas y otras características y ventajas de la presente invención se describirán ahora con más detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección tomada a través de una caja de ruedas dentadas de grandes potencias del tipo empleado en laminadores;

la Figura 2 es una vista ampliada de una porción de la caja de ruedas dentadas dibujada en la Figura 1;

las Figuras 3A y 3B son vistas en sección parcial tomadas a lo largo de las líneas 3A-3A y 3B-3B de la Figura 2;

la Figura 4 es una vista frontal que muestra la superficie de apoyo de una de las placas de apoyo;

la Figura 5 es una vista lateral parcial a escala ampliada de la placa de apoyo mostrada en la Figura 4;

las Figuras 6 y 7 son vistas respectivamente similares a las Figuras 4 y 5, que muestran una realización alternativa de una placa de apoyo; y

la Figura 8 es una vista esquemática, con dimensiones exageradas, que muestra la configuración interna lobulada de los casquillos.

Descripción detallada de la realización ilustrada

Con referencia inicialmente a las Figuras 1, 2, 3A y 3B, se muestra en 10 una caja de ruedas dentadas de laminador. La caja de ruedas dentadas incluye una carcasa que tiene una sección de base 12 y cubierta 16. Un árbol 18 está montado en la carcasa entre los cojinetes 20, 22 para rotación alrededor del eje "A". Un extremo del árbol sobresale de la carcasa para su conexión al accionamiento del laminador (no mostrado).

Las ruedas dentadas 24, 26 están soportadas en el árbol en lados opuestos de un collarín de árbol 28 de diámetro mayor. Las ruedas dentadas tienen diámetros y números de dientes diferentes y son, por consiguiente, capaces de engranar con otras ruedas dentadas de engrane de la caja de ruedas dentadas (no mostrada) para conseguir diferentes relaciones de accionamiento.

Las ruedas dentadas 24, 26 están provistas cada una de ellas de collarines de embrague 30 que tienen dientes 32 que pueden estar alineados en forma rotatoria con ranuras externas 34 en el collarín de árbol 28. Un casquillo 36 ranurado internamente como en 37 está montado en el collarín de árbol 28. El de casquillo 36 es desplazable axialmente entre una posición neutra, como se muestra en la Figura 1 y la porción superior de la Figura 2 y la Figura 3A, y una posición acoplada en la cual sus ranuras internas 37 están acopladas con los dientes 32 de uno u otro de los collarines de embrague 30 de las ruedas dentadas 24, 26. La porción inferior de la Figura 2 y la Figura 3B muestran el casquillo 36 desplazado a una posición acoplada.

Así, cuando el casquillo de embrague está en la posición neutra, ambas ruedas dentadas 24, 26 están desacopladas del árbol 18 y por tanto están en un modo de rotación libre. Cuando el casquillo 36 es desplazado hacia el acoplamiento con los dientes de embrague 32 de una rueda dentada, ésta se acopla con el árbol, permitiendo que la otra rueda dentada permanezca en un modo de rotación libre.

Las ruedas dentadas 24, 26 están montadas en el árbol 18 con combinaciones de imagen especular de chumaceras de casquillo y conjuntos de anillo de empuje. Así, la descripción procederá ahora con referencia al montaje de la rueda dentada 26, entendiéndose que la misma descripción se aplica al montaje de la otra rueda dentada 24.

Como puede verse mejor en la Figura 2, la rueda dentada 26 está dispuesta y montada en rotación para su giro con respecto al árbol 18 por medio de una chumacera de casquillo indicada de forma general en 40. La rueda dentada 26 está también fijada axialmente con respecto al árbol por medio de un conjunto de anillo de empuje indicado de forma general en
42.

La chumacera de casquillo 40 incluye un casquillo 44 recibido en el árbol 18. El casquillo tiene superficies de apoyo 44a, 44b gemelas separadas por una ranura 44c central y está montado en rotación para girar dentro de casquillos 46A, 46b recibidos en un ánima escalonada de la rueda dentada 26.

Preferiblemente, como se muestra en forma de diagrama en la Figura 8, los interiores de los casquillos 46A, 46b están lobulados como en 45 a intervalos espaciados circunferencialmente. Cuando las ruedas dentadas están en un modo de rotación libre, esta configuración de casquillos lobulados proporciona zonas espaciadas angularmente de mayor presión de lubricante que contribuyen a la estabilidad de la chumacera.

Un extremo del casquillo 44 se apoya en un escalón 48 del árbol, y hace que un anillo de empuje 50 sea impulsado hacia el otro extremo del casquillo mediante una tuerca 52 roscada sobre el árbol.

El conjunto de anillo de empuje 42 incluye un anillo de empuje 50 y un collarín 54 fijados a un flanco de la rueda dentada 26 mediante tornillos 56. El anillo de empuje 50 está capturado entre las placas de apoyo 58a, 58b anulares fijadas mediante tornillos 60 respectivamente al flanco exterior de la rueda dentada 26 y la cara interior del collarín 54. Las caras opuestas del anillo de empuje 50 definen primeras superficies de apoyo anulares, y las superficies enfrentadas de las placas 58a, 58b definen segundas superficies de apoyo anulares.

Lubricante líquido es introducido por medio de un paso 62 que se extiende centralmente a través del árbol 18. Los pasos 64 bifurcados del árbol y radiales 66 del casquillo 44 entregan lubricante a la ranura 44c. El lubricante emerge de la ranura 44c para lubricar la entrecara entre las superficies de la chumacera de casquillo 44a, 44b y los casquillos 46a, 46b antes de escapar en una dirección hacia el escalón 48 del árbol y en la dirección opuesta en un canal 68 circular en un lado del anillo de empuje 50.

Otros pasos 70 bifurcados del árbol dirigen lubricante a ranuras internas 72 en el casquillo 44. Ranuras 72 conducen a un canal circular 74 en el interior del anillo de empuje. De aquí, el lubricante es entregado por medio de ranuras 76 al lado opuesto del anillo de empuje 50.

El lubricante entregado a los lados opuestos del anillo de empuje sirve para lubricar la entrecara entre las primeras superficies de apoyo definidas por las caras opuestas del anillo de empuje 50 y las segundas superficies de apoyo definidas por las superficies opuestas de las placas de apoyo 58a, 58b.

Las segundas superficies de apoyo de las placas de apoyo 58a, 58b anulares son imágenes especulares una de la otra. Con referencia adicionalmente a las Figuras 4 y 5, se verá que cada segunda superficie de apoyo está configurada con una pluralidad de rampas 78 espaciadas circunferencialmente para actuar conjuntamente con la primera superficie de apoyo adyacente del anillo de empuje 50 para definir entre ellas bolsillos 80 en forma de cuña. Cada rampa 78 se extiende circunferencialmente desde un entrante 82 en un extremo hasta una zona plana 84 en el extremo opuesto. Con esta disposición, la rotación relativa en las direcciones indicadas diagramáticamente por las flechas de la Figura 5 entre el anillo de empuje 50 y las placas 58a, 58b en el modo de rotación libre producirán zonas espaciadas angularmente de presión de lubricante elevada que reducirán beneficiosamente el desgaste por fricción. Una condición similar existe incluso cuando una rueda dentada está acoplada, porque aunque sus superficies de apoyo primera y segunda respectivas están fijadas en rotación ente sí, continúan rotando concertadamente con respecto a los lubricantes líquidos.

Como alternativa a proporcionar dos placas de apoyo 58a, 58b con segundas superficies de apoyo en imagen especular y como se muestra en las Figura 6 y 7, puede proporcionarse una placa modificada 58c para su uso en superficies opuestas del anillo de empuje 50. La segunda superficie de apoyo 58c está configurada con rampas 78', 78'' inclinadas de forma opuesta, dispuestas para actuar conjuntamente con las superficies de apoyo adyacentes del anillo de empuje 50 para definir entre ellas bolsillos 80', 80'' en forma de cuña. Las rampas 78', 78'' están espaciadas circunferencialmente por zonas planas 84 desde las que descienden a entrantes 82. Las rampas 78' y sus bolsillos 80' asociados están diseñados para producir zonas de presión de lubricante elevada, espaciadas angularmente en un lado del anillo 50, y las rampas 78'' y sus bolsillos 80'' asociados están igualmente diseñados para producir el mismo efecto en el lado opuesto del anillo 50.

A la luz de lo anterior, se entenderá ahora por aquéllos expertos en la técnica que chumaceras de casquillo 40 operan efectivamente para soportar de forma rotatoria las ruedas dentadas 24, 26 en el modo de rotación libre, siendo los conjuntos de anillo de empuje 42 lubricados efectivamente para minimizar el desgaste por fricción. Cuando una u otra de las ruedas dentadas está fijada en rotación al árbol, su cojinete de casquillo proporciona soporte radial estático continuado, y cargas axiales son tomadas por el conjunto de anillo de empuje 42 asociado que actúa sobre su circunferencia completa.

Se apreciará adicionalmente por aquéllos expertos en la técnica que en los conjuntos de chumacera, la generación de calor aumenta con el aumento de la velocidad de rotación. Sin embargo, el aumento de la velocidad de rotación produce un mayor flujo de lubricante a través de los pasos 64, 70 radiales hasta sus puntos de lubricación respectivos, siendo el efecto de red para mantener una temperatura de apoyo substancialmente constante y tolerable sobre un amplio intervalo de velocidades de operación.

Claims (13)

1. Aparato para montar en rotación y fijar axialmente una rueda dentada en un árbol, comprendiendo el citado aparato:

un casquillo fijado en un ánima de la citada rueda dentada; un casquillo recibido y fijado con respecto al citado árbol, estando el citado árbol rodeado por y montado en rotación para el giro en el citado casquillo:

un anillo de empuje fijado con respecto a y que se proyecta radialmente desde el citado árbol en un lado de la citada rueda dentada; y

medios de retención en el citado un lado de la citada rueda dentada para definir un canal circular en el cual el citado anillo de empuje anular está confinado axialmente.

2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende también medios para introducir un lubricante líquido entre el citado manguito y el citado casquillo, y en el canal circular definido por los citados medios de retención.

3. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que los citados medios de retención comprenden placas anulares espaciadas axialmente, enfrentadas, configuradas y dispuestas para estar en contacto con caras opuestas del citado anillo de empuje, estando una de las citadas placas anulares fijada al citado un lado de la citada rueda dentada, y estando la otra de las citadas placas anulares soportada en un collarín circular fijado al citado un lado de la citada rueda dentada.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que el citado anillo de empuje tiene primeras superficies de apoyo anulares enfrentadas, confinadas axialmente entre las segundas superficies de apoyo anulares en los citados medios de retención.

5. El aparato de la reivindicación 4, que comprende también medios para introducir un lubricante líquido entre las citadas primeras y segundas superficies de apoyo.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que las citadas primeras y segundas superficies de apoyo están configuradas y dispuestas para responder a la rotación relativa entre el citado anillo de empuje y los medios de retención distribuyendo el lubricante líquido entre las citadas primeras y segundas superficies de apoyo en una pluralidad de zonas de presión elevada espaciadas angularmente.

7. El aparato de la reivindicación 5, en el que las citadas primeras y segundas superficies de apoyo son anulares y están dispuestas en pares enfrentados, y en el que una de las superficie de apoyo de cada par está configurada con una pluralidad de rampas espaciadas circunferencialmente dispuestas para actuar conjuntamente con la otra superficie de apoyo de cada par definiendo entre ellas bolsillos en forma de cuña espaciados circunferencialmente.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que cada una de las citadas rampas se extiende circunferencialmente desde un entrante en un extremo hasta una zona plana en el extremo opuesto, estando las rampas sucesivas separadas unas de otras por entrantes y mesetas dispuestas adyacentemente.

9. El aparato de la reivindicación 7, en el que cada una de dichas rampas se extiende circunferencialmente desde una zona plana en un extremo hasta un entrante en el extremo opuesto.

10. El aparato de la reivindicación 9, en el que rampas sucesivas están inclinadas de forma opuesta, extendiéndose cada una hacia abajo desde una zona plana hasta un entrante.

11. El aparato de la reivindicación 1, en el que el interior del citado casquillo está internamente configurado con lóbulos espaciados circunferencialmente.

12. El aparato de la reivindicación 1, en el que el citado casquillo tiene una superficie externa de apoyo en rotación, subdividida por una ranura circular en dos secciones espaciadas axialmente, y medios de conducto para entregar lubricante a través del citado árbol en la citada ranura para la distribución a las entrecaras entre secciones axialmente espaciadas de la citada superficie de apoyo en rotación y el interior del citado casquillo.

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que los citados medios de conducto son adicionalmente operativos para entregar lubricante desde una de las citadas entrecaras hasta el citado canal circular.