RU2482933C2 - Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll - Google Patents

Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll Download PDF

Info

Publication number
RU2482933C2
RU2482933C2 RU2011131603/02A RU2011131603A RU2482933C2 RU 2482933 C2 RU2482933 C2 RU 2482933C2 RU 2011131603/02 A RU2011131603/02 A RU 2011131603/02A RU 2011131603 A RU2011131603 A RU 2011131603A RU 2482933 C2 RU2482933 C2 RU 2482933C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rack
roll
gear
centroid
radius
Prior art date
Application number
RU2011131603/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011131603A (en
Inventor
Николай Александрович Целиков
Александр Александрович Жуков
Александр Андреевич Филатов
Original Assignee
Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") filed Critical Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ")
Priority to RU2011131603/02A priority Critical patent/RU2482933C2/en
Publication of RU2011131603A publication Critical patent/RU2011131603A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2482933C2 publication Critical patent/RU2482933C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: proposed drive comprises round constant pitch angle pinion engaged with mill roll and fixed rack engaged therewith. Required ratio between mill stand reciprocation liner speed and roll angular speed is ensured by making rack teeth side surfaces in the zone of mutual contact with pinion teeth side surfaces as conjugated surfaces formed in rolling of round pinion variable-radius centroid line over that of the rack. Note here that at sections corresponding to such angular positions of pinion and roll rigidly engaged therewith whereat tube is reduced in variable-radius roll. Note also that pinion centroid radial coordinate equals roll variable rolling radius to rule out dam of strain in tube billet.
EFFECT: ruled out axial strain in tube cold reduction.
5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к холодной продольной периодической прокатке труб.The invention relates to pipe rolling production, namely to cold longitudinal periodic rolling of pipes.

Известен зубчато-реечный привод вращения валка стана продольной периодической прокатки труб (Виноградов А.Г. Трубное производство. М., Металлургия, 1981, 340 с., с.174, рис.92, С.181, рис.95). Данный привод содержит круглую шестерню, соединенную с валком и имеющую постоянный угловой шаг зубьев, и находящуюся с ней в зацеплении неподвижную зубчатую рейку.Known gear rack drive rotation of the roll mill of the longitudinal periodic rolling of pipes (Vinogradov A.G. Pipe production. M., Metallurgy, 1981, 340 S., S. 174, Fig. 92, S. 181, Fig. 95). This drive contains a round gear connected to the roll and having a constant angular pitch of the teeth, and being in mesh with it a fixed gear rack.

Валок стана периодической прокатки труб с нарезанным на нем ручьем переменного радиуса расположен в станине рабочей клети, которая совершает возвратно-поступательное движение. При этом валок совершает относительно станины вращательное движение, осуществляемое от зубчато-реечного привода. Круглая шестерня жестко соединена с хвостовиком валка и входит в зацепление с неподвижной рейкой, также имеющей постоянный шаг зубьев. При этом боковые поверхности зубьев рейки являются плоскостями, имеющими одинаковый угол наклона к плоскости, в которой происходит движение оси валка. Угол между нормалью к этой плоскости и плоскостями, представляющими собой боковые поверхности зубьев рейки, является углом зацепления шестерни с зубчатой рейкой.The roll of the mill for periodic rolling of pipes with a stream of variable radius cut on it is located in the bed of the working stand, which makes a reciprocating motion. In this case, the roll makes a rotational movement relative to the bed, carried out from the rack-and-pinion drive. The round gear is rigidly connected to the shank of the roll and engages with a fixed rack, also having a constant tooth pitch. In this case, the lateral surfaces of the teeth of the rails are planes having the same angle of inclination to the plane in which the roll axis moves. The angle between the normal to this plane and the planes representing the lateral surfaces of the rack teeth is the angle of engagement of the gear with the rack.

Недостатком известного зубчато-реечного привода вращения валка является то, что он задает постоянное отношение линейной скорости возвратно-поступательного перемещения клети к угловой скорости вращения валка, отличающееся от переменной величины катающего радиуса. Величина катающего радиуса связана с переменным радиусом ручья. Вследствие этого в прокатываемой трубе формируется осевая сила (натяжение или подпор). Наличие осевой силы негативно влияет на качество поверхности прокатанной трубы и надежность работы механизмов стана, на которые действуют значительные дополнительные нагрузки.A disadvantage of the known gear-rack drive for rotating the roll is that it sets a constant ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand to the angular speed of rotation of the roll, different from the variable rolling radius. The rolling radius is related to the variable radius of the stream. As a result, an axial force (tension or support) is formed in the rolled pipe. The presence of axial force negatively affects the surface quality of the rolled pipe and the reliability of the mill mechanisms, which are subject to significant additional loads.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является зубчато-реечный привод валков стана периодической прокатки труб (Авторское свидетельство СССР SU №1808431 А1, Бюл. №14, 15.04.93).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed device is a rack-and-pinion drive rolls of the mill for periodic rolling of pipes (USSR Author Certificate SU No. 1808431 A1, Bull. No. 14, 04/15/93).

Этот привод содержит круглую шестерню, соединенную с валком и имеющую постоянный угловой шаг зубьев, и находящуюся в зацеплении с шестерней неподвижную зубчатую рейку. При этом боковые поверхности зубьев рейки являются плоскостями, углы наклона которых к плоскости, в которой происходит движение оси валка, выполнены различными. Причем углы наклона плоскостей, соответствующих боковым поверхностям зубьев рейки, выбираются таким образом, чтобы в некоторых рассматриваемых положениях рабочей клети было обеспечено отношение линейной скорости возвратно-поступательного перемещения клети к угловой скорости вращения валка, равное катающему радиусу, который зависит от переменного радиуса ручья.This drive contains a round gear connected to the roller and having a constant angular pitch of the teeth, and being in mesh with the gear fixed gear rack. Moreover, the lateral surfaces of the teeth of the rack are planes, the angles of inclination of which to the plane in which the axis of the roll is moving are made different. Moreover, the angles of inclination of the planes corresponding to the lateral surfaces of the teeth of the rack are selected so that in some positions of the working stand considered, the ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand to the angular speed of rotation of the roll, equal to the rolling radius, which depends on the variable radius of the stream.

Недостатком данного зубчато-реечного механизма является то, что он не обеспечивает непрерывного изменения отношения линейной скорости клети к угловой скорости валка. Это отношение меняется скачкообразно при переходе контакта зубьев шестерни с одного зуба рейки к другому. При этом не обеспечивается необходимая величина отношения линейной скорости возвратно-поступательного движения клети к угловой скорости валка во всех положениях клети и, соответственно, не обеспечивается отсутствие осевых сил в прокатываемой трубе. С учетом того, что коэффициент торцевого перекрытия в зацеплении шестерни с рейкой больше единицы, в процессе перемещения клети существуют положения, в которых в зацеплении шестерни с рейкой должны находиться не менее двух зубьев. В этих положениях клети при предложенном принципе образования плоских боковых поверхностей зубьев рейки может произойти либо заклинивание передачи, либо ее замыкание с ударом при переходе контакта на каждую последующую пару зубьев шестерни и рейки.The disadvantage of this gear rack mechanism is that it does not provide a continuous change in the ratio of the linear speed of the stand to the angular speed of the roll. This ratio changes abruptly when the contact of the gear teeth from one tooth of the rack to another passes. In this case, the necessary value of the ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand to the angular velocity of the roll in all positions of the stand is not ensured and, accordingly, the absence of axial forces in the rolled pipe is not ensured. Considering the fact that the coefficient of frontal overlap in the gearing of the gear with the rack is more than unity, during the movement of the cage there are provisions in which at least two teeth should be in the gearing of the gear with the rack. In these stand positions, with the proposed principle of the formation of flat lateral surfaces of the teeth of the rack, either the transmission is jammed, or it closes with an impact upon contact transition to each subsequent pair of gear and rack teeth.

Техническим результатом применения предлагаемого устройства является исключение осевых сил в прокатываемой трубе за счет того, что обеспечивается необходимое соотношение линейной скорости возвратно-поступательного движения клети и угловой скорости валка при любом положении клети в процессе прокатки.The technical result of the application of the proposed device is the exclusion of axial forces in the rolled pipe due to the fact that the necessary ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand and the angular velocity of the roll at any position of the stand during rolling.

Технический результат достигается за счет того, что в зубчато-реечном приводе валка стана периодической прокатки труб, содержащем круглую шестерню, соединенную с валком и имеющую постоянный угловой шаг зубьев, и находящуюся с ней в зацеплении неподвижную зубчатую рейку, боковые поверхности зубьев рейки выполнены в зоне взаимного контакта с боковыми поверхностями зубьев шестерни как сопряженные поверхности, образующиеся при обкатке имеющей переменный радиус центроиды круглой шестерни по центроиде рейки. При этом на участках, соответствующих таким угловым положениям шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы в ручье переменного радиуса, радиальная координата RЦ центроиды шестерни равна переменному катающему радиусу валка для исключения подпора или натяжения в заготовке трубы.The technical result is achieved due to the fact that in the rack-and-pinion drive of the roll of the rolling mill of periodic pipes, containing a round gear connected to the roll and having a constant angular pitch of the teeth, and being locked with it, the fixed gear rack, the side surfaces of the teeth of the rack are made in the zone mutual contact with the lateral surfaces of the gear teeth as mating surfaces formed during the run-in, having a variable radius of the centroid of the round gear on the centroid of the rack. At the same time, in areas corresponding to such angular positions of the gear and the roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled in a stream of variable radius, the radial coordinate R C of the gear centroid is equal to the variable rolling radius of the roll to eliminate back pressure or tension in the pipe billet.

Из уровня техники известно зубчато-реечное зацепление, поверхности зубьев элементов которого спрофилированы как сопряженные поверхности (SU 51250 А, 31.01.1938). В известном техническом решении используется зубчато-реечная передача, содержащая круглую шестерню с центроидой в виде окружности и рейку с постоянным шагом зуба, центроидой которой является прямая. Это самый простой вариант зубчато-реечного зацепления, использование которого в приводе валка стана периодической прокатки труб не позволяет достичь требуемого технического результата, так как в результате применения шестерни с центроидой постоянного радиуса не обеспечивается необходимое соотношение линейной скорости возвратно-поступательного движения клети и угловой скорости валка при любом положении клети в процессе прокатки, а соответственно, невозможно исключить наличие осевых сил в прокатываемой трубе.Gear-rack gearing is known from the prior art, the tooth surfaces of the elements of which are profiled as mating surfaces (SU 51250 A, 01/31/1938). In the known technical solution, a rack-and-pinion gear is used, comprising a circular gear with a centroid in the form of a circle and a rack with a constant tooth pitch, the centroid of which is a straight line. This is the simplest option of rack and pinion gearing, the use of which in the roll drive of the periodic rolling mill does not allow to achieve the required technical result, since the use of a gear with a centroid of constant radius does not provide the necessary ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the cage and the angular speed of the roll at any position of the stand during the rolling process, and accordingly, it is impossible to exclude the presence of axial forces in the rolled pipe.

Из уровня техники также известны зубчатые зацепления (RU 2009386 С1, 15.03.1994), в том числе зубчато-реечные, в которых в качестве центроид элементов зацепления могут быть использованы не только окружности, но и другие кривые. Технический результат данного известного технического решения состоит в повышении КПД передачи за счет исключения проскальзывания зубьев в точке взаимного контакта и обеспечении плавности зацепления. Перечисленные положительные качества улучшают свойства известного зубчатого зацепления, как самостоятельного объекта, но не могут существенно повлиять на решение технической задачи обеспечения необходимого соотношения линейной скорости возвратно-поступательного движения клети и угловой скорости валка стана периодической прокатки труб при любом положении клети в процессе прокатки.Gearing is also known from the prior art (RU 2009386 C1, 03/15/1994), including rack-and-pinion gears, in which not only circles but also other curves can be used as centroid gearing elements. The technical result of this known technical solution is to increase the transmission efficiency by eliminating tooth slippage at the point of mutual contact and ensuring smooth engagement. The listed positive qualities improve the properties of the known gearing as an independent object, but cannot significantly affect the solution of the technical problem of ensuring the necessary ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand and the angular speed of the roll of the rolling mill at any position of the stand during the rolling process.

В предлагаемом техническом решении центроида круглой шестерни, имеющей постоянный угловой шаг зубьев, является не произвольной кривой, а кривой, определенным образом связанной с геометрическими параметрами ручья валка, а именно: радиальная координата центроиды на участках, соответствующих угловым положениям шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы, равна катающему радиусу валка. Наличие этой существенной связи между параметрами центроиды шестерни и валка, в сочетании с выполнением боковых поверхностей зубьев шестерни и рейки сопряженными, позволяет обеспечить необходимый технический результат в приводе валка стана периодической прокатки труб.In the proposed technical solution, the centroid of a round gear having a constant angular pitch of the teeth is not an arbitrary curve, but a curve defined in a certain way with the geometrical parameters of the roll stream, namely, the radial coordinate of the centroid in the sections corresponding to the angular positions of the gear and the roll rigidly connected to it at which the tube is rolled is equal to the rolling radius of the roll. The presence of this significant relationship between the parameters of the centroid of the gear and the roll, in combination with the execution of the lateral surfaces of the teeth of the gear and the racks mated, allows to provide the necessary technical result in the drive of the roll mill of the periodic rolling of pipes.

Вместе с тем, анализ известных источников информации не позволил выявить решения, связанные с применением в приводе валка стана периодической прокатки труб круглой шестерни с постоянным угловым шагом зубьев, имеющей центроиду, отличную от окружности.At the same time, the analysis of known sources of information did not reveal solutions associated with the use of a periodic gear rolling mill tube with a constant angular tooth pitch with a different centroid than a circle in the roll drive.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

- на фиг.1 представлен общий вид зубчато-реечного привода валка стана периодической прокатки труб;- figure 1 presents a General view of the rack-and-pinion drive roll of the rolling mill;

- на фиг.2 показана боковая проекция привода (стрелками показаны возвратно-поступательное движение станины и вращение валка);- figure 2 shows a side projection of the drive (arrows indicate the reciprocating movement of the bed and the rotation of the roll);

- на фиг.3 приведена схема круглой шестерни с центроидой переменного радиуса;- figure 3 shows a diagram of a circular gear with a centroid of variable radius;

- на фиг.4 - схема зацепления шестерни с рейкой, имеющей непрерывно меняющийся шаг зубьев;- figure 4 is a diagram of the engagement of the gear with the rack having a continuously changing tooth pitch;

- на фиг.5 - схема двухвалковой прокатной клети, каждый из валков которой имеет привод, выполненный в соответствии с предлагаемым изобретением.- figure 5 is a diagram of a two-roll rolling mill, each of the rolls of which has a drive made in accordance with the invention.

Предлагаемый зубчато-реечный привод валка стана периодической прокатки труб (фиг.1, 2) содержит круглую шестерню 1, соединенную с валком 2 и имеющую постоянный угловой шаг зубьев (фиг.3). В зацеплении с шестерней 1 находится неподвижная зубчатая рейка 3.The proposed gear-rack drive roll mill periodic pipe rolling (Fig.1, 2) contains a circular gear 1 connected to the roll 2 and having a constant angular pitch of the teeth (Fig.3). Engaged with gear 1 is a fixed gear rack 3.

Круглая шестерня 1 (фиг.3) имеет постоянный угловой шаг зубьев, основную окружность 4 радиуса r0, делительную окружность 5 радиуса RД, окружность 6 вершин зубьев радиуса RB.Round gear 1 (figure 3) has a constant angular pitch of the teeth, the main circle 4 of radius r 0 , the pitch circle 5 of radius R D , the circumference of 6 vertices of the teeth of radius R B.

Боковые поверхности зубьев рейки выполнены в зоне взаимного контакта с боковыми поверхностями зубьев шестерни как сопряженные поверхности, образующиеся при обкатке имеющей переменный радиус центроиды 7 шестерни, определяемой уравнениемThe lateral surfaces of the teeth of the rack are made in the area of mutual contact with the lateral surfaces of the gear teeth as mating surfaces formed during the running of the gear having a variable radius of the centroid 7 defined by the equation

Figure 00000001
Figure 00000001

по центроиде 8 рейки (фиг.4), определяемой в параметрическом видеcentroid 8 slats (figure 4), defined in a parametric form

Figure 00000002
Figure 00000002

где RЦ - полярный радиус;where R C is the polar radius;

α - полярный угол, изменяющийся в диапазоне 0≤α≤αMAX;α is the polar angle, varying in the range 0≤α≤α MAX ;

α=0 соответствует положению шестерни в зацеплении с первым зубом рейки;α = 0 corresponds to the gear position in engagement with the first tooth of the rack;

α=αMAX соответствует положению шестерни в зацеплении с последним зубом рейки.α = α MAX corresponds to the position of the gear mesh with the last tooth of the rack.

Центроидой называется геометрическое место мгновенных центров вращения тела в абсолютном или относительном движении (см., например, Артоболевский И.И. Теория механизмов. М., Наука, 1965, 776 с., с.114). Для зубчато-реечного зацепления совокупность центроид шестерни и рейки полностью определяет закон движения шестерни относительно неподвижной рейки, а также форму боковых поверхностей зубьев рейки и, соответственно, является конструктивной характеристикой механизма.A centroid is a geometric locus of instantaneous centers of rotation of a body in absolute or relative motion (see, for example, Artobolevsky II, Theory of Mechanisms. Moscow, Nauka, 1965, 776 p., P. 114). For rack and pinion gearing, the combination of the centroid of the gear and the rack completely determines the law of motion of the gear relative to the stationary rack, as well as the shape of the side surfaces of the teeth of the rack and, accordingly, is a structural characteristic of the mechanism.

Для шестерни 1, надетой неподвижно и концентрично на хвостовик прокатного валка 2, имеющего ручей переменного радиуса, составляется, например, в полярной системе координат, уравнение (1) центроиды 7. На участках, соответствующих таким угловым положениям шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы в ручье переменного радиуса, радиальная координата RЦ центроиды 7 шестерни равна переменному катающему радиусу валка.For gear 1, worn motionlessly and concentrically on the shank of a rolling roll 2 having a stream of variable radius, for example, in the polar coordinate system, equation (1) of centroid 7 is drawn up. In areas corresponding to such angular positions of the gear and the roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled in a stream of variable radius, the radial coordinate R C of the gear centroid 7 is equal to the variable rolling radius of the roll.

В зацеплении с шестерней 1 находится зубчатая рейка 3 с непрерывно меняющимся шагом зубьев (фиг.4). Для зубчатой рейки 3 на основании уравнения (1) центроиды 7 шестерни определяют в параметрическом виде (параметр α) уравнение (2) центроиды 8 зубчатой рейки.In mesh with the gear 1 is the gear rack 3 with a continuously changing tooth pitch (figure 4). For gear rack 3, on the basis of equation (1), the centroids 7 of the gear are determined in the parametric form (parameter α) equation (2) of the centroid 8 of the gear rack.

Боковые поверхности зубьев рейки 3 выполняются таким образом, что они являются сопряженными к боковым поверхностям зубьев шестерни 1. Такие боковые поверхности получаются при обкатке без скольжения центроиды 7 шестерни по центроиде 8 зубчатой рейки.The lateral surfaces of the teeth of the rack 3 are made in such a way that they are mated to the side surfaces of the teeth of the gear 1. Such lateral surfaces are obtained by running without sliding the centroid 7 of the gear on the centroid 8 of the rack.

Пример. Зубчато-реечный привод осуществляет вращение валка стана холодной периодической прокатки труб. Валок имеет калибровку ручья переменного радиуса для прокатки трубы по маршруту 40×2,7→22×0,75. На станах периодической прокатки труб, как следует из их названия, прокатка трубы происходит периодически. Соответственно, существуют угловые положения шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы в ручье переменного радиуса, и угловые положения, при которых прокатка не происходит, а осуществляются другие операции.Example. A rack-and-pinion drive rotates a roll of a cold periodic rolling mill. The roll has a calibration of a stream of variable radius for rolling the pipe along the route 40 × 2.7 → 22 × 0.75. In the mills of the periodic rolling of pipes, as the name implies, rolling of the pipe occurs periodically. Accordingly, there are angular positions of the gear and the roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled in a stream of variable radius, and angular positions at which rolling does not occur, but other operations are carried out.

В рассматриваемом конкретном случае рейка установлена таким образом, что угол поворота шестерни от углового положения шестерни в зацеплении с первым зубом рейки до углового положения, при котором начинается прокатка трубы в ручье переменного радиуса, составляет 0,43 рад. Угловым положениям шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы, соответствует диапазон 0,43 рад≤α≤4,51 рад. Участкам в этом диапазоне соответствуют различные стадии процесса прокатки трубы. При угловых положениях 4,51 рад<α≤6,30 рад прокатка не происходит. Угловому положению шестерни в зацеплении с последним зубом рейки соответствует α=6,30 рад.In this particular case, the rail is installed in such a way that the angle of rotation of the gear from the angular position of the gear in engagement with the first tooth of the rack to the angular position at which rolling of the pipe begins in a stream of variable radius is 0.43 rad. The angular positions of the gear and the roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled, corresponds to a range of 0.43 rad≤α≤4.51 rad. The sections in this range correspond to the various stages of the pipe rolling process. At angular positions of 4.51 rad <α≤6.30 rad rolling does not occur. The angular position of the gear in engagement with the last tooth of the rack corresponds to α = 6.30 rad.

В диапазоне угловых положений 0,43 рад≤α≤4,51рад катающий радиус валка изменяется линейно от 140,0 мм до 144,8 мм. При других угловых положениях шестерни и валка прокатка не происходит, соответственно, катающий радиус валка не определяется. В соответствии с заявляемым техническим решением на участках, соответствующих угловым положениям 0,43 рад≤α≤4,51 рад шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы в ручье переменного радиуса, радиальная координата RЦ центроиды шестерни равна переменному катающему радиусу валка. При других угловых положениях форма центроиды в рамках настоящего технического решения не регламентируется, поскольку она не влияет на технический результат, поэтому форма центроиды может быть выбрана из каких-либо других соображений. Вместе с тем, задание формы центроиды на этих участках необходимо для выполнения боковых поверхностей зубьев рейки сопряженными с боковыми поверхностями зубьев шестерни на всей длине рейки. Отметим, что, поскольку речь идет о зубчатом зацеплении, термин «сопряженные поверхности» использован в том смысле, в каком он употребляется в теории зубчатых передач (см., например, Левитская О.Н., Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин, М., Высшая школа, 1985, С.179).In the range of angular positions of 0.43 rad≤α≤4.51rad, the rolling radius of the roll varies linearly from 140.0 mm to 144.8 mm. At other angular positions of the gear and the roll, rolling does not occur, respectively, the rolling radius of the roll is not determined. In accordance with the claimed technical solution in areas corresponding to the angular positions of 0.43 rad≤α≤4.51 rad gear and a roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled in a stream of variable radius, the radial coordinate R C of the gear centroid is equal to the rolling variable roll radius. With other angular positions, the shape of the centroid within the framework of this technical solution is not regulated, since it does not affect the technical result, therefore, the shape of the centroid can be selected from any other considerations. At the same time, specifying the shape of the centroid in these areas is necessary to perform the lateral surfaces of the teeth of the rack mated with the side surfaces of the gear teeth along the entire length of the rack. Note that, since we are talking about gearing, the term “mating surfaces” is used in the sense in which it is used in the theory of gears (see, for example, Levitskaya ON, Levitsky NI Course on the theory of mechanisms and machines, M., High School, 1985, p. 179).

В рассматриваемом примере для задания центроиды шестерни на участках, соответствующих таким угловым положениям шестерни и валка, при которых прокатка трубы не происходит, приняты дуги окружностей: радиусом 140,0 мм на участке 0,0 рад≤α<0,43рад и радиусом 144,8 мм на участке 4,51 рад<α≤6,30 рад.In this example, to set the centroid of the gear in the sections corresponding to such angular positions of the gear and the roll, at which the pipe does not roll, circular arcs are adopted: a radius of 140.0 mm in a section of 0.0 rad≤α <0.43 rad and a radius of 144, 8 mm in the area of 4.51 rad <α≤6.30 rad.

В соответствии с уравнением (1) и первым из уравнений (2) однозначно определяются значения координаты yP центроиды рейки, которые изменяются в пределах от -140,0 мм до -144,8 мм.In accordance with equation (1) and the first of equations (2), the coordinates y P of the rail centroid are uniquely determined, which vary from -140.0 mm to -144.8 mm.

Определенный интеграл с переменным верхним пределом от заданной функции RЦ, присутствующий во втором из уравнений (2), как известно, является функцией верхнего предела (см., например, Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, T.II, М., Наука, 1969, С.115). При заданной функции RЦ=RЦ(α) (или, что тоже самое, RЦ=RЦ(φ)) этот интеграл может быть вычислен известными методами, в результате чего будет получена однозначная зависимость координаты xP точек центроиды рейки от α. В нашем случае, можно воспользоваться известными приемами вычисления определенного интеграла от функции, заданной табличным способом (см., например, Бермант А.Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализа, М., Наука, 1966, С.323).A certain integral with a variable upper limit on a given function R C , present in the second of equations (2), is known to be a function of the upper limit (see, for example, G. Fikhtengolts, Differential and integral calculus course, T.II, M ., Science, 1969, S.115). For a given function R C = R C (α) (or, equivalently, R C = R C (φ)), this integral can be calculated by known methods, as a result of which an unambiguous dependence of the coordinate x P of the centroid points of the rail on α . In our case, you can use the well-known methods of calculating a certain integral of a function defined by a tabular method (see, for example, Bermant A.F., Aramanovich I.G. Short course in mathematical analysis, M., Nauka, 1966, S.323) .

В результате интегрирования функции RЦ однозначно получаются значения координаты xP центроиды рейки, которые изменяются в пределах от 0,0 до 897,2 мм.As a result of the integration of the function R C , the coordinate x P coordinates of the rack centroid are unambiguously obtained, which vary from 0.0 to 897.2 mm.

Ниже, в качестве иллюстрации, приведены вычисленные по зависимостям (1) и (2) конкретные числовые значения катающего радиуса валка, радиальной координаты RЦ центроиды шестерни и координат yP, xP центроиды рейки, соответствующие конкретным угловым положениям шестерни и валка, задаваемым углом α:Below, by way of illustration, we show the specific numerical values of the rolling radius of the roll, the radial coordinate R C of the gear centroid and coordinates y P , x P of the rack centroid corresponding to the specific angular positions of the gear and the roll, defined by the angle α:

α, радα glad 0,000.00 0,210.21 0,430.43 0,940.94 1,451.45 1.961.96 2,472.47 2,982.98 Катающий радиус, ммRolling radius, mm -- -- 140,0140.0 140,6140.6 141,2141.2 141,8141.8 142,4142.4 143,0143.0 RЦ, ммR C , mm 140,0140.0 140,0140.0 140,0140.0 140,6140.6 141,2141.2 141,8141.8 142,4142.4 143,0143.0 yP, ммy P mm -140,0-140.0 -140,0-140.0 -140,0-140.0 -140,6-140.6 -141,2-141.2 -141,8-141.8 -142,4-142.4 -143,0-143.0 xP, ммx P mm 0,00,0 29,429.4 60,260,2 131,4131.4 203,6203.6 275,7275.7 348,0348.0 421,3421.3 α, радα glad 3,493.49 4,004.00 4,514,51 5,025.02 5,535.53 6,046.04 6,306.30 Катающий радиус, ммRolling radius, mm 143,6143.6 144,2144.2 144,8144.8 -- -- -- -- RЦ, ммR C , mm 143,6143.6 144,2144.2 144,8144.8 144,8144.8 144,8144.8 144,8144.8 144,8144.8 yP, ммy P mm -143,6-143.6 -144,2-144.2 -144,8-144.8 -144,8-144.8 -144,8-144.8 -144,8-144.8 -144,8-144.8 xP, ммx P mm 493,7493.7 560,9560.9 638,9638.9 712,5712.5 786,1786.1 859,7859.7 897,2897.2

На участках, на которых центроида 7 шестерни является окружностью постоянного радиуса, центроида 8 зубчатой рейки параллельна плоскости 9 перемещения оси валка (фиг.4). На этих участках зубчатой рейки боковые поверхности зубьев являются плоскостями, имеющими определенный угол наклона к плоскости 9. Угол между нормалью к плоскости 9 и плоскостями, представляющими собой боковые поверхности зубьев рейки, является углом зацепления. Чем больше радиус окружности, представляющей собой участок центроиды 7 шестерни, тем больше угол зацепления шестерни с рейкой и тем больше шаг зубьев рейки.In areas in which the centroid 7 of the gear is a circle of constant radius, the centroid 8 of the rack is parallel to the plane 9 of the movement of the axis of the roll (figure 4). In these sections of the rack, the side surfaces of the teeth are planes having a certain angle of inclination to plane 9. The angle between the normal to plane 9 and the planes representing the side surfaces of the rack teeth is the angle of engagement. The larger the radius of the circle representing the portion of the centroid of the gear 7, the greater the angle of engagement of the gear with the rack and the greater the pitch of the teeth of the rack.

На участках, на которых центроида 7 не является окружностью, боковые поверхности зубьев рейки представляют собой поверхности криволинейных цилиндров (фиг.4), образующие которых параллельны плоскости 9. Благодаря такой форме боковых поверхностей зубьев рейки обеспечивается необходимое соотношение линейной скорости возвратно-поступательного движения клети к угловой скорости валка при любом положении клети в процессе прокатки. Дополнительно обеспечивается отсутствие заклинивания зубчато-реечной передачи и отсутствие ударов при переходе контакта к каждой последующей паре зубьев шестерни и зубчатой рейки.In areas where the centroid 7 is not a circle, the lateral surfaces of the rack teeth are the surfaces of curved cylinders (Fig. 4), the generatrix of which is parallel to plane 9. Due to this shape of the side surfaces of the rack teeth, the necessary ratio of the linear speed of the reciprocating movement of the stand to the angular velocity of the roll at any position of the stand during the rolling process. In addition, there is no jamming of the rack and pinion transmission and no blows during the transition of contact to each subsequent pair of gear teeth and gear rack.

Боковые поверхности зубьев рейки могут быть построены (или обработаны на станке) на основе заданных центроид шестерни и рейки в соответствии с известными принципами теории зубчатых зацеплений. Способы построения сопряженных поверхностей, например методом огибания (см., например, Левитская О.Н., Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин, М., Высшая школа, 1985, С.186-187), позволяют осуществить как теоретическое построение профиля зуба, так и практическое получение профиля зуба на зуборезном станке. Например, это можно сделать, выбирая в качестве производящей поверхности поверхность зубьев шестерни и обеспечивая относительное движение производящей поверхности и заготовки рейки таким, каким оно получается при обкатке центроиды шестерни по центроиде рейки.The lateral surfaces of the rack teeth can be constructed (or machined on the machine) based on the specified centroid gears and rack in accordance with the known principles of the theory of gears. The methods of constructing conjugate surfaces, for example, by the method of bending (see, for example, Levitskaya ON, Levitsky NI Course in the theory of mechanisms and machines, M., Higher School, 1985, S.186-187), allow to implement as theoretical building a tooth profile, and practical obtaining a tooth profile on a gear cutting machine. For example, this can be done by choosing the surface of the gear teeth as the producing surface and providing the relative motion of the producing surface and the workpiece of the rack as it is when rolling the centroid of the gear on the centroid of the rack.

Работу устройства рассмотрим на примере двухвалковой прокатной клети, привод каждого из валков которой выполнен в соответствии с предлагаемым изобретением. Такой вариант является предпочтительным.The operation of the device will be considered on the example of a two-roll rolling mill, the drive of each of the rolls of which is made in accordance with the invention. This option is preferred.

На фиг.5 представлена схема клети стана холодной периодической прокатки труб. Неподвижная в процессе прокатки заготовка трубы 10 находится в валках 2, на которых выполнены ручьи переменного радиуса. Валки смонтированы в станине 11, совершающей возвратно-поступательное движение. На хвостовик 12 каждого из валков надета круглая шестерня 1, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой 3, имеющей непрерывно меняющийся шаг.Figure 5 presents a diagram of the mill stand for cold periodic rolling of pipes. Stationary during the rolling process, the pipe billet 10 is located in rolls 2, on which streams of variable radius are made. The rolls are mounted in the frame 11, making a reciprocating motion. A round gear 1 is put on the shank 12 of each of the rolls, which is meshed with a gear rack 3 having a continuously changing pitch.

Зубчато-реечный привод валка стана периодической прокатки труб работает следующим образом.Gear rack drive roll mill periodic rolling of pipes works as follows.

Станина 11 с валками 2, имеющими ручьи переменного радиуса, совершает возвратно-поступательное движение (в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа). Валки 2 дополнительно получают вращение от круглых шестерен 1, надетых на хвостовики 12 валков, и входящих в зацепление с неподвижными зубчатыми рейками 3, имеющими непрерывно меняющийся шаг зубьев. В результате перемещения станины 11 в сочетании с вращением валков 2 с ручьем переменного радиуса пластически деформируют прокатываемую заготовку трубы 10. Указанная деформация заготовки происходит на ограниченном участке полного перемещения станины.The bed 11 with rolls 2 having streams of variable radius, makes a reciprocating motion (in the direction perpendicular to the plane of the drawing). The rollers 2 additionally receive rotation from the round gears 1, worn on the shanks of the 12 rolls, and engaged with the fixed gear racks 3 having a continuously changing tooth pitch. As a result of the movement of the bed 11 in combination with the rotation of the rolls 2 with a stream of variable radius, the rolled billet of the pipe 10 is plastically deformed. This deformation of the billet occurs in a limited area of the complete movement of the bed.

Согласно изобретению боковые поверхности зубьев рейки 3 выполнены как сопряженные поверхности, образующиеся при обкатке центроиды шестерни по центроиде рейки в соответствии с зависимостями (1) и (2). Благодаря этому в тех положениях станины, в которых осуществляется пластическая деформация валками 1 неподвижной заготовки трубы 10, обеспечивается отношение линейной скорости станины 11 к угловой скорости валков 2 (в частности, равное катающему радиусу ручья в очаге деформации), при котором исключается появление в заготовке 10 осевой силы (подпора или натяжения).According to the invention, the lateral surfaces of the teeth of the rack 3 are made as mating surfaces formed when the centroid of the gear is run on the centroid of the rack in accordance with dependencies (1) and (2). Due to this, in those positions of the bed in which plastic deformation is carried out by the rolls 1 of the stationary billet of pipe 10, the ratio of the linear speed of the bed 11 to the angular velocity of the rolls 2 (in particular, equal to the rolling radius of the stream in the deformation zone) is ensured, which eliminates the appearance in the workpiece 10 axial force (support or tension).

Следствием исключения осевых сил является улучшение качества поверхности прокатанной трубы и повышение долговечности механизмов трубопрокатного стана за счет снижения действующих на них нагрузок.The consequence of the exclusion of axial forces is an improvement in the surface quality of the rolled pipe and an increase in the durability of the mechanisms of the tube mill by reducing the loads acting on them.

Claims (1)

Зубчато-реечный привод валка стана периодической прокатки труб, содержащий круглую шестерню, соединенную с валком и имеющую постоянный угловой шаг зубьев, и находящуюся с ней в зацеплении неподвижную зубчатую рейку, отличающийся тем, что боковые поверхности зубьев рейки выполнены в зоне взаимного контакта с боковыми поверхностями зубьев шестерни как сопряженные поверхности, образующиеся при обкатке имеющей переменный радиус центроиды круглой шестерни по центроиде рейки, причем на участках, соответствующих таким угловым положениям шестерни и жестко соединенного с ней валка, при которых происходит прокатка трубы в ручье переменного радиуса, радиальная координата центроиды шестерни равна переменному катающему радиусу валка для исключения подпора или натяжения в заготовке трубы. A rack-and-pinion drive of a roll of a rolling mill of a pipe, comprising a circular gear connected to the roll and having a constant angular pitch of teeth, and being engaged with it, a fixed gear rack, characterized in that the side surfaces of the teeth of the rack are made in the area of mutual contact with the side surfaces gear teeth as mating surfaces formed during running-in of a round gear having a variable radius of a centroid on a centroid of a rack, and in areas corresponding to such angular positions the stubble and the roll rigidly connected to it, at which the pipe is rolled in a stream of variable radius, the radial coordinate of the centroid of the gear is equal to the variable rolling radius of the roll to exclude backwater or tension in the pipe billet.
RU2011131603/02A 2011-07-28 2011-07-28 Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll RU2482933C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131603/02A RU2482933C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131603/02A RU2482933C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011131603A RU2011131603A (en) 2013-02-10
RU2482933C2 true RU2482933C2 (en) 2013-05-27

Family

ID=48792101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131603/02A RU2482933C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482933C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU51250A1 (en) * занов И.А. Р A manual for measuring the speeds of the points of the circles of the disks
SU815352A1 (en) * 1979-06-13 1981-03-23 Ворошиловградский Машиностроительныйинститут Toothed gearing
SU992863A1 (en) * 1981-05-25 1983-01-30 Специализированное Конструкторское Бюро Эскалаторостроения Cylindrical toothed gearing
RU1808431C (en) * 1991-03-19 1993-04-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения Rack-and-gear drive of rolls of pilger mill
RU2009386C1 (en) * 1991-08-15 1994-03-15 Лев Абрамович Малкин Gear set
RU2113643C1 (en) * 1993-05-06 1998-06-20 Акционерное общество гидравлических машин "Ливгидромаш" им.60 летия Союза ССР Cycloid-involute gearing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU51250A1 (en) * занов И.А. Р A manual for measuring the speeds of the points of the circles of the disks
SU815352A1 (en) * 1979-06-13 1981-03-23 Ворошиловградский Машиностроительныйинститут Toothed gearing
SU992863A1 (en) * 1981-05-25 1983-01-30 Специализированное Конструкторское Бюро Эскалаторостроения Cylindrical toothed gearing
RU1808431C (en) * 1991-03-19 1993-04-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения Rack-and-gear drive of rolls of pilger mill
RU2009386C1 (en) * 1991-08-15 1994-03-15 Лев Абрамович Малкин Gear set
RU2113643C1 (en) * 1993-05-06 1998-06-20 Акционерное общество гидравлических машин "Ливгидромаш" им.60 летия Союза ССР Cycloid-involute gearing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011131603A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3130822B1 (en) Point contact gear based on conjugate curves, meshing pair and machining tool therefor
CN205798002U (en) Axially accurate positioning and there is the short stress path rolling mill of high rigidity
EP0978667A2 (en) Harmonic drive and procedure for the optimisation of tooth profiles thereof
RU2482933C2 (en) Rack-and-pinion drive of tube pilger mill roll
DE102014109914A1 (en) Gear, spur gear and method for producing a gear
JPS61159217A (en) High speed wire drawing equipment of wire rod
CN201558858U (en) Variable camber pitch curve non-circular driving gear-rack mechanism of cold pilger mill
CN109885972B (en) Method for dividing deformation zone of asynchronous cold-rolled strip and calculating ratio of each zone
RU2436640C1 (en) Method of cold deformed bar rolling of pipes
RU2311238C2 (en) Method for improving strip quality in hot rolling mills
EP2126408B1 (en) Parabolic type cylindrical worm gear pair
RU170342U1 (en) Deforming cage
CN205628907U (en) Cold -drawing rolling mill and transmission
RU2656901C2 (en) Method of seamless metal pipe manufacturing
RU2610184C1 (en) Step-by-step rolling mill for flat long billets
RU2160403C1 (en) Spur gearing
RU2609768C1 (en) Method of step-by-step rolling flat long billet
CN219335440U (en) Multifunctional bar straightening machine
RU2438820C2 (en) Method of producing ogival shell by rotary extrusion with active shell thickness control in production
CN1351909A (en) Rotary driving device for roller hole type Pilger cold mill capable of alternatively rolling
RU2426618C1 (en) Method of producing thin-wall shells with periodic large-diameter profile
RU2397033C1 (en) Pipe cold-rolling mill
RU2401170C1 (en) Method of asymmetric cold rolling of pipes
RU2356661C1 (en) Method of stepping rolling
RU2436644C2 (en) Method to reshape profiled sheets by flattening into smooth ones and device for its realisation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140729