RU2486978C1

RU2486978C1 - Universal joint

Info

Publication number: RU2486978C1
Application number: RU2012101573/02A
Authority: RU
Inventors: Борис Сергеевич Уткин; Валентина Николаевна Медведева; Наталья Андреевна Константинова; Геннадий Борисович Фокин; Вячеслав Васильевич Катырев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to universal joints used for transmission of rotation at various angles from pinion stands or reduction gearboxes to mill stand working rolls. Universal joint comprises two split yokes consisting of interconnected base and cover with teeth in joint face and openings, trunnion with pins to articulated said yokes, and roller antifriction bearings. Transmitted torque is increased by fitting antifriction bearing rollers on trunnion pins while bearing bodies are fitted in yoke openings. Joint face of yokes is located at angle α to the pane perpendicular to universal joint lengthwise axis. Base teeth and cover of yokes are shaped to trapezoid with profile angle a. Note here that tooth side surface facing the universal joint center is parallel with its lengthwise axis while angle α equals 1.5ω where ω is misalignment angle in joint.

EFFECT: higher transmitted torque.

3 dwg

Description

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.The invention relates to rolling equipment, and more specifically to universal hinges of the spindles of the main lines of the drives of rolling mills (pipe, high, sheet), designed to transmit rotation at various angles from gear stands or gearboxes to the working rolls of rolling mills.

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.Known universal joint, RF patent No. 2252878, class. F16D 3/41, claimed October 16, 2003, publ. 05/27/2005, containing two integral forks with holes, a cross with trunnions, pivotally connecting the forks to each other, roller bearings with housings, including inner and outer rings. In this case, the inner rings of the bearings are mounted on the trunnion pins, and the outer ones are in the holes of the forks.

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.The main disadvantage of the known universal hinge is that the forks included in its structure are integral, which, when assembling such hinges, requires a reduction in the size of the holes of the forks and the diameters of the trunnion pins. In addition, the rolling bearings themselves are large due to the presence of inner and outer rings, which also leads to a significant reduction in the size of the holes of the forks and the diameters of the trunnion pins. To transfer the required torque, an increase in the diameter of the universal joint is required, which is impossible in rolling mill stands with two rolls having a small diameter, since the universal joint must have a diameter smaller than the diameter of the roll. All this limits the load capacity of a universal joint with integral forks and roller bearings with inner and outer rings.

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.Of the known universal joints, the closest in technical essence is the universal joint described in RF patent No. 2241873, class. F16D 3/40, claimed 02.12.2003, publ. December 10, 2004

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.The universal joint contains two detachable forks having holes and consisting of a base and a cover with teeth connected to each other by a bolt in the plane of the connector. The universal joint also includes a cross with trunnions pivotally connecting the forks to each other, and roller bearings mounted by rollers on the trunnions of the cross and the housings in the holes of the forks. The plane of the plug connector coincides with the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint.

Такое конструктивное решение универсального шарнира позволяет упростить его сборку, увеличить размеры отверстия вилок, цапф крестовины, диаметр самих подшипников качения и передавать необходимый крутящий момент.Such a constructive solution of the universal joint allows to simplify its assembly, increase the dimensions of the forks, trunnion trunnions, the diameter of the rolling bearings themselves and transmit the necessary torque.

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.However, in the proposed design, the plug connector is in a section that coincides with the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint, which, when transmitting torque, has the maximum load, and twice in one revolution of the joint, creating tensile stresses in this section. As a result of this, the gear and bolt joints of the forks under the influence of this load lose their rigidity, which leads to a decrease in the reliability of the main parts of the universal joint: forks, crosspieces, bearings, a decrease in the transmitted torque and a decrease in the load capacity of the universal joint.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции универсального шарнира, позволяющей увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.The objective of the present invention is to create a universal joint design that allows to increase its load capacity by increasing the amount of transmitted torque.

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.The problem is achieved in that in a universal joint containing two split forks, consisting of interconnected bases and covers with teeth in the plane of the connector and having holes, a spider with pins, articulating connecting the forks, and roller bearings mounted on rollers on pins of the cross and the housings in the holes of the forks, according to the invention, the plane of the connector of the forks extends at an angle α to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint, the teeth of the base and the cover of the forks formed with a trapezoidal profile angle α, wherein the teeth side surface facing towards the center of the universal joint, parallel to its longitudinal axis, and the angle α is equal 1,5ω, where ω - the skew angle at the hinge.

Такое конструктивное выполнение универсально шарнира позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.Such a design of the universal joint allows to increase its load capacity by increasing the transmitted torque.

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.This is achieved due to the fact that in the proposed design, the plane of the plug connector is removed from the zone of maximum loaded section, coinciding with the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint, and is located at an angle α equal to 1.5ω, where ω is the angle of skew in the joint to this the plane. This makes it possible to significantly increase the torque transmitted by the spindle, since during its transfer the load P on the forks, changing its direction in one revolution of the universal joint from the cross section coinciding with the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint, on either side by an angle equal to the angle skew in the hinge ω, does not affect the plane of their connector, as it is located at an angle α, greater than the angle ω. As a result of this, tensile stresses in the plug connectors decrease, the gear and bolt joints of the plugs retain their rigidity, which increases the load capacity of the universal joint.

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.The implementation of the teeth of the base and the cover of the forks is trapezoidal with an angle of profile α, and the lateral surface of the teeth facing the center of the universal joint is parallel to the longitudinal axis of the universal joint, allows the assembly of detachable forks, connecting their covers with the bases, moving them along the 0-0 axis of the universal hinge and engaging the teeth with each other.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:To explain the invention, a specific embodiment of the invention is provided below with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг.1 - изображен универсальный шарнир,figure 1 - shows a universal joint,

на фиг.2 - вилка универсального шарнира в разъемном виде,figure 2 - plug universal joint in detachable form,

на фиг.3 - место А на фиг.1.figure 3 - place a in figure 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.The universal joint contains two split forks 1, consisting of a base 2 and a cover 3 with teeth 4 in the plane of the connector and having holes 5, a cross 6 with pins 7, pivotally connecting the forks 1 to each other, and roller bearings.

Роликовые подшипники качения роликами 8 установлены на цапфах 7 крестовины 6, а корпусом 9 - в отверстиях 5 вилок 1.Roller bearings of the rollers 8 are mounted on the pins 7 of the spider 6, and the housing 9 - in the holes 5 of the forks 1.

Основания 2 и крышки 3 вилок 1 с зубьями 4 соединяются между собой болтами 10.The base 2 and the cover 3 of the forks 1 with the teeth 4 are interconnected by bolts 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.The connector plane of the plugs 1 extends at an angle α to a plane perpendicular to the longitudinal axis 0-0 of the universal joint, while the angle α is 1.5ω, where ω is the skew angle in the joint.

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.The teeth 4 of the base 2 and the cover 3 of the forks 1 are made trapezoidal with a profile angle α. The lateral surface "bb" of the teeth 4, facing the center of the universal joint, is parallel to its longitudinal axis 0-0.

Предложенный универсальный шарнир работает следующим образом.The proposed universal joint works as follows.

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.When rotation is transmitted by a spindle with a skew angle of ω equal to ω, the torque from one fork 1 is transmitted to the other via roller bearings 8 and the crosspiece 6, and the direction of the load P for one revolution of the universal joint changes from a section that coincides with a plane perpendicular to the longitudinal axis universal joint, in both directions at an angle ω. In this case, the load P does not affect the plane of the plug connector, as it is located at an angle α greater than the angle 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.The assembly of detachable forks 1 is carried out by sequentially connecting the covers 3 with the bases 2, moving them along the 0-0 axis of the universal joint, introducing the teeth 4 into engagement with each other and fastening the covers 3 and the base 2 with bolts 11.

Предложенная конструкция универсального шарнира по сравнению с известными позволяет увеличить его нагрузочную способность за счет повышения величины передаваемого крутящего момента.The proposed design of the universal joint in comparison with the known allows to increase its load capacity by increasing the transmitted torque.

Claims

A universal joint containing two split forks, consisting of a base and a cover with teeth in the plane of the connector and having holes, a spider with pins, pivotally connecting the forks together, and roller bearings mounted by rollers on the pins of the cross, and the housing in openings of the forks, characterized in that the plane of the connector of the forks extends at an angle α to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the universal joint, the teeth of the base and the covers of the forks are trapezoidal with an angle of profile α, the lateral surface of the teeth facing the center of the universal joint is parallel to its longitudinal axis, and the angle α is 1.5ω, where ω is the skew angle in the joint.