Технические науки - механика

Потапенков А. П., Пилипенко С. С., Байгузин М. Р., Тарасов В. К.,

Серебренников Ю. Г.

Федеральное государственное бюджетное высшее образовательное

учреждение «Норильский индустриальный институт»,

Запорожская государственная инженерная академия

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ШПИНДЕЛЕЙ

Срок службы шпинделей прокатного стана в основном определяется надежностью их универсальных шарниров, которая зависит от распределения давления на их рабочей поверхности. Применяемые вкладыши имеют форму сплошного цилиндрического сегмента с плоской и цилиндрической рабочими поверхностями и характеризуются неполным использованием рабочей части и значительной неравномерностью распределения давления Р на ней.

Целесообразным является выполнение на плоской рабочей поверхности вкладыша скосов с уклоном к торцам вкладыша (по его длине) и с уклоном от середины к боковым граням (по ширине). Наличие скосов и последующий износ, величина которого достигает (0,015...0,10) диаметра вкладыша, сопровождаются выравниванием давлений по его ширине.

Значительный эффект достигается также при выполнении вкладыша с внутренними полостями [1]. Расчеты моментов сопротивления сечений вкладыша изгибу указывают на возможность размещения продольных полостей значительных размеров. Например, две продольные полости диаметром 38 мм (рис. 1) ослабляют сечение исследуемого вкладыша только на 7 %, и оно остается более прочным, чем вкладыш с отверстием диаметром 120 мм в центральном сечении.

В основу оценки прочности полого вкладыша на сжатие была положена зависимость:

, (1)

где - деформация участка вкладыша длиной dx; – коэффициент жесткости элементарного участка вкладыша, - обеспечивающая построение графика для опасного торцевого сечения вкладыша.

Зависимость в виде совокупности прямых при различных диаметрах полости d представлена на рис. 2. На этом же рисунке приведена также зависимость удельной жесткости вкладыша от диаметра полости – .

Рисунок 1 – Конструкция вкладыша с продольными полостями

Для построения зависимости использованы экспериментальные данные, полученные при исследовании элементов вкладыша на сжатие, ослабленных двумя отверстиями,, диаметрами 21, 30 и 38 мм: K₁ = 2,45×10⁵; K₂ = 2,1×10⁵ и K₃ = 1,9×10⁵ МПа.

График на рис. 2 позволяет оценить напряжения сжатия, действующие в опасном сечении вкладыша. Для вкладыша сплошного сечения (пунктирные линии со звездочками) при монтажном зазоре D = 0,85 мм напряжение σ = 183 МПа, для вкладыша с полостями диаметром 38 мм (пунктирные линии) – σ = 196 МПа. Максимальное давление при этом снижается от 181 до 135 МПа (на 25,4 %). Сопоставление данных величин показывает, что прочность полого вкладыша на сжатие практически не изменяется. При меньших монтажных зазорах полученные соотношения σ будут еще более благоприятными.

Достоинство полых вкладышей заключается и в том, что данные полости можно использовать в системах смазки шарнира [2]. Простое заполнение таких полостей смазочным материалом и соединение их отверстиями с рабочими поверхностями позволит значительно снизить износ вкладышей.

Рисунок 2 – Совмещенный график зависимостей , ,

Заключение. Выполнен анализ конструктивных решений, обеспечивающих снижение давлений на рабочих поверхностях вкладыша: выполнение скосов на плоской рабочей поверхности с уклоном к торцам вкладыша (по длине) и с уклоном от середины к боковым граням (по ширине); а также изготовление вкладыша с продольными полостями. Предлагаются расчетные зависимости, связанные с практическим использованием данных решений.

Литература:

1. А. с. 1103914 СССР, МПК В 21 b 35/14. Вкладыш шарнира универсального шпинделя / Потапенков А. П., Касперович Э. Б., Ткаченко А. А.. – 3511064/22 ; заявл. 17.11.80 ; опубл. 23.07.84, Бюлл. № 27.

2. А. с. 1033245 СССР, МПК В 21 b 35/14. Шарнир универсального шпинделя / Потапенков А. П. , Касперович Э. Б. – 4427149/22 ; заявл. 30.04.82 ; опубл. 07.08.83, Бюлл. № 29.