КРЕПЛЕНИЕ ПОДШИПНИКА ВАЛКА
ROLL BEARING ATTACHMENT SYSTEM

Изобретение относится к системе крепления подшипника валка, содержащей подшипниковый узел с установленной в нем в подшипнике цапфы валка и находящуюся в зацеплении с выполненной на цапфе валка или на закрепленном в ней натяжном штыре резьбой и фиксирующую подшипниковый узел на цапфе резьбовую гайку.
Из практики известны подшипники валка, которые содержат подшипниковый узел для опорного валка прокатной клети, который содержит подушку с расположенным в ней подшипником цапфы валка, который разъемно закреплен на цапфе валка, натяжной штырь, который закреплен коаксиально в концевой зоне цапфы, и накидную шайбу, которая установлена с возможностью сдвига в осевом направлении на натяжном штыре и опирается на навинчиваемую резьбовую гайку, с одной стороны, и на подшипник цапфы валка, с другой стороны. Такие подшипники валка предлагаются, например, под названием MORGOIL. Все эти подшипники валка имеют крепежную систему и/или крепежный элемент, с помощью которого подшипник цапфы валка крепится на валке, при этом валок является опорным валком прокатной клети. Частично содержит соответствующая крепежная система, с помощью которой подшипник MORGOIL удерживается в своем натянутом на опорный валок прокатного стана горячей или холодной прокатки положении на цапфе валка, резьбовые гайки. На основании возникающих в процессе прокатки механических нагрузок, которые вызываются ударами в начале прокатки, ускорениями и торможениями валков во время процесса прокатки, необходимо предусматривать меры для предотвращения ослабления резьбовой гайки во время процесса прокатки в ее заданном на цапфе валка положении. Это реализуется в обычных в настоящее время подшипниках цапфы валка с помощью геометрического замыкания, при котором пронизывающий резьбовую гайку винт фиксируется на соседнем неподвижном по положению конструктивном элементе. Для этого необходимо принимающее винт отверстие гайки привести на одну линию с соответствующим резьбовым отверстием в соседнем фиксированным по положению конструктивном элементе. Для этого гайку сначала прочно затягивают, а затем снова отвинчивают, так что обеспечивается возможность ввинчивания фиксирующего винта через отверстие гайки в соответствующее резьбовое отверстие конструктивного элемента и тем самым защиты от поворота резьбовой гайки и вызванного этим ослабления. Это имеет тот недостаток, что приложенное сначала за счет прочного затягивания гайки предварительное напряжение натяжения по меньшей мере частично теряется за счет обратного поворота, и возможно образование небольшого зазора между резьбовой гайкой и соседним конструктивным элементом. За счет этого возможен небольшой осевой люфт цапфы валка в подшипнике цапфы валка, что в последующем процессе прокатки приводит к тому, что цапфа валка может выполнять в подшипнике цапфы валка осевое перемещение для закрывания зазора, что приводит к повышенному износу.
В US 2694430 приведено описание системы цепных зубчатых колес, которые установлены на валу с помощью конических роликовых подшипников. За счет частично шлицованной контргайки опора защищена от сдвигания.
DE 1 254 108 относится к подшипнику цапфы валка с насаженной на выполненную уступом цапфу втулкой цапфы. На продолжении цапфы расположено фиксированное в осевом направлении кольцо с наружной резьбой, которое предназначено для навинчивания на него фиксируемой относительно цапфы кольцевой гайки. Для предотвращения ослабления кольцевой гайки во время работы, гайка фиксирована в своем положении с помощью кольцеобразной контргайки.
Для насаживания, соответственно, снятия подшипниковых узлов с подшипников цапфы валка из практики дополнительно известны встроенные в подшипник цапфы валка или в подшипниковый узел гидравлические устройства для насаживания и снятия, которые постоянно остаются на подшипнике цапфы валка и для насаживания или снятия подшипника цапфы валка или подшипниковых узлов цапф валков соединяются с внешними гидравлическими источниками. Однако эти устройства для насаживания или снятия подшипников цапф валков или подшипниковых узлов являются очень сложными и дорогими. Оборудование существующих валков, в которых применяются лишь механически действующие гайки для крепления и фиксации, таким устройством для насаживания и снятия связано со значительными дорогостоящими изменениями цапф валков и/или приспособленных гидравлических устройств. Поэтому это дооборудование является нерентабельным в реализации.
Кроме того, известны временно соединяемые с подшипниковым узлом гидравлические устройства для насаживания и снятия. Описание такого устройства приведено, например, в WO 2005/021175 А1. Это известное устройство состоит из подшипникового узла, который содержит подушку с расположенным в ней подшипником цапфы валка. Подшипниковый узел расположен на цапфе опорного валка. Натяжной штырь, который проходит в осевом направлении валка, находится в зацеплении с цапфой. На натяжном штыре установлена с возможностью осевого сдвига накидная шайба, которая опирается, с одной стороны, на установленную с возможностью винтового движения на натяжном штыре гайку и, с другой стороны, на подшипниковый узел. Гайка предназначена для крепления на ней гидравлического инструмента предварительного натяжения, с помощью которого можно прикладывать силу натяжения между натяжным штырем и опирающейся на подшипниковый узел накидной шайбой. Для монтажа подшипникового узла с помощью устройства к натяжному штырю прикладывается заданное предварительное натяжение, а затем накидная шайба механически плотно затягивается вручную с помощью резьбовой гайки. Затем в устройстве выключается давление, так что предварительное натяжение натяжного штыря передается через резьбовую гайку на подшипник валка или подшипниковый узел валка. На основании предварительного натяжения резьбовая гайка закреплена на образованной на натяжном штыре или на цапфе валка наружной резьбе с защитой от поворачивания за счет определенного самоторможения. Однако в условиях работы стана горячей или холодной прокатки это самоторможение не всегда достаточно для предотвращения ослабления резьбовой гайки и тем самым возникновения указанных выше проблем.
Поэтому в основу изобретения положена задача создания решения, которое улучшает защиту от проворачивания за счет самоторможения удерживающей подшипник цапфы валка резьбовой гайки.
В системе крепления указанного в начале вида эта задача решена, согласно изобретению, тем, что на резьбовой гайке образован подвижный с изгибом частичный участок, который выполнен с возможностью перемещения, в частности, изгибания относительно остальной части гайки в создающее в прилегающей резьбе действующее противоположно остальному резьбовому зацеплению резьбовой гайки контактное напряжение.
На основании выполнения, согласно изобретению, резьбовой гайки с расположенным на ней, но изгибаемым относительно гайки и подвижным с изгибом (т.е. за счет изгиба) частичным участком, образованная резьбовой гайкой в целом внутренняя резьба разделяется на два участка. Одна, лежащая в навинченном положении резьбовой гайки снаружи на обращенной от подшипника цапфы валка стороне резьбовой гайки часть резьбы является подвижным с изгибом частичным участком, а другая часть резьбы является резьбой остальной части резьбовой гайки. При затянутой на цапфе валка или натяжном штыре резьбовой гайке, сначала обе части резьбы резьбовой гайки находятся равномерно и одинаково в зацеплении с образованной на натяжном штыре или цапфе валка наружной резьбой, при этом входящие в зацепление друг с другом боковые стороны обеих сцепленных резьб образуют на одной стороне витков резьбы контактное напряжение. Когда затем подвижный с изгибом частичный участок перемещается относительно остальной части гайки, например, перемещается к этой остальной части, в частности, изгибается к этой части, то за счет этого с помощью резьбы этого частичного участка в согласованном и прилегающем частичном участке наружной резьбы натяжного штыря или цапфы валка вызывается такое относительное перемещение согласованных друг с другом витков резьбы, что в этом частичном участке противоположные остальной части резьбы боковые стороны перемещаются с образованием действующего также противоположно контактного напряжения. Таким образом, за счет этого достигается как бы «эффект контргайки», который при соответственно жестко затянутом частичном участке вместе с коэффициентом трения в резьбовом участке остальной части резьбовой гайки обеспечивает длительное фрикционное замыкание. Это взаимодействие обеих зон резьбовых участков резьбовой гайки вызывает надежно противодействующую ослаблению резьбовой гайки силу и действие. За счет этого резьбовая гайка выполнена с длительной защитой от поворачивания за счет самоторможения. Эта защита от поворота поддерживается в указанном выше способе монтажа с помощью временно соединяемого с подшипником валка гидравлического устройства для насаживания тем, что в этом случае натяжной штырь находится под предварительным натяжением, которое притягивает резьбовую гайку жестко к подшипнику цапфы валка или подшипниковому узлу, в частности, к накидной гайке.
За счет изгибания подвижного с изгибом частичного участка относительно остальной части резьбовой гайки, по меньшей мере в зоне перехода между этими обоими элементами вызывается смещение внутренней резьбы в смысле изменения положения шага внутренней резьбы резьбовой гайки. В зависимости от толщины частичного участка, противоположное нагружающее боковые поверхности контактное напряжение может иметься также лишь на части длины резьбовой части, подлежащей согласованию с частичным участком.
Для обеспечения возможности нагрузки достаточной части витков резьбы резьбовой гайки противоположным контактным напряжением, согласно изобретению, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения предпочтительно, когда подвижный с изгибом частичный участок проходит по частичной окружной зоне гайки.
Согласно одной модификации изобретения, особенно предпочтительная возможность образования подвижного с изгибом частичного участка состоит в том, что подвижный с изгибом частичный участок является шайбой в виде кругового кольцевого сегмента, которая находится на расстоянии от примыкающей зоны резьбовой гайки за счет выполненной поперек, в частности, перпендикулярно средней продольной оси резьбовой гайки прорези. Таким образом, подвижный с изгибом частичный участок можно относительно просто выполнять тем, что в резьбовой гайке выполняется перпендикулярный разрез и тем самым образуется в частичной окружной зоне резьбовой гайки шайба в виде кругового кольцевого сегмента, которая затем предназначена для изгибания относительно остальной части резьбовой гайки.
При этом для обеспечения возможности образования существенной зоны согласованной с частичным участком зоны внутренней резьбы с возможностью изгибания, дополнительно целесообразно, когда прорезь проходит до уровня образованной на цапфе валка или на натяжном штыре резьбы, что также предусмотрено изобретением.
Однако для обеспечения возможности нагрузки особенно большой зоны поверхности витков резьбы противоположно действующим контактным напряжением, в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения предпочтительно, когда прорезь проходит за диаметр цапфы валка или натяжного штыря.
Согласно другому варианту выполнения изобретения, особенно предпочтительные размеры подвижного с изгибом частичного участка имеются тогда, когда подвижный с изгибом частичный участок имеет соответствующую 5%-30% общей длины резьбовой гайки длину, а также когда подвижный с изгибом частичный участок образует шайбу в виде кругового кольцевого сегмента, которая проходит по дуге окружности или угловому участку между 180º и 300º относительно наружного диаметра резьбовой гайки.
Для выполнения движения изгиба частичного участка и затем удерживания и фиксации выполненного изгиба, согласно изобретению дополнительно предусмотрено, что через частичный участок проходит по меньшей мере один винт, который входит в расположенное соосно с ним резьбовое отверстие в примыкающей зоне резьбовой гайки.
При этом дополнительно предпочтительно, когда винт защищен, в частности, с помощью склеивания резьбы или с помощью проволочной фиксации, от ослабляющего поворачивания.
В частности, выполнение, согласно изобретению, предпочтительно в подшипнике валка, в котором натяжной штырь расположен с защитой от коаксиального проворачивания в концевой зоне цапфы валка.
В таком подшипнике цапфы валка для действия соответствующей изобретению системы крепления дополнительно целесообразно, когда между подшипником цапфы валка и резьбовой гайкой расположена установленная с возможностью сдвига в осевом направлении на натяжном штыре или цапфе валка накидная шайба, что также предусмотрено изобретением.
Указанное выше действие соответствующей изобретению системы крепления поддерживается в одном варианте выполнения изобретения дополнительно тем, что накидная шайба с поддержкой прикладываемой натяжным штырем силой предварительного натяжения опирается, с одной стороны, на подшипник цапфы валка и, с другой стороны, на резьбовую гайку.
Для действия системы крепления дополнительно целесообразно, когда частичный участок образован на обращенной от подшипника цапфы валка стороне резьбовой гайки.
Наконец, согласно изобретению еще предусмотрено, что цапфа валка является составляющей частью опорного валка, поскольку системы крепления, согласно изобретению, применима, в частности, в подшипниках опорных валков станов горячей или холодной прокатки.
Если подшипник цапфы валка предназначен для использования в машине другого вида, которая имеет те же признаки, то изобретение также применимо.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основании примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - разрез снабженного крепежной системой, согласно изобретению, подшипника валка;
фиг. 2 - разрез натяжного штыря с резьбовой гайкой для пояснения действия выполненного подвижным с изгибом частичного участка резьбовой гайки; и
фиг. 3 - разрез через разделяющую резьбовую гайку прорезь.
На фиг. 1 показана цапфа 1 опорного валка стана горячей или холодной прокатки или другого применения подшипника цапфы валка. На цапфу 1 валка надета подушка 4 валковой опоры с втулкой 2 цапфы подшипникового узла 3. В своей наружной концевой зоне цапфа 1 валка имеет центральное, проходящее в осевом направлении отверстие с внутренней резьбой, в которое ввинчен без возможности проворачивания натяжной штырь 5 с помощью первой наружной резьбы. При этом используется, в частности, при состоящих из литого материала цапфах 1 валка, которые могут иметь дефекты, специальная резьба, с помощью которой достигается равномерное распределение сил растяжения на отдельные витки резьбы. На натяжном штыре 5 расположена с возможностью поворота и осевого сдвига горшкообразная накидная шайба 6, при этом край 7 горшкообразной накидной шайбы 6 опирается на подшипник 8 цапфы валка, в данном случае упорный подшипник, подшипникового узла 3. На выступающем из цапфы 1 валка конце натяжного штыря 5 он имеет вторую наружную резьбу 15, на которую навинчена резьбовая гайка 9 своей внутренней резьбой 16.
Резьбовая гайка 9 имеет выполненное в виде круглого кольца поперечное сечение и внутреннюю резьбу 16. С помощью шлица 11 или прорези резьбовая гайка 9 разделена на подвижный с изгибом частичный участок 9а и на остальную часть 9b. Подвижный с изгибом частичный участок 9а резьбовой гайки 9, который в показанном на фиг. 1 и 2 установленном состоянии расположен на наружном конце натяжного штыря 5, образован с помощью шлица 11 или прорези в зоне шлица 11 на расстоянии от остальной части 9b. Кроме того, шлиц 11 или прорезь выполнен в такой зоне по меньшей мере по существу перпендикулярно средней продольной оси резьбовой гайки 9, что подвижный с изгибом частичный участок 9а проходит по частичной окружной зоне резьбовой гайки 9 в виде кругового кольцевого сегмента. При этом шлиц 11 или прорезь выполнен по меньшей мере до уровня выполненной на натяжном штыре 5 и находящейся в зацеплении с резьбовой гайкой 9 наружной резьбы 15, однако предпочтительно с показанной на фиг. 1 такой длиной, что он проходит по всему диаметру натяжного штыря 5 в зоне находящейся в зацеплении с резьбовой гайкой 9 наружной резьбы 15. Как показано на фиг. 1 и фиг. 3, в показанном примере выполнения остается лишь частичная зона 9с кругового кольцевого сегмента, в которой частичный участок 9а остается соединенным с остальной частью 9b резьбовой гайки 9. Эта частичная зона кругового кольцевого сегмента образует затем квази контропору, вокруг которой может изгибаться частичный участок 9а для создания контактного напряжения, согласно изобретению, пояснение которого еще будет приведено ниже. Следовательно, шлиц 11 или прорезь проходит по такой части диаметра резьбовой гайки 9, что остается соединительная часть 9с между частичным участком 9а и остальной частью 9b резьбовой гайки. При этом размеры соединительной части 9с выбраны так, что образованная за счет этого зона материала имеет достаточную прочность для выдерживания и восприятия возникающих при изгибе частичного участка 9а напряжений изгиба. Подвижный с изгибом частичный участок 9а проходит по длине, которая составляет между 5% и 30% общей длины, соответственно, глубины резьбовой гайки 9. Шлиц 11 или прорезь выполнен с такой длиной или глубиной, что за счет этого отделена частичная окружная зона резьбовой гайки 9 в виде образующей подвижный с изгибом частичный участок 9а шайбы кругового кольцевого сегмента, которая проходит по длине окружности между 180º и примерно 300º относительно наружного диаметра резьбовой гайки 9 (см. фиг. 3). Ширина шлица 11 или прорези постоянна и составляет, например, между 5 и 25 мм. Шлиц 11 выполнен, например, с помощью пилы, фрезы или лазера.
На фиг. 3 показан разрез через шлиц 11 в виде частичного вида сверху на частичный участок 9b. Примыкающая к шлицу 11 поверхность изображена с широкой штриховкой, а площадь сечения соединительной части 9с изображена с узкой штриховкой. Шлиц 11 проходит по длине окружности или угловому участку в 300° относительно наружного диаметра резьбовой гайки 9. Остающаяся соединительная часть проходит по длине окружности или угловому участку в целом 60°, а именно равномерно по 30° по обе стороны проходящей через среднюю точку 17 главной оси 18 относительно наружного диаметра резьбовой гайки 9. Технологически сначала вдоль ограничивающей соединительную часть 9с, изображенной штрихпунктирно линии 19 выполняют отверстие в резьбовой гайке 9, прежде чем затем точно до этого отверстия прорезают шлиц 11 в резьбовой гайке 9.
В подвижном с изгибом частичном участке 9а выполнены ориентированные параллельно средней продольной оси резьбовой гайки 9 проходные отверстия 13, соосно с которыми в противоположной зоне остальной части 9b резьбовой гайки 9 выполнены отверстия 14 с внутренней резьбой. Через каждое проходное отверстие 13 проходит соответствующий снабженный головкой винт 12 и ввинчивается в соответствующее отверстие 14. Количество винтов 12 зависит от того, по какой частичной окружной зоне резьбовой гайки 9 проходит частичный участок 9а.
На фиг. 1 дополнительно показана крышка 10, которая защищает зону цапфы подшипникового узла 3 во время работы и которая установлена с возможностью снятия или поворота для насаживания или снятия подшипникового узла 3 с цапфы 1 валка.
Резьбовая гайка 9 временно согласовывается с гидравлическим инструментом предварительного натяжения, описание которого приведено, например, в WO 2005/021175 А1. Этот инструмент предварительного натяжения работает следующим образом: инструмент предварительного натяжения опирается на натяжной штырь 5 и перемещает накидную шайбу 6 к подшипнику 8 цапфы валка. При этом втулка 2 цапфы надвигается на цапфу 1. Когда втулка 2 цапфы жестко сидит на цапфе 1 валка, то на инструмент предварительного натяжения все еще подается давление, так что натяжной штырь упруго удлиняется. После достижения заданного упругого удлинения натяжного штыря резьбовая гайка 9 вручную прижимается к накидной шайбе 6. После отключения гидравлического давления от инструмента предварительного натяжения, жестко соединенный с цапфой 1 валка, в частности, без возможности проворачивания, натяжной штырь 5 через резьбовую гайку 9 и накидную шайбу 6 натягивает подшипник 8 цапфы валка с помощью соответственно установленного упругого предварительного натяжения натяжного штыря 5 на цапфу 1 валка. Инструмент предварительного натяжения снимается и винты 12 затягиваются так, что подвижный с изгибом частичный участок 9а перемещается к лежащей противоположно на расстоянии остальной части 9b и при этом в определенной степени изгибается. При этом возникает действующее противоположно контактное напряжение в относящейся к частичному участку 9а зоне резьбы 15 и 16.
Вызываемое этим расположение без возможности проворачивания резьбовой гайки 9 на наружной резьбе натяжного штыря 5 с помощью вызывающего длительное фрикционное замыкание контактного напряжения содержит тем самым два принципа действия. Как показано на фиг. 2, предварительно напряженный натяжной штырь 5 прижимает резьбовую гайку 9 к накидной шайбе 6, за счет чего боковые поверхности 15а наружной резьбы 15 натяжного штыря 5 и боковые поверхности 16а внутренней резьбы 16 резьбовой гайки 9 в остальной части 9b прилегают друг с другом с вызывающим фрикционное замыкание контактным напряжением. В противоположность этому, за счет перемещения подвижного с изгибом частичного участка 9а к остальной части 9b резьбовой гайки 9, в согласованной с частичным участком 9а частичной зоне конической резьбы 15, 16 возникает контактное напряжение соответствующих других сторон боковых поверхностей витка резьбы, а именно, боковых поверхностей 15b наружной резьбы 15 натяжного штыря 5 и боковых поверхностей 16b внутренней резьбы 16 резьбовой гайки 9 в частичном участке 9а. Таким образом, на резьбовой гайке 9 образован подвижный с изгибом частичный участок 9а, который выполнен с возможностью перемещения, в частности, изгибания относительно остальной части 9b резьбовой гайки 9 в положение, создающее действующее противоположно остальному резьбовому зацеплению резьбовой гайки 9 контактное напряжение (15b, 16b). За счет этого резьбовая гайка 9 за счет находящихся в зацеплении друг с другом боковых поверхностей 15а, 16а резьбы, с одной стороны, и боковых поверхностей 15b, 16b резьбы, с другой стороны, жестко зажимается на натяжном штыре 5 и закрепляется с защитой от поворачивания. Образующие контактное напряжение с фрикционным замыканием зоны находящихся в зацеплении друг с другом витков резьбы изображены на фиг. 2 толстыми линиями.
Для фиксации подвижного с изгибом частичного участка 9а в вызывающем контактное напряжение изогнутом положении, винты 12 защищаются от поворачивания с помощью клея в соответствующем отверстии 14 или проволоки. Во время затягивания винтов 12 не существует опасности поворота уже удерживаемой с предварительным натяжением на натяжном штыре 5 резьбовой гайки 9, а также нет необходимости в таком повороте для обеспечения возможности ввинчивания винтов 12.
Для демонтажа подшипника цапфы валка или подшипникового узла 3 ослабляют винты 12, снова натягивают натяжной штырь 5 с помощью инструмента предварительного натяжения и затем ослабляют и снимают резьбовую гайку 9. Затем гидравлический блок переключается в состояние без давления и используется для снятия подшипника цапфы валка или подшипникового узла.