ВАЛОК И ПРУЖИНА ДЛЯ НЕГО
ROLLER AND SPRING FOR THIS ROLLER

В соответствии с первым объектом данное изобретение относится к валку такого типа, который содержит ось валка, два отстоящих друг от друга по оси стопорных кольца, одно из которых жестко закреплено, а другое представляет собой стопорную гайку, множество других колец в виде прокатных и/или разделительных колец, установленных между стопорными кольцами, а также, по меньшей мере, одну пружину, которая имеет два торца, отстоящих друг от друга по оси.
В соответствии со вторым объектом изобретение относится к пружине как таковой.
В валках такого типа, которые упомянуты в целом выше и которые специалисты в данной области техники называют комбинированными (или составными) валками, важно, чтобы прокатные кольца удерживались поджатыми к имеющимся разделительным кольцам с обеспечением плотного контакта с ними с тем, чтобы кольца не проскальзывали друг относительно друга. По этой причине только одной самой стопорной гайки недостаточно, и, следовательно, в комплекте колец необходимо установить, по меньшей мере, одну мощную пружину, которая в течение длительного времени может обеспечивать постоянное приложение усилия предварительного напряжения пружины к кольцам. По этой причине ранее среди прочего использовались тарельчатые пружины (см., например, патент США 5735788). Однако по многим разным причинам использование тарельчатых пружин не было успешным. Одна из этих причин заключается в том, что такие пружины имеют склонность ослабляться или подвергаться усталостному разрушению слишком быстро. Другая причина заключается в том, что тарельчатая пружина имеет только линейный контакт с соседними кольцами, а не поверхностный контакт.
Цель настоящего изобретения состоит в устранении проблем, связанных с предварительным напряжением пружины, которые характерны для ранее известных валков и пружин, связанных с ними, и в создании соответственно усовершенствованных валка и пружины. Следовательно, основная цель изобретения состоит в создании пружины, пригодной для составных валков, которая является мощной и имеет продолжительный срок службы, при этом она должна обеспечивать возможность функционирования с большой мощностью в течение длительного времени без ослабления. Дополнительная цель заключается в создании пружины, которая имеет короткий ход или длину пружины и, несмотря на это, создает значительные динамические упругие силы. Дополнительная цель изобретения состоит в создании пружины, которая имеет умеренную осевую протяженность с тем, чтобы она не занимала без необходимости имеющееся пространство (определяемое шириной валка) между стопорными кольцами. Кроме того, целью изобретения является создание пружины, которая обеспечивает поверхностный контакт с соседними кольцами, а не линейный контакт.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, основная цель достигается согласно первому аспекту с помощью валка такого типа, какой определен в независимом пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительный вариант осуществления валка согласно изобретению дополнительно определен в зависимом пункте 2 формулы изобретения.
В соответствии с другим аспектом изобретение относится к пружине валка как таковой. Существенные признаки данной пружины приведены в независимом пункте 3 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления пружины согласно изобретению дополнительно определены в зависимых пунктах 4-10 формулы изобретения.
На чертежах:
фиг.1 - частичный продольный разрез составного валка, в который включена пружина согласно изобретению,
фиг.2 - вид в перспективе только пружины,
фиг.3 - вид с торца пружины, и
фиг.4 - продольное сечение в увеличенном масштабе по линии А-А с фиг.3.
На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначена приводимая в движение ось валка, которая имеет ротационно симметричную базовую форму и выполнена с двумя отстоящими по оси стопорными кольцами 2, 3, одно из которых, а именно кольцо 2, является неподвижным, в то время как другое представляет собой стопорную гайку 3. Неподвижное стопорное кольцо 2 может быть выполнено в виде кольцеобразного буртика оси, как показано на фиг.1, или же может быть выполнено в виде отдельного кольца (не показано), которое установлено на оси с возможностью отсоединения, хотя и зафиксировано в осевом направлении относительно оси. Съемная стопорная гайка 3 присоединена к оси посредством резьбового соединения 4, которое включает в себя внутреннюю резьбу на внутренней стороне кольцеобразной гайки и наружную резьбу на оси.
Между стопорными кольцами 2, 3 расположен комплект съемных колец, из которых некоторые представляют собой прокатные кольца 5, а другие представляют собой разделительные кольца 6. Специальное разделительное кольцо 6А вставлено между прокатным кольцом 5 и кольцеобразной пружиной, обозначенной ссылочной позицией 7. Как правило, все кольца имеют ротационно симметричную, более точно - цилиндрическую, базовую форму, при этом они ограничены, с одной стороны, наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями 8, 9 и, с другой стороны, противоположными плоскими торцевыми поверхностями 10. Цилиндрические поверхности 8, 9, которые обычно механически обработаны точением, задаются посредством центральной оси С оси валка.
На фиг.2-4 подробно проиллюстрированы характеристики пружины 7.
На фиг.2 видно, что пружина 7 также имеет ротационно симметричную базовую форму, определяемую наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями 11, 12, концентрическими относительно центральной оси С (в состоянии, когда пружина установлена, центральная ось пружинного кольца совпадает с центральной осью оси 1 валка). Кроме того, тело пружины ограничено противоположными отстоящими друг от друга по оси торцами 13, 14, которые являются по существу кольцеобразными. В целях ясности в нижеприведенном описании торцы упоминаются соответственно как передний и задний. Однако это относится только к фиг.2, где торец 13 показан спереди, а торец 14 - сзади.
Как показано на фиг.4, ряд пазов или зазоров 15 выполнен на переднем торце 13 тела пружины, при этом указанные пазы проходят к заднему торцу 14, не доходя до него. В примере количество открывающихся вперед пазов 15 равно двум. Таким образом, пазы 15 разделяют всего три разных слоя 16, 17, 18, каждый из которых имеет свободную торцевую поверхность 19, 20, 21.
Каждый паз 15 ограничен двумя отстоящими друг от друга цилиндрическими поверхностями 22, 23, которые являются концентрическими и заканчиваются нижней поверхностью 24.
На заднем торце 14 тела пружины выполнены два аналогичных вторых паза 25, которые проходят к переднему торцу 13, не доходя до него. Так же, как и пазы 15, пазы 25 разделяют три обращенные назад слоя 26, 27, 28. Торцевые поверхности тех же трех слоев обозначены ссылочными позициями 29, 30, 31. Пазы 25 также ограничены цилиндрическими, концентрическими ограничивающими поверхностями 32, 33, которые заканчиваются нижними поверхностями 34.
На фиг.4 L1 обозначает общую длину осевой протяженности тела пружины, в то время как L2 обозначает длину или глубину отдельного паза 25. Предпочтительно все четыре паза, то есть также и пазы 15, имеют одну и ту же глубину L2. Несмотря на то что существует возможность изменения глубины пазов в довольно широких пределах и тем самым изменения свойств пружины, глубина L2 должна составлять, по меньшей мере, 60% от общей длины L1 тела пружины. С другой стороны, глубина L2 пазов не должна превышать 90% длины L1.
Отдельный паз 15 предпочтительно расположен приблизительно на половине расстояния между двумя соседними пазами 25. Два наружных обращенных вперед слоя 17, 18 имеют толщину материала (такую, какая определяется разностью наружного диаметра и внутреннего диаметра), вдвое превышающую соответствующую толщину материала внутреннего обращенного вперед слоя 16. Напротив, наружный обращенный назад слой 28 имеет толщину материала, которая вдвое меньше толщины материала двух внутренних обращенных назад слоев 26, 27.
В соответствии с существенным признаком изобретения одна из торцевых поверхностей каждого торца тела пружины смещена по оси относительно торцевой поверхности одного или нескольких соседних слоев. Таким образом, как четко видно на фиг.4, торцевая поверхность 19 промежуточного обращенного вперед слоя 16 смещена по оси (вперед) относительно торцевой поверхности 20 ближайшего слоя 17. Кроме того, в данном примере торцевая поверхность 20 слоя 17 смещена в аксиальном направлении вперед относительно торцевой поверхности 21 самого дальнего от центра слоя 18. При ненагруженном состоянии пружины, таком как показанное на фиг.4, смещения обозначены соответственно S1 и S2. На практике они могут находиться в диапазоне 0,2-2 мм, целесообразно 0,4-1 мм, при предположении, что тело пружины имеет такие размеры, что разница между наружным диаметром D1 и внутренним диаметром D2 находится в диапазоне 20-50 мм и общая длина L1 находится в диапазоне 60-120 мм.
Аналогичным образом (хотя и в реверсированном варианте) торцевые поверхности 29, 30, 31 смещены по оси ступенчатым образом друг относительно друга на расстояния S1, S2. На практике смещения S1, S2 на торце 14 могут быть взаимно одинаковыми по величине, как и одинаковые по величине соответствующие смещения S1, S2 на противоположном торце 13.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, те торцевые поверхности 19, 31, которые образуют поверхности контакта тела пружины с соседними кольцами в валке, выполнены с плоской формой. По практическим соображениям, связанным с изготовлением, остальные торцевые поверхности 20, 21; 29, 30 также могут быть плоскими.
Описанное тело пружины предпочтительно может быть изготовлено в виде единой детали, например, из металла, такого как сталь. Посредством механической обработки (точения, фрезерования и/или сверления кольцевыми сверлами) кольцеобразной заготовки, например, из стали, имеющей соответствующие упругие свойства, соответственно можно получить пружины, которые могут удовлетворять сильно изменяющимся требованиям в отношении жесткости пружины, длины пружины, размеров и т.д.
На фиг.1 пружина 7 показана установленной между стопорной гайкой 3 и разделительным кольцом 6А, при этом плоская торцевая поверхность 31 пружины поджата к аналогичной плоской торцевой поверхности внутренней стороны стопорной гайки 3, в то время как торцевая поверхность 19 поджата к плоской торцевой поверхности разделительного кольца 6А. При затягивании стопорной гайки на пружину будут действовать противоположно направленные осевые силы, которые образуют имеющие форму лабиринта последовательности упругих сил внутри тела пружины, более точно - между торцевыми поверхностями 19, 31, при этом тело пружины сжимается за счет его упругой деформации прежде всего на U-образных участках слоев вблизи нижних поверхностей 24, 34 пазов. В зависимости от величины усилия зажима торцевые поверхности 19, 31 будут смещаться немного внутрь относительно соседних торцевых поверхностей 20, 30, которые, в свою очередь, могут смещаться внутрь относительно торцевых поверхностей 21, 29. Даже если движения при деформировании и смещении будут малыми, в пружине будет создана упругая сила значительной величины.
На фиг.1 одно из множества приспособлений 35 для затяжки, например винтов, показано как расположенное в конструктивном элементе, имеющем вид обода вокруг стопорной гайки, при этом указанные приспособления для затяжки могут быть использованы, чтобы не только исходно отрегулировать напряжение пружины, но также для того, чтобы подрегулировать его в случае необходимости.
Изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным выше и показанным на чертежах. Таким образом, местоположение пружины в комплекте колец не ограничено размещением ее в непосредственной близости от стопорной гайки. Существенный момент заключается в том, чтобы пружина действовала в комплекте колец оси валка. Кроме того, сама пружина может быть выполнена иначе, чем в виде тела, выполненного в виде единой детали. Таким образом, существует возможность собрать тело пружины из двух или более отдельных элементов. Они могут быть постоянно соединены друг с другом соответствующим образом, но они также могут являться отдельными деталями. Кроме того, можно изготовить пружину из материалов, отличных от стали или металла. Более того, число слоев и, соответственно, число разделяющих пазов могут изменяться весьма существенно в пределах объема, ограниченного прилагаемой формулой изобретения. Однако, по меньшей мере, один паз должен быть выполнен на одном торце тела пружины, и, по меньшей мере, один паз - на противоположном торце.