ВАЛОК
ROLL

Данное изобретение относится к валку, который содержит ось валка, имеющую ротационно симметричную базовую форму, которая задана центральной осью, а также ряд колец, установленных на оси валка, каждое из которых имеет две плоские торцевые поверхности, проходящие между наружным и внутренним круговыми ограничивающими краями и служащие в качестве поверхностей фрикционного контакта для передачи крутящего момента соседним кольцам. Подобные валки обычно называют комбинированными (или составными) валками.
Часто валки включают в себя два или более прокатных колец, которые удерживаются отделенными друг от друга с помощью промежуточных разделительных колец, при этом весь комплект колец удерживается неподвижно на оси посредством, с одной стороны, неподвижного стопорного кольца, например буртика оси валка, и, с другой стороны, стопорной гайки, которая посредством внутренней резьбы может быть затянута на наружной резьбе оси. Кроме того, между стопорной гайкой и комплектом прокатных колец могут быть предусмотрены пружинные приспособления, а также дополнительные разделительные кольца.
Во многих случаях прокатные кольца изготовлены из твердого сплава, в то время как промежуточные разделительные кольца изготовлены из более мягкого или более пластичного материала, предпочтительно из стали или чугуна. Значительный крутящий момент должен быть передан к прокатным кольцам от оси валка. В том случае, когда прокатные кольца изготовлены только из твердого сплава, это обычно происходит посредством осевой ("цилиндрической") последовательности сил, передаваемых от стопорной гайки к неподвижному стопорному кольцу через поверхности контакта между отдельными кольцами. Более точно, крутящий момент передается от отдельного кольца соседнему кольцу за счет действия трения в зонах сопряжения там, где торцевая поверхность кольца поджата к взаимодействующей торцевой поверхности соседнего кольца. Для выполнения этой задачи на всей последовательности сил отдельные фрикционные соединения между кольцами должны быть прочными, то есть обеспечивать возможность передачи крутящего момента без проскальзывания колец друг относительно друга.
В ранее известных составных валках (см., например, патенты США №№5735788 и 6685611) прокатные кольца, а также разделительные кольца образованы с торцевыми поверхностями, проходящими по радиусу на всей протяженности от внутренней стороны до наружной стороны, то есть от огибающей поверхности оси валка до наружной цилиндрической поверхности отдельного кольца. Однако это обстоятельство оказалось фактором, отрицательно влияющим на способность фрикционных соединений передавать большой крутящий момент между кольцами. Таким образом, описанная конструкция приводит к передаче усилия в зоне, расположенной приблизительно на половине расстояния между внутренней стороной и наружной стороной разделительного кольца, то есть как можно более близкой соответственно к огибающей поверхности и центральной оси оси валка. Кроме того, поверхностное давление в зонах сопряжения между поверхностями контакта становится относительно низким, поскольку поверхности контакта являются сравнительно большими. По этим причинам может случиться так, что кольца будут проскальзывать друг относительно друга, что, в свою очередь, может привести к перерывам в производстве, и в худшем случае, к поломкам валка.
Целью настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков ранее известных составных валков и создание усовершенствованного валка. Следовательно, основная цель изобретения заключается в создании составного валка, в котором большие крутящие моменты могут быть переданы между соседними кольцами посредством фрикционных соединений, которые надежным образом противодействуют проскальзыванию между кольцами. Другими словами, целью изобретения является создание прочных и эффективных фрикционных соединений между кольцами в валке. Кроме того, цель заключается в создании усовершенствованных фрикционных соединений с помощью простых элементов, причем таким способом, который позволит обеспечить экономию материала.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, основная цель достигается с помощью признаков, которые указаны в отличительной части независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления валка согласно изобретению дополнительно определены в зависимых пунктах 2-6 формулы изобретения.
В соответствии с другим аспектом изобретение также относится к кольцу как таковому, в частности к разделительному кольцу. Признаки этого разделительного кольца приведены в независимом пункте 7 формулы изобретения.
На чертежах:
фиг.1 - выполненный с местным разрезом продольный вид составного валка согласно изобретению,
фиг.2 - сечение в увеличенном масштабе разделительного кольца, включенного в валок с фиг.1,
фиг.3 - вид в перспективе разделительного кольца и
фиг.4 - сечение, схематически иллюстрирующее альтернативный вариант осуществления изобретения.
На фиг.1 показан валок, который включает в себя приводимую в движение ось 1 валка, три прокатных кольца 2 и три разделительных кольца 3. Ось 1 валка имеет ротационно симметричную базовую форму, которая задается центральной осью С.
Комплект колец 2, 3 удерживается в заданном положении между неподвижным стопорным кольцом 4, которое в данном примере выполнено в виде кольцеобразного буртика, и стопорной гайкой 5 на противоположном конце оси валка. Стопорная гайка имеет внутреннюю резьбу (не показана), которая может быть затянута на наружной резьбе оси валка. Между стопорной гайкой 5 и первым прокатным кольцом 2 в данном случае имеется также динамическая пружина 6, которая отделена от стопорной гайки 5 кольцом 7 для затяжки. Кроме того, в стопорной гайке имеется ряд отстоящих друг от друга в периферийном направлении регулировочных приспособлений 8, посредством которых можно регулировать упругую силу в пружине 6.
Предполагается, что в примере прокатные кольца 2 состоят из сплошного твердого сплава, в то время как разделительные кольца 3 изготовлены из более пластичного или более мягкого металла, например из стали. Каждое отдельное прокатное кольцо 2 ограничено наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями 9, 10, а также противоположными торцевыми поверхностями 12, каждая из которых является плоской и проходит перпендикулярно центральной оси С. Каждая торцевая поверхность 12 ограничена снаружи круговой ограничивающей краевой линией 13 и внутри внутренней, аналогичной круговой краевой линией 14.
Аналогичным образом, отдельное разделительное кольцо 3 (см. фиг.3) ограничено наружной цилиндрической поверхностью 11, которая определяет наружный диаметр разделительного кольца, внутренней цилиндрической поверхностью 10, которая определяет внутренний диаметр разделительного кольца, а также двумя противоположными плоскими торцевыми поверхностями 15, которые проходят перпендикулярно центрально оси С.
Представленное до сих пор описание показанного валка во всех существенных моментах соответствует ранее известным валкам, за исключением конструкции разделительных колец 3. В ранее известных разделительных кольцах плоские торцевые поверхности 15 проходили по радиусу по всей протяженности от внутренней цилиндрической поверхности 10 до наружной цилиндрической поверхности 11. Другими словами, разделительные кольца имели в целом такую же конструкцию, как и кольцо 7 для затяжки, показанное справа на фиг.1.
В соответствии с особенностью настоящего изобретения отдельной торцевой поверхности 15 разделительного кольца 3 была придана такая форма, что внутренняя ограничивающая краевая линия 17 поверхности больше соответствует диаметру, который больше наружного диаметра оси валка, который в примере согласно фиг.4 соответствует внутреннему диаметру разделительного кольца (снаружи торцевая поверхность 15 ограничена круговой краевой линией 16). Таким образом, общая площадь торцевой поверхности 15 для заданного наружного диаметра уменьшается, в результате чего поверхностное давление, действующее на соседнее прокатное кольцо, увеличивается. Кроме того, зона передачи усилия (то есть воображаемая круговая линия на половине расстояния между ограничивающими краевыми линиями 16 и 17) поверхности смещена наружу по сравнению с соответствующими зонами передачи усилия в ранее известных разделительных кольцах. Другими словами, эффективное плечо при передаче крутящего момента увеличивается, поскольку оно определяется радиальным расстоянием между центральной осью С и зоной передачи усилия.
В примере, показанном на фиг.1, 2 и 3, желательное уменьшение площади торцевой поверхности 15 контакта было обеспечено за счет того, что кольцо было образовано, с одной стороны, с наружной ободочной частью 18, которая имеет толщину, измеряемую как расстояние между противоположными торцевыми поверхностями 15, которая больше толщины внутренней ободочной части 19, в которой образовано отверстие кольца, ограниченное цилиндрической поверхностью 10. Посредством внутренней ободочной части 19 сохраняется способность разделительного кольца к центрированию при насаживании ее на ось 1 валка. Как показано на фиг.3, наружная ободочная часть 18 имеет радиальную протяженность (радиальное расстояние R1 между ограничивающими краевыми линиями 16, 17), которая меньше радиальной протяженности внутренней ободочной части 19, поскольку она определяется радиальным расстоянием R2 между ограничивающей линией 17 и краевой поверхностью 10 отверстия. На практике R1 может составлять 50-80%, целесообразно 60-70% от R2, то есть R2 может быть на 25-100% или на 42-66% больше, чем R1.
На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления валка, в котором разделительное кольцо 3А не имеет центрирующей внутренней ободочной части, соответствующей варианту осуществления, описанному выше. Таким образом, в данном случае ротационно симметричная краевая поверхность 10А отверстия проходит по оси между противоположными внутренними краевыми линиями 17 торцевых поверхностей 15. Центрирование данного разделительного кольца может выполняться либо посредством подводимых снаружи центрирующих приспособлений, либо посредством внутреннего кольцеобразного сердечника из другого материала, например из поропласта, дерева или т.п., который может быть разрушен после установки.
Слой из множества равномерно распределенных частиц может быть нанесен на зоны сопряжения между торцевыми поверхностями прокатных колец 2 и разделительных колец 3, при этом указанные частицы образованы из материала, который является более твердым по сравнению с наиболее твердым материалом любого из колец. Если прокатные кольца изготовлены из твердого сплава, могут быть использованы частицы, например, из алмаза, кубического нитрида бора, керамических материалов или т.п. Частицы должны иметь размер, который, по меньшей мере, немного больше микроскопических неровностей, которые характеризуют шероховатость поверхности поверхностей контакта. Когда прокатные кольца и разделительные кольца поджаты друг к другу под действием полного усилия, частицы будут проникать в соответствующую торцевую поверхность и в большей степени увеличивать трение между поверхностями. Подобные частицы не затрудняют фактическое отделение колец друг от друга. На практике частицы могут быть включены в пасту или другую вязкую текучую среду, которая может быть предусмотрена на сравнительно узких, кольцеобразных торцевых поверхностях контакта разделительных колец. Как вариант, частицы могут быть нанесены с помощью технологии металлизации (или технологии нанесения электролитического покрытия).
Изобретение не ограничено лишь вариантами осуществления, описанными выше и показанными на чертежах. Таким образом, существует возможность образования уменьшенной в радиальном направлении торцевой поверхности контакта на прокатном кольце вместо образования ее на разделительном кольце, хотя приведенный в качестве примера вариант осуществления на практике является предпочтительным.