Ролик, кольцо ролика и способ изготовления такого ролика
Изобретение предназначено для улучшения функциональных характеристик комбинированных роликов, используемых при горячей и холодной прокатке. Ролик содержит вал (1), имеющий два отстоящих друг от друга упорных кольца (2, 3), и несколько колец (4) ролика, размещенных между упорными кольцами на оси, кольца (4) по отдельности состоят из внешнего кольца (6) из твердого металла и концентрического внутреннего кольца (7) из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом, и имеет выступающую часть - фланец (12), который выступает по оси из конца внешнего кольца. Возможность оптимизации для любой заданной ширины ролика количества устанавливаемых колец и канавок обеспечивается за счет того, что каждое кольцо (4) ролика жестко соединено с валом (1) посредством одного или более стопорных штифтов (19), которые введены в сквозные отверстия в выступающем фланце (12) внутреннего кольца и зацепляются с отверстиями (21) в валу. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Согласно первому объекту это изобретение относится к ролику такого типа, который содержит, с одной стороны, ведущий вал или вал ролика, имеющий два отстоящих друг от друга по оси упорных кольца, одно из которых жестко закреплено, а другое является стопорной гайкой, и, с другой стороны, ряд колец ролика, размещенных между закрепленным упорным кольцом и стопорной гайкой, при этом каждое из колец ролика состоит из внешнего кольца из твердого металла и концентрического внутреннего кольца из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом и имеет часть, которая выступает по оси из конца внешнего кольца.
Ролики в общем упомянутого выше типа, которые специалисты в данной области техники упоминают как комбинированные ролики, на практике используют для горячей или холодной прокатки длинных узких изделий из металла, таких как проволока, прутки, трубы и т.д. С этой целью кольца ролика, которые в этом случае называют составными кольцами ролика, выполняют с рядом кольцевых канавок, которые образуют изделие в заданной последовательности. Количество канавок можно изменять только от одной до множества канавок. Функциональные возможности роликов определяются тем, сколько колец ролика можно устанавливать внутри данной ширины ролика, которые, например, определяются расстоянием между неподвижным упорным кольцом и стопорной гайкой.
Важным фактором для длительного хорошего функционирования таких роликов является то, что кольца роликов надежно закреплены с возможностью вращения, поскольку от ведущего вала к кольцам роликов необходимо передавать чрезвычайно большие вращающие моменты без проскальзывания колец друг относительно друга и относительно вала. В уровне техники было предложено множество различных методов (см., например, патенты США №№ 4280147, 5248289, 5558610, 5735788 и 6685611) решения проблемы вращательного крепления таких колец роликов, которые изготовлены из сравнительно хрупкого металлокерамического твердого сплава и которые поэтому имеют хорошие свойства относительно предела прочности при сжатии и устойчивости к износу. Однако общим для известных ранее роликов является то, что все элементы (например, клинья, пружины, гидравлические устройства), предназначенные для закрепления колец роликов с возможностью вращения, занимают определенную часть ширины ролика, то есть доступное осевое пространство между неподвижным упорным кольцом и стопорной гайкой вала.
Настоящее изобретение направлено на устранение упомянутых недостатков ранее известных роликов и на создание ролика, имеющего улучшенные функциональные возможности. Поэтому, согласно первому объекту основной целью изобретения является создание ролика, составные кольца которого можно закреплять с возможностью вращения относительно вала ролика посредством элементов, которые не занимают какой-либо существенной части доступной ширины ролика. Другой целью является создание ролика, который является простым в изготовлении, и, в то же время, чтобы ролик можно было восстанавливать практическим способом. Еще одной целью изобретения является создание ролика, кольца которого жестко закреплены относительно ведущего вала способом, который является, по меньшей мере, столь же прочным и надежным, как в ранее известных роликах.
Согласно изобретению, по меньшей мере, основную цель достигают посредством признаков, указанных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления ролика согласно изобретению дополнительно определены в зависимых пунктах 2-6 формулы изобретения.
Согласно второму объекту изобретение относится по существу к кольцу ролика самому по себе. Важные признаки этого кольца ролика определены в независимом пункте 7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления кольца ролика согласно изобретению дополнительно определены в зависимых пунктах 8 и 9 формулы изобретения.
Третий объект изобретения относится к способу изготовления роликов согласно изобретению. Отличие этого способа раскрыто в независимом пункте 10 формулы изобретения.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид сбоку с частичным разрезом ролика согласно изобретению;
фиг.2 - продольное сечение в увеличенном масштабе только через одно отдельное кольцо ролика, включенное в ролик;
фиг.3 - вид с торца с частичным вырезом кольца ролика с фиг.2.
Ролик, показанный частично на фиг.1, включает в себя центральный приводимый вал или вал 1 ролика, имеющий вращательно симметричную основную форму. Между двумя отстоящими по оси защитными кольцами 2, 3 несколько (в этом случае три) отдельных колец 4 ролика выполнены в форме составных колец ролика. Также составные кольца 4 ролика имеют вращательно симметричную основную форму и образованы с внутренним диаметром, который только немного превышает внешний диаметр цилиндрической огибающей поверхности вала 1, проходящего между защитными кольцами 2, 3. Таким образом, кольца 4 ролика можно устанавливать на валу с точной посадкой.
Упорное кольцо 2 прикреплено к валу 1, в то время как упорное кольцо 3 является стопорной гайкой. В этом примере закрепленное упорное кольцо 2 является отдельным компонентом, который соединен с валом таким образом, что его нельзя перемещать по оси. Однако неподвижное упорное кольцо 2 также может быть кольцеобразной кромкой, выполненной за одно целое с остальной частью вала, причем и эту кромку образуют в связи с механической обработкой вала. Второе упорное кольцо 2 является стопорной гайкой, то есть кольцо имеет внутреннюю резьбу (не показана), которая находится в зацеплении с внешней резьбой на валу. Кроме того, стопорную гайку можно прикреплять посредством крепежного болта 5 или подобного крепления.
Фиг.2 и 3 иллюстрируют более подробно конструкцию отдельного кольца 4 ролика. Упомянутое кольцо ролика имеет основную форму, которая является симметричной относительно центральной оси C, вокруг которой вращается кольцо ролика, и совпадает с осью вращения C вала 1 (см. фиг.1). В кольцо 4 ролика включено внешнее кольцо 6 из твердого металла, а так же концентрическое внутреннее кольцо 7 из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом. Практически, внешнее кольцо можно изготавливать из таких порошковых компонентов (например, карбида вольфрама, включающего в себя кобальт в качестве связующего вещества), которые используют для изготовления обычных вставок из металлокерамического твердого сплава посредством прессования и спекания. Во внутреннем кольце 7 можно использовать чугун с шаровидным графитом или литейный чугун. В огибающей поверхности 8 твердого внешнего кольца 6 образовано несколько кольцевых канавок 9, в которых прокатывают горячий металл.
Как показано на фиг.2, более пластичное внутреннее кольцо 7 немного шире, чем внешнее кольцо 6, и немного выступает из двух его противоположных торцевых поверхностей 10, 11. В этом примере выступающие части обозначены ссылочными позициями 12, 13 и имеют форму фланцев, которые отличаются по толщине. Более конкретно, фланец 12 значительно толще фланца 13. Толстый фланец 12 ограничен, с одной стороны, плоской, кольцеобразной торцевой поверхностью 14, которая проходит перпендикулярно оси C вращения, и, с другой стороны, внешней цилиндрической поверхностью 15 и внутренней цилиндрической поверхностью 16, которая является частью всей внутренней поверхности внутреннего кольца. Аналогичным образом, более тонкий фланец 13 ограничен плоской кольцеобразной торцевой поверхностью 17 и внешней цилиндрической поверхностью 18. Таким образом, каждый отдельный фланец 12, 13 имеет внешний диаметр, который, с одной стороны, является больше внутреннего диаметра внешнего кольца 6, и, с другой стороны, является меньше внешнего диаметра внешнего кольца, причем торцевые поверхности 10, 11 внешнего кольца частично входят во фланцы и металлургическим путем соединены с ними таким же способом, как в цилиндрической поверхности раздела между внутренней частью внешнего кольца и внешней частью внутреннего кольца.
Поскольку здесь были описаны показанные ролик и кольца ролика, то же самое относится ко всем ранее известным основным элементам.
Новым и отличительным для ролика согласно изобретению является то, что каждое кольцо 4 ролика жестко соединено с валом 1 посредством одного или более стопорных штифтов 19, которые введены в сквозные отверстия 20 в одном из фланцев, а именно во фланце 12 внутреннего кольца 7, и зацепляющие отверстия или гнезда 21, которые открыты в огибающей поверхности вала 1 и проходят на расстояние в корпус вала. Как показано на фиг.3, в этом случае, отдельное кольцо ролика включает в себя шесть таких сквозных отверстий 20, которые отстоят друг от друга на равных расстояниях по периферии кольца. Наиболее предпочтительно, хотя и не обязательно, отверстия и относящиеся к ним стопорные штифты радиально ориентированы до тех пор, пока центральная ось А отверстий (см. фиг.2) проходит перпендикулярно оси С вращения. В этой связи углы α между соседними отверстиями являются одинаково большими. Более конкретно, угол α в этом примере варианта осуществления составляет 60°.
Хотя форма поперечного сечения отверстий и стопорных штифтов не является критической для реализации изобретения, практически предпочтительно выполнять их во вращательно симметричной, предпочтительно цилиндрической, форме. Цилиндрическое рассверленное отверстие 22 образуют соответственно по центру во внутренней части корпуса штифта, и диаметр этого рассверленного отверстия значительно меньше, чем внешний диаметр стопорного штифта. В это рассверленное отверстие можно вставлять инструмент, например винт, посредством которого стопорный штифт можно вытаскивать из отверстий 20, 21, когда кольца ролика необходимо демонтировать с вала.
Посадка между стопорным штифтом 19 и отверстиями 20, 21 должна быть точной. Более конкретно, внутренний диаметр отверстий должен быть самое большее на 0,03 мм больше, чем внешний диаметр стопорного штифта. Как показано на фиг.1, только меньшая часть всей длины стопорного штифта 19 размещена в отверстии или гнезде 21 в валу, в то время как большая часть всей длины размещена в отверстии 20 во фланце 12. Практически, в отверстии вала 21 необходимо размещать более 1/3 длины стопорного штифта.
Изготовление или сборку описанного ролика выполняют следующим образом.
На первом этапе вал 1 подвергают машинной обработке и оснащают жесткозакрепленным упорным кольцом 2 и стопорной гайкой 3. На другом этапе составные кольца 4 ролика изготавливают, например, обычным способом, раскрытым в патенте № 5248289 США. Однако, в отличие от колец ролика, раскрытых в этом патенте, кольцо ролика согласно настоящему изобретению образуют с радиальными отверстиями 20, которые проходят через фланец 12. Более подходящим является их выполнение сверлением, при этом без придания отверстиям их конечного диаметра. Другими словами, отверстия просверливают с заданным остающимся припуском на обработку. На следующем этапе кольца 4 ролика устанавливают на валу 1 и затем затягивают стопорную гайку 3, кольца 4 ролика прижимают в тесный контакт друг с другом и с неподвижным упорным кольцом 2. Когда это выполнено, каждое отверстие 20 во фланцах 12 просверливают в то же время, когда просверливают отверстие или гнездо 21 в надлежащем валу. Другими словами, одно и то же сверло (имеющее по существу такой же диаметр, как у стопорного штифта) вводят настолько глубоко, чтобы оно проникало в вал. В заключение, стопорные штифты 19 вводят в соответствующие им отверстия и закрепляют там подходящим способом, чтобы их не выбросило при вращении ролика. Удерживание стопорных штифтов можно обеспечить, например, слоем клея на контактных поверхностях между штифтами и отверстиями. В этом состоянии кольца ролика жестко соединены с валом без помощи каких-либо выступающих по оси соединительных элементов (типа блокирующих ключей) на поверхности раздела между соседними кольцами ролика. Таким образом, плоские торцевые поверхности колец ролика тесно примыкают друг к другу, причем вращательное крепление обеспечивается элементами, а именно, стопорными штифтами, которые размещены в пространстве между двумя торцевыми поверхностями кольца ролика.
Существенное преимущество ролика согласно изобретению состоит в том, что количество колец ролика и канавок, связанных с ними, можно оптимизировать для любой заданной ширины ролика. В типе ролика, показанном на фиг.1, можно было предварительно установить только два кольца ролика, каждый из которых имеет три канавки, то есть ролик включал в себя шесть канавок. В соответствии с обладающей признаками изобретения блокировкой колец ролика теперь можно устанавливать три кольца ролика, каждый из которых имеет три канавки. Другими словами, количество активных канавок ролика увеличилось на 50%.
Изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным выше и показанным на чертежах. Таким образом, выступающая часть внутреннего кольца у кольца ролика может иметь такой же внешний диаметр, как остальная часть внутреннего кольца, то есть выступающая часть не вложена в торцевую поверхность внешнего кольца даже частично. Кроме того, внутреннее кольцо можно образовывать без какой-либо выступающей части на его противоположном конце. Другими словами, один конец внутреннего кольца 7 может заканчиваться в той же плоскости, что и торцевая поверхность внешнего кольца.
1. Ролик, содержащий, с одной стороны, приводной вал (1), который имеет два отстоящих друг от друга по оси упорных кольца (2, 3), одно (2) из которых жестко закреплено, а другое является стопорной гайкой (3), и, с другой стороны, ряд колец (4) ролика, размещенных между закрепленным упорным кольцом и стопорной гайкой, при этом каждое из колец ролика состоит из внешнего кольца (6) из твердого металла и концентрического внутреннего кольца (7) из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом и имеет часть (12), которая выступает по оси из конца (10) внешнего кольца (6), отличающийся тем, что каждое кольцо (4) ролика жестко соединено с валом (1) посредством одного или более стопорных штифтов (19), введенных в сквозные отверстия (20) в выступающей части (12) внутреннего кольца с зацеплением с отверстиями (21) в валу (1).
2. Ролик по п.1, отличающийся тем, что каждый стопорный штифт (19) и отверстия (21, 20) в валу (1) и в выступающей части (12) внутреннего кольца (7) кольца ролика имеют вращательно симметричную форму.
3. Ролик по п.2, отличающийся тем, что вращательно симметричная форма является цилиндрической, при этом внутренний диаметр отверстий (20, 21) не более чем на 0,03 мм превышает внешний диаметр стопорного штифта (19).
4. Ролик по п.1, отличающийся тем, что каждое кольцо (4) ролика прикреплено к валу (1) посредством множества стопорных штифтов (19), которые отстоят на равные линейные и угловые расстояния.
5. Ролик по п.4, отличающийся тем, что каждый стопорный штифт (19) и отверстия (21, 20) в валу (1) и в выступающей части (12) внутреннего кольца (7) кольца ролика имеют вращательно симметричную форму.
6. Ролик по п.5, отличающийся тем, что вращательно симметричная форма является цилиндрической, при этом внутренний диаметр отверстий (20, 21) не более чем на 0,03 мм превышают внешний диаметр стопорного штифта (19).
7. Ролик по п.1, отличающийся тем, что вал (1) и каждое кольцо (4) ролика имеют основную форму, которая является вращательно симметричной относительно оси (С), вокруг которой вращается ролик, при этом каждый стопорный штифт (19) ориентирован радиально таким образом, что его центральная ось (А) является перпендикулярной геометрическому валу (С).
8. Ролик по п.7, отличающийся тем, что каждый стопорный штифт (19) и отверстия (21, 20) в валу (1) и в выступающей части (12) внутреннего кольца (7) кольца ролика имеют вращательно симметричную форму.
9. Ролик по п.8, отличающийся тем, что вращательно симметричная форма является цилиндрической, при этом внутренний диаметр отверстий (20, 21) не более чем на 0,03 мм превышает внешний диаметр стопорного штифта (19).
10. Ролик по п.7, отличающийся тем, что каждое кольцо (4) ролика прикреплено к валу (1) посредством множества стопорных штифтов (19), которые отстоят на равные линейные и угловые расстояния.
11. Ролик по п.10, отличающийся тем, что каждый стопорный штифт (19) и отверстия (21, 20) в валу (1) и в выступающей части (12) внутреннего кольца (7) кольца ролика имеют вращательно симметричную форму.
12. Ролик по п.11, отличающийся тем, что вращательно симметричная форма является цилиндрической, при этом внутренний диаметр отверстий (20, 21) не более чем на 0,03 мм превышает внешний диаметр стопорного штифта (19).
13. Ролик по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что соседние кольца (4) ролика вдоль вала прижаты друг к другу в тесном контакте поверхностями, выполненными в форме плоских кольцеобразных торцевых поверхностей (13, 14) без выступов и/или зенковок.
14. Кольцо ролика, содержащее внешнее кольцо (6) из твердого металла и концентрическое внутреннее кольцо (7) из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом, причем, по меньшей мере, одна часть (12) внутреннего кольца (7) выступает по оси из конца (10) внешнего кольца (6), отличающееся тем, что в выступающей части (12) внутреннего кольца выполнено одно или более сквозных отверстий (20), которые проходят между внешней стороной (15) и внутренней стороной (16) выступающей части.
15. Кольцо ролика по п.14, отличающееся тем, что в выступающей части (12) внутреннего кольца (7) образовано множество отверстий (20), которые отстоят на равные линейные и угловые расстояния.
16. Кольцо ролика по п.14 или 15, отличающееся тем, что выступающая часть или фланец (12) внутреннего кольца (7) ограничена плоской кольцеобразной торцевой поверхностью (14), выполненной без выступов и/или зенковок.
17. Способ изготовления ролика, содержащего вал (1), имеющий два отстоящих друг от друга по оси упорных кольца (2, 3), одно (2) из которых жестко закреплено, а другое является стопорной гайкой (3), а также ряд колец (4) ролика, размещенных между закрепленными упорным кольцом и стопорной гайкой, при этом каждое из колец ролика состоит из внешнего кольца (6) из твердого металла и концентрического внутреннего кольца (7) из более пластичного металла, которое металлургическим путем неразъемно соединено с внешним кольцом и имеет часть (12), которая выступает по оси из конца (10) внешнего кольца (6), отличающийся тем, что каждое из колец (4) ролика выполняют с одним или более сквозными отверстиями (20) в выступающей части (12) его внутреннего кольца (7), надевают кольцо ролика на вал (1) вместе с одним или более другими кольцами ролика, затягивают стопорную гайку (3) для прижатия колец ролика друг к другу, просверливают отверстия (21) в валу (1) в продолжение отверстий (20) во внутренних кольцах колец ролика и устанавливают стопорные штифты (19) в отверстия (20, 21).
