Валок
Изобретение предназначено для повышения эффективности соединений в конструкции составного прокатного валка. Составной валок содержит ось (1) валка и прокатное кольцо (2), которое установлено на оси (1) валка и к которому аксиально поджато, по меньшей мере, одно другое кольцо, такое как разделительное кольцо (3). Повышение способности фрикционного соединения передавать крутящий момент обеспечивается за счет того, что поверхности (11) контакта колец поджаты друг к другу и служат в качестве передающих крутящий момент фрикционных соединений, причем в отдельной зоне сопряжения между двумя торцевыми поверхностями (11) контакта размещено множество малых частиц регламентированного размера из материала более твердого, чем наиболее твердый материал любого из колец, с частичным проникновением в каждую из поверхностей контакта. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Данное изобретение относится к комбинированному (составному) валку, содержащему ось валка и прокатное кольцо, установленное на оси валка, к которому аксиально поджато, по меньшей мере, одно другое кольцо, при этом торцевые поверхности контакта колец, поджатых друг к другу, служат в качестве передающих крутящий момент фрикционных соединений.
Как правило, составные валки включают в себя два или более прокатных кольца, которые удерживаются отделенными друг от друга посредством промежуточных разделительных колец, при этом весь комплект колец удерживается неподвижным на оси валка с помощью, 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, соответственно, прокатных колец и разделительных колец могут быть предусмотрены пружины, а также дополнительные кольца.
Во многих случаях прокатные кольца изготавливают из твердого материала, такого как твердый сплав, в то время как промежуточные разделительные кольца изготавливают из более мягкого или более пластичного материала, предпочтительно из стали или чугуна. Значительный крутящий момент должен быть передан от оси валка прокатным кольцам. В том случае, когда прокатные кольца изготовлены только из твердого сплава, передача крутящего момента обычно происходит посредством аксиальной (цилиндрической) последовательности ("цепочки") сил, передаваемых от стопорной гайки к неподвижному стопорному кольцу через торцевые поверхности контакта между отдельными кольцами. Более точно, крутящий момент передается от отдельного кольца соседнему кольцу за счет действия трения в тех зонах сопряжения, где торцевая поверхность кольца поджата к взаимодействующей торцевой поверхности соседнего кольца. Для выполнения этой задачи по всей "цепочке" сил отдельные зоны сопряжения или фрикционные соединения между кольцами должны быть прочными, то есть должны обеспечивать возможность передачи крутящего момента без проскальзывания колец друг относительно друга.
В ранее известных составных валках (см., например, патенты США №№5735788 и 6685611) торцевые поверхности отдельных зон контакта являются металлическими, при этом данные поверхности образованы посредством механической обработки, такой как точение и/или шлифование, металлической заготовки, которая должна образовывать отдельное кольцо. Другими словами, торцевые поверхности разделительного кольца из стали представляют собой поверхности из стали, в то время как торцевые поверхности твердосплавного прокатного кольца представляют собой поверхности твердого сплава. В зависимости от шероховатости поверхности и свойств различных материалов трение между подобными поверхностями может уменьшаться, что может привести к проскальзыванию колец друг относительно друга. Другой недостаток ранее известных составных валков состоит в том, что прокатные кольца, а также разделительные кольца выполнены с торцевыми поверхностями, которые проходят в радиальном направлении на всей протяженности от внутренней стороны кольца до его наружной стороны, то есть от огибающей поверхности оси валка до наружной цилиндрической поверхности отдельного кольца. Данная конфигурация торцевых поверхностей приводит к передаче крутящего момента в зоне, расположенной приблизительно на половине расстояния между внутренней стороной и наружной стороной разделительного кольца, то есть сравнительно близко от огибающей поверхности оси валка. Кроме того, поверхностное давление в зонах сопряжения между торцевыми поверхностями контакта будет довольно низким, поскольку поверхности контакта являются сравнительно большими.
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 большой крутящий момент может быть передан 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 валка. Еще одной целью является создание усовершенствованного фрикционного соединения с помощью простых элементов.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, основная цель достигается посредством признаков, указанных в отличительной части независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления валка, согласно изобретению, дополнительно определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
На чертежах:
фиг.1 - выполненный с частичным разрезом продольный вид составного валка согласно изобретению;
фиг.2 - вид в перспективе разделительного кольца, включенного в валок;
фиг.3 - подробное сечение в увеличенном масштабе, показывающее разделительное кольцо, отделенное от двух прокатных колец перед его поджимом к ним; и
фиг.4 - сечение в сильно увеличенном масштабе, показывающее часть зоны сопряжения между поверхностями контакта колец.
На фиг.1 показан валок, который включает в себя приводимую в движение ось 1 валка, ряд прокатных колец 2 и ряд разделительных колец 3. Ось 1 валка имеет ротационно-симметричную базовую форму, задаваемую центральной осью С.
Ряд колец 2, 3 удерживается в заданном положении между неподвижным стопорным кольцом 4, которое в примере выполнено в виде кольцеобразного буртика, и стопорной гайкой 5 на противоположном конце оси валка. Стопорная гайка 5 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 кольцом 7. Кроме того, в стопорной гайке имеется ряд распределенных по периферии регулировочных приспособлений 8, посредством которых можно регулировать упругую силу пружины 6.
Предполагается, что в примере прокатные кольца 2 состоят из сплошного твердого сплава, в то время как разделительные кольца 3 состоят из более мягкого металла, например из стали. Каждое отдельное прокатное кольцо 2 ограничено, с одной стороны, наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями 9, 10 и, с другой стороны, противоположными торцевыми поверхностями 11, каждая из которых является плоской и проходит перпендикулярно центральной оси С. Каждая торцевая поверхность 11 ограничена снаружи наружной круговой краевой линией 12 и внутри внутренней круговой краевой линией 13.
Аналогичным образом, отдельное разделительное кольцо 3 (см. фиг.2) ограничено наружной цилиндрической поверхностью 15, которая определяет наружный диаметр разделительного кольца, внутренней цилиндрической поверхностью или краевой поверхностью 10 отверстия, которая определяет внутренний диаметр разделительного кольца, а также двумя противоположными плоскими торцевыми поверхностями 11, которые являются кольцеобразными и проходят перпендикулярно центральной оси С.
Представленное до сих пор описание показанного валка во всех существенных моментах соответствует ранее известным валкам (за исключением конструкции разделительных колец 3).
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения в отдельной зоне сопряжения, между каждой парой торцевых поверхностей 11 контакта, поджатых друг к другу, размещено множество малых частиц из материала более твердого, чем наиболее твердый материал любого из колец. Частицы, предпочтительно, диспергированы в вязкой текучей среде, например в пасте. На фиг.3 три кольца показаны отстоящими друг от друга, при этом тонкий слой 14 пасты показан на торцевых поверхностях 11 контакта разделительного кольца 3, причем указанный слой содержит твердые частицы и был нанесен на поверхность соответствующим образом, например путем окрашивания. Как вариант, твердые частицы могут быть нанесены посредством использования технологии нанесения электролитического покрытия.
Когда кольца 2, 3 посредством стопорной гайки 5 и регулировочных приспособлений 8 поджаты друг к другу под действием полного усилия, частицы, включенные в пасту, будут частично проникать в каждую из торцевых поверхностей 11 контакта так, как показано на фиг.4. В этом случае отдельные частицы будут служить в качестве миниатюрных механических перемычек между поверхностями контакта и, таким образом, обеспечивать радикальное повышение способности фрикционного соединения передавать крутящий момент.
Частицы в зоне сопряжения должны иметь средний размер от 10 до 125 мкм, предпочтительно, 25-100 мкм. Соответственно, более крупные частицы используются в том случае, когда поверхности контакта являются шероховатыми.
В представленном случае, когда прокатные кольца состоят из твердого сплава, частицы, предпочтительно, могут представлять собой зерна из алмаза, кубического нитрида бора, керамических материалов или т.п.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения отдельное разделительное кольцо 3 (см. фиг.2) было выполнено таким образом, что внутренняя ограничивающая краевая линия 13 отдельной торцевой поверхности 11 больше наружного диаметра оси валка, то есть больше диаметра краевой поверхности 10 отверстия. Таким образом, общая площадь торцевой поверхности 11 для заданного наружного диаметра уменьшается, в результате чего увеличивается поверхностное давление, действующее на торцевую поверхность соседнего прокатного кольца. Кроме того, зона передачи усилия, то есть воображаемая круговая линия, проходящая приблизительно на половине расстояния между краевыми линиями 12 и 13, 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.
1. Валок, содержащий ось (1) валка и прокатное кольцо (2), установленное на оси (1) валка, при этом к кольцу аксиально поджато, по меньшей мере, одно другое кольцо (3), причем торцевые поверхности (11) контакта колец поджаты друг к другу с образованием передающих крутящий момент фрикционных соединений, отличающийся тем, что в зоне сопряжения между поверхностями (11) контакта размещено множество малых частиц из материала более твердого, чем наиболее твердый материал любого из колец, с частичным проникновением частиц в каждую из поверхностей (11) контакта, при этом средний размер частиц в зоне сопряжения составляет 10-125 мкм, предпочтительно 25-100 мкм.
2. Валок по п.1, отличающийся тем, что частицы диспергированы в вязкой текучей среде.
3. Валок по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что прокатное кольцо изготовлено из твердого сплава, при этом частицы выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из алмаза, кубического нитрида бора или керамических материалов.
4. Валок по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из торцевых поверхностей (11) разделительного кольца (3) ограничена внутренним краем (13), диаметр которого больше наружного диаметра оси (1) валка.
5. Валок по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из торцевых поверхностей (11) разделительного кольца (3) ограничена внутренним краем (13), диаметр которого больше наружного диаметра оси (1) валка.
