CN100449159C - 用于连接第二部件的心轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在两个部件(1，2)间建立可松开的连接的方法，其中，第一部件(1)弹性地变形，使得变形部件(1)的夹紧表面(4a)对应于具有预定运动的另一部件(2)的相应夹紧表面，两个部件(1，2)可以插在一起，其中，当两个部件(1，2)已经插在一起后，当变形部件(1)弹性的回复时可以建立压力连接，其特征在于，当轴向力施加在所述部件(1)的力传递部分(6，8)上时，第一部件(1)弹性地变形，通过接头(15，16)将轴向力转换为夹紧表面(4a)的所希望的径向变形或者运动，所述接头(15，16)设置在力传递部分(6，8)和夹紧表面(4a)之间。

Description

用于连接第二部件的心轴
技术领域
本发明涉及一种心轴，该心轴具有：夹紧套筒，该夹紧套筒提供了在外面的夹紧表面；和力传递部分，通过所述力传递部分能够将轴向力施加到所述心轴上，从而在所述力传递部分和所述夹紧表面之间设置固体接头，使得将施加在所述心轴上的轴向牵引力转换为所述夹紧表面的径向向内的变形，从而待连接的部件能够被放置在所述心轴的夹紧表面上，并通过所述夹紧表面的变形的弹性回复而在所述心轴和所述部件之间产生压力连接。
背景技术
这种类型的在两个部件间建立摩擦锁定连接的方法是公知的，例如文献DE 195 21 755 C1和DE 196 24 048 A1中所示。使用这种方法，以相应的方式，通过施加径向压力将多边形或者椭圆形部件弹性插入圆形体内，使得当保持径向压力的同时能够安装圆轴。然后，如果径向力减小或者增加，变形部件就弹性回复到其原始的椭圆形或者多边形体，使得通过压力装配将轴固定在那里。
专利文献DE 10018399 A1披露了一种根据现有技术的状态的心轴。专利文献WO 01/79711 A1披露的内容和上述专利文献披露的相同。另外，专利文献GB 1397085也披露了一种压力传递装置。
这种类型在两个部件间的连接在实践中被证明是有价值的。然而，要求施加径向压力的装置是比较复杂的，而且它也需要大量的空间，这被认为不太便利。
基于这个背景，本发明建立在致力于建立在开始所述的这种类型的一种心轴，其能够施加变形所需要的力，而且设备复杂性明显低和整体尺寸小。
发明内容
本发明提供了一种心轴，该心轴具有：夹紧套筒，该夹紧套筒提供了在外面的夹紧表面；和力传递部分，通过所述力传递部分能够将轴向牵引力施加到所述心轴上，在所述力传递部分和所述夹紧表面之间设置固体接头，使得将施加在所述心轴上的轴向牵引力转换为所述夹紧表面的径向向内的变形，从而待连接的部件能够被放置在所述心轴的夹紧表面上，并通过所述夹紧表面的变形的弹性回复而在所述心轴和所述部件之间产生压力连接，其特征在于，所述心轴具有通孔，夹紧装置设置在所述心轴的通孔内，以便产生所述轴向牵引力。
根据本发明，上述目标能够得以实现，这是因为夹紧装置设置在心轴的通孔内，以便产生轴向牵引力。因此，本发明建立在通过施加轴向力以所希望的方式使心轴变形的基础上，而不是如现有技术中那样施加径向压力。然后，通过接头这些轴向力被转换为夹紧区域的希望变形，所述接头设在力传递部分和夹紧表面之间，例如，其能够是固体接头形式。已经表明，这种设计能够产生相当大的夹紧路径。通过大的夹紧路径，在待连接的部件之间存在着相当大的接头位移，该位移能够是夹紧直径的0.3％，并能够使得待连接的部件自动接合。还有利的是，变形主要存在于(固体)接头的区域，而夹紧表面尽可能保持着自身水平，并通过这种方式获得最优的对准。如果在其夹紧区域心轴形状类似套筒，并且心轴设有轴向的缝，该缝保证夹紧套筒围绕其周边很容易地变形，那么这是特别实用的。
基本地，将轴向压力和轴向牵引力转换为径向变形是可能的。然而，根据本发明，为了获得期望的变形，优选地使用牵引力。
为了将轴向牵引力特别有效地转换为夹紧区域的径向变形，在一方面所说的夹紧区域的夹紧表面和施加牵引力的点应该彼此径向隔开。例如，在具有在外面的夹紧表面的心轴的情况下，力传递部分应该位于夹紧表面的径向里面。
根据本发明的心轴的一个实施例，如果是具有在在外面的夹紧表面的心轴，则可以提出，用于施加轴向牵引力的夹紧装置被设置在心轴的通孔里。
例如，本实施例的一个结构设计能够包括被关闭的心轴的一个端部，和为了在关闭端施加压力进而将轴向牵引力传到心轴而设置的夹紧装置。
根据一个具体实施例，螺母可调节地拧进位于与关闭端相对的其轴向端处的通孔里面，压力传递装置设置在关闭端和螺母之间，以便当沿着关闭端的方向拧螺母时施加压力到关闭端上，这样将牵引力传到心轴。在本实施例中，只要螺母的一个旋转就足够使得心轴的夹紧区域变形，以便附接或者分离部件。
可选地，能够在位于与关闭端相对的心轴的端部上设置液动或者气动工作活塞，压力传递装置也可以设置在关闭端和活塞之间的此处，用来通过操作活塞将压力施加在关闭端上，因此将牵引力传到心轴。此处活塞可移动地直接设置在心轴的开口端处。
仅仅通过压力传递杆就能够形成压力传递装置。为了降低张力或者摩擦力，力传递装置优先地至少在在一侧上的与螺母或者活塞的接触区域里和在另一侧上的心轴的关闭端具有滚珠。
根据另一个实施例，根据本发明的心轴设计成这样，使得主轴设置在心轴的通孔里，其主轴可旋转地安装在它的一端区域处，这样使得它能在心轴里轴向移动，在另一端区域处所述主轴通过主轴螺母，该螺母可旋转地安装但轴向固定在心轴里，且主轴能够被旋转驱动，止动装置设置在主轴和心轴上，当主轴沿轴向移动时止动装置彼此接触。在本实施例中，主轴螺母的旋转被转换为主轴的轴向运动，主轴与心轴的止动装置接触，并在那里施加压力。在本实施例中，心轴的通孔也被闭合，以便形成与驱动主轴接触的止动装置。
最后可选的，一个旋转驱动螺纹轴向固定设置在心轴的通孔里，心轴固定在夹紧区域的第一侧面上，主轴螺母保持在夹紧区域的相对侧面上的心轴里，所述主轴螺母与主轴部的螺纹部分接合，使得主轴部的旋转能够转换为主轴螺母和连接主轴螺母的部件部分的轴向运动，如果主轴被保持在夹紧表面的相对第一侧面上时，通过上述轴向运动牵引力被传到心轴。
关于本发明的其他有益的实施例，人们应该参阅所附权利要求和下面的参考附图进行的对实施例的说明。
附图说明
在附图中：
图1以透视图显示根据本发明的一个心轴的第一实施例，
图2以纵剖面显示图1中的心轴，
图3以放大的横剖面显示图1中的心轴，
图4显示了图1中的心轴的夹紧区域和力传递部分之间的连接区域的图示，
图5以纵剖面显示了根据本发明的具有活塞的心轴的第二实施例，
图6以纵剖面显示了根据本发明的心轴的第三实施例，
图7以纵剖面显示了根据本发明的心轴的第四实施例，
图8以总剖面和横剖面显示了根据本发明的卡盘的第一实施例，
图9以纵剖面和横剖面显示了根据本发明的卡盘的第二实施例，
图10以纵剖面和横剖面显示了根据本发明的卡盘的第三实施例，和
图11以总剖面显示了根据本发明的夹紧力测试器的一个实施例。
具体实施方式
图1到图3显示了根据本发明的第一部件系统，其具有第一部件1和环形第二部件2，第一部件1以心轴的形式出现，环形第二部件2以图2中所示的方式可分离地连接到心轴1上。另外，具有中央的薄壁套筒4的心轴1的基座部分3设置为可弹性的变形，并具有总共六条轴向的缝5，中央的薄壁套筒4形成外部夹紧表面4a，所述轴向的缝5围绕夹紧套筒4的周边均匀地隔开。缝5用于使得夹紧套筒4弹性地围绕在它的周边。轴向端部6和7在两侧附接到中央夹紧套筒4上，该中央夹紧套筒4相对于上述夹紧套筒4具有厚壁。
如图2中可清楚看出，止动单元8被拧在基座部分3的左端部分7上，用于在夹紧套筒4上轴向定位环形单元2。
在这个部件系统1和2中，通过压力装配件4，环形部件2被附接到心轴1的夹紧套筒4上。这可以通过以下来实现，在没有张力的状态下夹紧套筒4的外径要稍大于待夹紧的环形部件2的内径，当夹紧套筒4弹性的向内变形时，使得环形部件2能够被推到夹紧套筒4上，因此当夹紧套筒4弹性回复时，在两个部件之间产生压力连接。
根据本发明，可以提出，通过轴向牵引力带来夹紧套筒4的变形，轴向牵引力通过端部6和7引入到心轴1的基座部分3。为了产生这些牵引力7，夹紧装置10设置在心轴1的轴向的中央通孔9里。两个螺母11和12属于这个夹紧装置10，该夹紧装置10被拧进并闭合通孔9的轴向端部区域里，压力传递装置13和14设置在通孔9的螺母11和12之间，以便允许在螺母11和12之间传递压力。在所示的实施例中，压力传递装置13和14包括通过夹紧套筒4的中央压力传递杆13、钢滚珠14和螺母11和12，以便使所存在的摩擦力尽可能的小，钢滚珠14分别设置在压力传递杆13的轴向端之间。
如果沿着螺母12和11中的另一个的方向将螺母11和12中的一个拧进心轴1，这会引起在夹紧装置10中存在的压缩应力D，作为反作用力，在基座部分3中产生张应力Z，止动单元8就安全地固定在基座单元3上。
为了将这些张应力Z转换为希望的夹紧套筒4的指向内部的变形，在一方面可以提出，将来自夹紧装置10的牵引力传递到心轴1在夹紧套筒4里轴向产生。此外，通过夹紧套筒4的薄壁固体接头15和16，基座部分3的厚壁的端部区域6和7连接到夹紧套筒4，薄壁固体接头15和16在它们的径向外端上承受着对应于径向向内的工作牵引力的力矩，通过这种形式，接头15和16的上端和夹紧套筒14向内移动，如图2中箭头M所示。因此，缝5提供了所发生的夹紧套筒4的收缩所需要的空间。
此处通过固体接头15和16所获得的结果类似于如图4中所示的通过枢转接头15和16所获得结果。在本实施例中，如果相反的牵引力Z施加在基座部分3的端部6和7上，且轴向端部被拉开，那么这会导致如箭头M所示的接头杆15和16的枢转运动，结果是夹紧套筒4如箭头S所示向内移动。
基本地，逆向地能够将轴向压力施加到基座部分3的端部6和7上，使得轴向端部6和7被压在一起，这导致接头杆15和16沿着与箭头M相反的方向枢转运动，结果是夹紧套筒4向外移动。
换言之，当螺母10和11旋进心轴1中时，和图1到图3所示的心轴1一起，夹紧套筒4向内移动，以便和第二附件2连接或者分离，以这样的方式在心轴1里产生牵引力。此处通过固体接头15和16所获得的旋转速度是相当高的，使得能够建立高速接头运动(high levels of jointplay)。此外有利的是，变形大致只存在于固体接头15和16的区域，而夹紧套筒4，特别是夹紧套筒4的夹紧表面4a，尽可能的保持着均匀，通过这种方式能获得最优的轴向配合。最后，当夹紧套筒4回复时，夹紧部件2被拉到紧靠止动单元8，使得保证了最优轴向配合。
在图5中，显示了根据本发明的心轴1的第二实施例。后者在其基本结构上对应着在图1到图3中上面描述和图示的心轴1，该心轴具有通过中央夹紧套筒4形成的基座部分3和附接到在侧面上的夹紧套筒4的厚壁端部6和7，通过固体接头15和16轴向端部6和7连接到夹紧套筒4。这里同样，夹紧装置10容纳在心轴1的通孔9里，并包括活塞17，活塞17可调节地设置在基座部分3的左轴向端部，并通过液动装置或者气动装置启动。通过螺母12闭合通孔9的另一轴向端。在这个实施例中，活塞17由液动装置启动，使得沿着箭头K的方向将它压入基座部分3，通过以活塞杆18a和滚珠18b的形式的压力传递装置18，将压力传递给螺母12。作为反作用力，这个压力再次在基座部分3里产生牵引力，通过固体接头15和16该牵引力被转换为夹紧套筒4的向内移动。
图6显示了根据本发明的心轴的第三实施例。在这个实施例中，通过设置在基座部分3的通孔9里的驱动主轴10(spindle drive)产生牵引力。主轴20明确的属于驱动主轴10，安装主轴，以便在它的一个端部区域(在图中右侧)上的基座部分3里被旋转地固定并可轴向移动，在夹紧套筒4的相对侧面的它的另一端部处，主轴20通过主轴螺母21，该螺母21可旋转的安装但能够在基座3里轴向固定，并且该螺母21可旋转的驱动，以便轴向移动主轴20。在主轴20上设有一个台肩22，当心轴20从图6所示的位置向右移动时，心轴20压紧基座部分3，使得在基座3里产生张应力，通过固体接头15和16该张应力被转换为夹紧套筒4的向内运动，这时台肩22就与基座部分3的相应止动表面23相接触。
图7显示了第四个可选实施例。同样，在这个实施例中，心轴1具有有中央夹紧套筒4和轴向端部6和7的基座部分3，轴向端部6和7附接到夹紧套筒4的两个侧面上，且通过固体接头15和16连接到夹紧套筒4上。用于施加轴向牵引力的夹紧装置10设置在基座部分的通孔9里。可旋转的驱动螺纹轴24属于夹紧装置10，可旋转的驱动螺纹轴24设置在通孔9中，使得能够被旋转驱动而且轴向固定，且其通过主轴螺母25并与这个螺母25相接合，该螺母25被插入到基座部分3的左端部分7里，并被固定地连接到基座部分3的左端部分7上，例如压在上面。在本实施例中，为了附按一个部件，固定基座3的右端部分6，然后旋转螺纹轴24，使得主轴螺母25和基座部分3的左端部分7被向左拉动。以这种方式，通过固体接头15和16，传到基座部分3的牵引力被转换为夹紧套筒4的期望运动。
在图8到图10中显示了这样的实施例，根据本发明的部件系统的第一部件1以卡盘的形式出现，卡盘具有用于待夹紧的部件(未详细示出)的中央保持器26。此处保持器26设置在夹紧套筒4里，夹紧套筒4沿着周长分开具有六个轴向的缝5，以便允许夹紧套筒4的延伸和收缩。
通过固体接头15，夹紧套筒4连接到基座3的法兰形的向外突出的端部6和7。在这些法兰形的端部6和7与夹紧套筒4的径向外面之间，设置有夹紧装置27，该装置提供了沿着箭头D的方向将压力施加到端部6和7上的可能性，使得在基座3中产生张应力Z，通过固体接头15和16以已经描述过的方式，该张应力被转换为夹紧套筒4的向下运动，在这种情况下所述夹紧套筒扩展，使得待夹紧的部件2能够插入到保持器26中。
在图8所示的实施例中，夹紧装置27以压电单元的形式出现，夹紧装置27被支撑在基座部分3的端部6和7之间，并且当通过电流时会扩展，以便将期望的压力施加到端部6和7上。
可选的，图9显示了这样一个实施例，夹紧装置27通过两个偏心环27a和27b形成，该偏心环围绕夹紧套筒4，并支撑在基座部分3的端部6和7之间。这里当偏心环27a和27b相对彼此旋转时，产生压力，以这种方式能够增加偏心装置的轴向扩展。
在图10所示的实施例中，最后夹紧装置27以螺纹环的形式出现，夹紧装置27可以被拧到基座部分3的左端部分7上，在前侧面夹紧装置27紧靠着基座部分3的右端部分6。
如果在本实施例中螺纹环27被进一步拧到左端部分7上，它将压在右端部分6上，通过这种压迫，在基座部分3中产生期望的牵引力Z。
图11中显示了夹紧力检测器30，其用于检测传统设计中的液动扩展卡盘的夹紧力和夹紧路径。这个夹紧力检测器30具有大致圆柱形的壳体31，该壳体31由衬套31a和外罩31b组成，衬套31a能够插入到工具支撑器的工具保持器里，外罩31b紧固地拧在工具止动器上，并且该壳体31承载着显示器35。在外罩31b里，检测活塞32被引导沿轴向移动，通过压力弹簧33该活塞32压紧在衬套31a的底面上，在检测活塞32和外罩31a之间支撑着压力弹簧33。衬套31形成夹紧表面34，其径向稍微向外突出，在夹紧表面区域34衬套具有薄壁，并且夹紧表面34连接到衬套31a的通过固体接头(未详细示出)轴向连接到夹紧表面34的区域上。
如图11中所示，如果通过工具支撑器产生了压力P并作用在夹紧力检测器30的夹紧表面34上，这会通过AL引起衬套31a的长度变化，因为在固体接头区域里衬套31a会弹性变形。该长度变化依赖于压力，且与所施加的压力的位置和大小大致成线性关系。
因此，从在显示器35上显示的测量的长度变化，能够推导出实际的有效夹紧力，同样也能推导出夹紧路径和希望的力矩。

Claims (11)

1.一种心轴(1)，该心轴(1)具有：夹紧套筒(4)，该夹紧套筒提供了在外面的夹紧表面(4a)；和力传递部分(6，8)，通过所述力传递部分(6，8)能够将轴向牵引力施加到所述心轴(1)上，在所述力传递部分(6，8)和所述夹紧表面(4a)之间设置固体接头(15，16)，使得将施加在所述心轴(1)上的轴向牵引力转换为所述夹紧表面(4a)的径向向内的变形，从而待连接的部件(2)能够被放置在所述心轴(1)的夹紧表面(4a)上，并通过所述夹紧表面(4a)的变形的弹性回复而在所述心轴(1)和所述部件(2)之间产生压力连接，其特征在于，所述心轴(1)具有通孔(9)，夹紧装置(10)设置在所述心轴(1)的通孔(9)内，以便产生所述轴向牵引力。
2.如权利要求1所述的心轴(1)，其特征在于，用于传递牵引力的所述力传递部分(6，8)径向位于所述夹紧表面(4a)内。
3.如权利要求2所述的心轴(1)，其特征在于，所述通孔(9)在其一端区域闭合。
4.如权利要求3所述的心轴(1)，其特征在于，所述夹紧装置包括压力传递装置和螺母，在与所述心轴(1)的闭合端相对的轴向端上的所述通孔(9)中能调节地拧紧螺母(11)，使得所述螺母作用在所述夹紧装置的压力传递装置上，所述压力传递装置(13，14)设置在所述闭合端和所述螺母(11)之间，以便当所述螺母(11)沿所述闭合端方向拧紧时将压力施加到所述闭合端上，以便将牵引力传到所述心轴(1)。
5.如权利要求3所述的心轴(1)，其特征在于，所述夹紧装置包括液动或者气动工作活塞(17)和压力传递装置(18)，所述活塞(17)设置在位于所述闭合端对面的所述心轴(1)的端部，所述压力传递装置(18)设置在所述闭合端和所述活塞(17)之间，以便当所述活塞(17)工作时通过所述压力传递装置(18)将压力施加到闭合端上，以便将牵引力传到所述心轴(1)。
6.如权利要求5所述的心轴(1)，其特征在于，所述活塞(17)能移动地设置在所述心轴(1)的开口端。
7.如权利要求4到6中任一个所述的心轴(1)，其特征在于，所述压力传递装置具有压力传递杆(13，18a)。
8.如权利要求4到6中任一个所述的心轴(1)，其特征在于，所述压力传递装置具有滚珠(14，18b)。
9.如权利要求2或3所述的心轴(1)，其特征在于，所述夹紧装置包括主轴和主轴螺母，在所述心轴(1)的通孔(9)里设置有主轴(20)，所述主轴(20)在其一端区域处被安装，以便在所述心轴(1)里能够旋转和沿轴向移动，并且所述主轴(20)在其另一端区域处经过主轴螺母(21)，所述主轴螺母(21)安装在所述心轴(1)里，以便能够旋转且轴向固定，所述主轴螺母(21)能够旋转地驱动，第一止动装置设置在所述主轴(20)上，第二止动装置设置在所述心轴(1)上，当所述主轴(20)沿着轴向移动时所述主轴和所述心轴彼此接触。
10.如权利要求2或3所述的心轴(1)，其特征在于，所述夹紧装置包括螺纹轴和主轴螺母，在所述心轴(1)的通孔(9)里设置有能旋转驱动的螺纹轴(24)，以便该螺纹轴被轴向固定，其中，所述心轴(1)在所述夹紧表面(4a)的一侧被固定，在所述夹紧表面的相对一侧上主轴螺母(25)被保持在所述心轴(1)里，所述主轴螺母(25)与螺纹轴(24)的螺纹部分接合，使得将螺纹轴(24)的旋转转换为所述主轴螺母(25)的轴向运动，通过此将牵引力传递到所述心轴(1)。
11.如权利要求8所述的心轴(1)，其特征在于，所述压力传递装置在与所述心轴(1)的闭合端相接触的区域的区域里具有滚珠(14，18b)。
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