CN103945953A - 用于在偏转角下运行的齿部和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿部(1)、尤其用于驱动在轧机或连铸设备中的轧辊(13)的驱动心轴的齿部，其包括多个齿(2)并且啮合到按照插接齿部的类型的第二齿部中，其中，齿(2)的齿线(12)具有拱曲，并且在第二齿部的旋转轴线与该齿部的旋转轴线之间构造有偏转角，其中，齿部(1)构造有以下修正中的至少一个：齿(2)的齿根修缘；和/或齿(2)的齿顶修缘；和/或齿(2)的偏扭。

Description

用于在偏转角下运行的齿部和制造方法
技术领域
本发明涉及齿部、尤其用于驱动在轧机或连铸设备中的轧辊的驱动心轴的齿部的领域。本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的齿部和用于这样的齿部的制造方法。
背景技术
在一定的应用中需要在一角度下将力从驱动器传递至轴。该要求例如常常在轧机中产生。例如如果两个工作轧辊相叠地布置，则由于其相对小的直径在期望提高待传递的扭矩时产生问题。如果应提高待传递的扭矩，迄今必须增大工作轧辊的直径，这尤其导致能量损失。此外，在该情况中轧机机架也必须更强地来设计。
因此，迄今的系统例如具有万向关节，其位于驱动心轴与轧辊之间，但是不满足提高的扭矩传递的要求。
如果借助于插接齿部(Steckverzahnung)与轧辊成角度地来布置驱动心轴，驱动心轴虽然可被构造用于传递更大的轧制力矩，然而在驱动心轴中常见的传统的齿部导致棱边承载(Kantentragen)，由此最终引起非常高的磨损并且一如既往不能实传递所期望的较高的力矩。
发明内容
本发明的目的是使在齿部与互补的第二齿部之间的偏转角成为可能，在其中可比迄今的情况更多地传递扭矩。
对于开头所提及的齿部，根据本发明该目的利用权利要求1的特征部分的特征来实现。
如果进行这些修正(Modifikation)中的至少一个，该齿部可相对于第二齿部在一偏转角下来运行并且比在没有这些修正的情况中更多地传递扭矩。尤其通过所列举的修正来防止棱边承载(其妨碍提高的扭矩传递)。优选地可将修正中的两个或多个相结合，例如在齿根处的修缘(Rücknahme)与在齿顶处的修缘或者还有偏扭(Verschränkung)与修缘中的一个或两个。
在本发明的意义中，在齿根或齿顶处的修缘应理解成轮廓线相对于传统的造型回缩、亦即尤其在正常的运行中在齿面(Zahnflanke)接触的区域中。
此外，通过本发明尤其能够提高从驱动心轴可传递至轧辊的扭矩并且/或者增大在驱动心轴与轧辊之间的偏转角。在没有所介绍的修正的情况下，在偏转角(其大于零)增大时齿面的承载部分变小，从而在偏转角提升时可传递越来越少的扭矩。利用根据本发明的齿部可使负载均匀地分布到齿高上。驱动心轴在一定的情况中由此例如可50%更多地传递扭矩，由此可轧制更大的带宽度。在可传递的扭矩进一步提升时，甚至可将工作轧辊设计得更小。
在该齿部的一优选的实施形式中，该齿部实施为渐开线齿部(Evolventenverzahnung)，其中，齿根和/或齿顶优选地、但是不是必需地至少抛物线式地修缘。至少抛物线式的修缘应理解成，在渐开线齿部的理论齿面与根据本发明修缘的齿面之间的轮廓差作为在渐开线齿部的轮廓上的滚开路程(Abrollweg)的函数至少大约以二次方上升。特别优选地，在此修缘是大致抛物线形。
通过齿根和齿顶的抛物线形的修缘，可减小棱边承载并且因此改善扭矩传递。
在该齿部的另一优选的实施形式中，齿根在齿根圆处修缘在节圆处的齿厚的0.2%与3%之间并且/或者齿顶在齿顶圆处修缘在节圆处的齿厚的0.1%与2%之间。
通过每个齿的轮廓修正的这些值，可在齿部啮合时优化力传递。
在该齿部的另一优选的实施形式中，齿顶修缘应用在齿高的50%与70%之间并且/或者齿根修缘应用在齿高的50%与60%之间。
通过对于顶部或根部相对相应的齿高的修缘的这些精确的数据，能够进一步优化可传递的扭矩。
在该齿部的另一优选的实施形式中，母线在宽度方向上对称地拱曲。母线以已知的方式应理解成在两个相邻的齿之间的底部的走向。
通过拱曲的母线的成形，可再次进一步提高扭矩传递。
在该齿部的另一优选的实施形式中，齿线(Flankenlinie)的拱曲构造成使得每个齿在节圆的高度上的最大厚度与每个齿在节圆的高度上的最小厚度之间的差相应于在每个齿在节圆的高度上的最大厚度的3%与20%之间的值。
该特征表现了齿线的拱曲的有利的设计方案。
在该齿部的另一优选的实施形式中，齿部的偏扭(Schränkung)通过在0.3°与1.5°之间的最大轮廓角偏差来形成。
偏扭的该尽管相对小的值明显改善了在该齿部以一角度啮合到第二齿部中时的扭矩传递。
在该齿部的另一优选的实施形式中，齿的偏扭在齿的齿面的方向上构造成抛物线形。这意味着，轮廓角偏差作为关于齿的宽度的函数具有大致抛物线形的走向。
此外，对于开头提及的用于齿部的制造方法，本发明的目的通过权利要求12所述的特征实现。传统的制造首先应理解成借助于其在受限制的造型下制造齿部的基础形状的任何已知的方法，例如滚铣等。用于获得根据本发明的齿部的修整尤其可借助于在可自由移动的加工机床、例如4轴或5轴机床中的磨削实现。
在该方法的一优选的实施形式中，弧齿(Bogenverzahnung)在通过传统的方法制造之后作为渐开线齿部存在，并且齿根和/或齿顶在修整时被抛物线式地修缘。
在该方法的另一优选的实施形式中，修整在步骤中的至少一个中通过至少一个磨削过程或通过每个齿面刚好一个磨削过程实现。
此外，本发明包括用于驱动冶金工作设备的轧辊的装置，其包括带有根据前述权利要求中任一项所述的齿部的轴。这样的轴例如可直接按照插接齿部的类型插入在轧辊和/或马达处的对应的容纳部中。容纳部尤其可具有内齿部，其同样可根据本发明来成型。在一可能的实施形式中，内齿部可具有直齿(轴或根据本发明的齿部以可轴向移动限定的行程的方式容纳在其中)。
在该装置的一有利的实施形式中，根据权利要求1至7中任一项所述的齿部构造在轴的两个端部处。由此提供一中间轴，其例如通过有角度的插接齿部连接在两个端部处并且由此实现特别大的角度或在预定的角度下实现传递特别大的扭矩。
在优选的实施形式中，轴和轧辊彼此以大于0°、尤其大于0.2°的偏转角来布置。特别优选地，偏转角在此不大于大约3°、尤其在大约2°与大约3°之间。
附图说明
接下来简短地来说明实施例的附图。另外的细节可由实施例的详细说明中得悉。
其中：
图1显示了在根据本发明的实施例的齿的高度上的部分横截面，在其中示意性地显示了齿的右齿面的根据本发明的轮廓修正、尤其齿根以及齿顶修缘；
图2显示了带有绘出的剖切平面B-B的根据本发明的实施例的示意性的俯视图；
图3以俯视图显示了图2中的示意性的剖面B-B；
图4以相同的透视图显示了图3中的细节视图，带有齿线的根据本发明的修正的示意性的图示；
图5在齿部的宽度方向上伸延的任意单位路程中逆着Z方向显示了在轮廓角变化φ(以度为单位)的偏扭的情况中的实施例的示意性的图表，
图6显示了根据本发明的用于驱动冶金工作设备的轧辊的装置的部分的视图，
图7显示了图6中的装置的细节放大图。
具体实施方式
首先应注意的是，概念如节圆、齿顶圆、齿根圆、母线、齿线、啮合角、偏扭及其它对于专家普遍已知并且因此在没有进一步的阐述的情况下被应用在接下来的说明中。
图1显示了通过齿部1的齿2的齿面的示意性横截面。齿线凸状弯曲地伸延，因此原则上也可称弧齿。在该齿面右边存在齿隙(Zahnluecke)3。齿部1的旋转轴线垂直于所示的横截面平面。齿部的啮合角α可具有不同的值，其尤其可优选地呈现在26°至34°之间的值。线6表示以已知的渐开线齿部的传统的渐开线6的形式的齿2的轮廓线。然而根据本发明，可使齿2的齿根4和/或还有齿顶5修缘、也就是说优选地相对于传统的渐开线形状进一步磨掉。通过线7示出齿顶5的修缘，通过线8示出齿根4的修缘。示意性地通过线段或间距A-A示出齿顶5在齿顶圆处的修缘。利用附图标记9、10表示齿根4或齿顶5所进行修缘的半径或直径。在这些点9、10之间，齿2的齿面的走向优选地相应于渐开线形状6，但是也可描绘其它常见的走向。在图1中绘出的齿顶修缘和齿根修缘极其夸张地示出并且因此应理解成示意性的。相同的也适用于半径9、10。齿根修缘可呈现不同的值，然而优选地在齿根圆处为在节圆处测得的齿厚的0.2%与3%之间，其中，厚度方向垂直于齿部1的宽度方向。齿顶5优选地在齿顶圆处或者说在齿厚(在节圆处测得)的齿顶圆的高度上修缘0.1%至2%。齿顶5的修缘优选地在齿高的50%与70%之间开始或者说进行并且/或者齿根4的修缘在齿高的50%至60%之间。在此，齿高定义为齿顶圆与齿根圆的半径差。换句话说这意味着，在相应于齿顶圆和齿根圆半径差的上述百分比份额的半径中进行齿顶修缘和齿根修缘。
图2同样示出了通过根据本发明的齿部1的示意性横截面，然而现在突出了母线的拱曲或修正。该视图应理解成二维的。可看见齿部1的齿2以及在齿2之间的齿隙3。在左边的齿2的上端处的线表示在宽度方向(齿部的旋转轴线的方向或者下面Z方向)上拱曲的母线的最高部位。左边的齿2的下部的界线表示在宽度方向上观察在齿部1的边缘处的母线。母线的拱曲优选地通过由传统地成型或制造的齿部进行磨削过程来获得。但是，也可使用对于专家已知的其它加工方法。在此，拱曲优选地在宽度方向上观察相对于齿部1的中心(镜像)对称并且尤其向外拱曲或凸出。
在图2中通过线段B-B绘出了一剖切平面，其在图3中示出和阐述。剖切平面B-B在此伸延通过齿部1的节圆与齿2的渐开线6的交点。
相应地，在图3的剖面中以俯视图示出了在齿2的右齿面处的齿线12。为了清晰性起见，线段C-C表示齿2的中心线，其垂直于宽度方向、也就是说在齿2的厚度方向上伸延。在图3中在右下方绘出一矩形，其表示在图4中详细示出的截段。
在图4中显示了在宽度方向Z上观察齿线12的端部。线段D-D表示在第一部位处齿线12的修缘。齿线12尤其向外或者说凸状地拱曲。齿线12的修缘优选地可通过磨削过程、但是也可通过对于专家已知的其它方法实现。在宽度方向上观察在齿部1的边缘处的齿线修正或者说齿线12的修缘具有线段E-E的量。在此，在图中的尺寸应纯示意性地来理解。在宽度方向上在齿部1的边缘处齿线的修缘优选地可在直齿的齿2的厚度的3%与20%之间，或者说处在节圆的高度上齿2的最大厚度的点处的厚度的3%至20%之间。
整体观察，在齿部1的边缘处在图4中齿线的修缘在宽度方向上观察然而比仅通过线段E-E绘出的更强。关于在该情况中直齿的齿2的另外的示出的修缘通过可选的偏扭、也就是说通过齿2的扭转实现。
齿的这样的偏扭可通过在Z方向或齿2的齿面的方向上的轮廓角变化φ来说明。对于这样的偏扭的示例性的细节在图5的图表中绘出。
图5显示了在Z方向上的偏扭的优选的抛物线式的走向。在此，轮廓角偏差φ以度为单位逆着齿部1的宽度在Z方向上绘出。在Z轴线上的数字仅应理解为110的齿部1的宽度的示例，其中，线段单元表示任意长度量。可见的是，在宽度方向上观察在齿部1的中间的轮廓角偏差几乎等于零而在齿部1的边缘处最强。在该示例中在边缘处大约0.5°。但是也可考虑偏扭的其它尺寸，例如带有在0.3°与1.5°之间的最大轮廓较偏差φ的偏扭。
所有上述数值尤其适用于在齿部1与第二齿部、优选地内齿部之间的在0°与5°之间且特别有利地在2°与5°之间的偏转角。
在此，第二齿部可直接以其旋转轴线处于轧辊的轴线上。此外，第二齿部可直接集成到轧辊中或者也可处在与轧辊的辊颈可连接或相连接的撞击部(Treffer)中，其中，其旋转轴线优选地与轧辊的旋转轴线重合。如通常常见的那样，这样的撞击部那么将轧辊与驱动心轴相连接。
在实施例中所说明的齿部1优选地是直齿，也就是说优选地不是斜齿。相同的适用于第二齿部、其优选地由内齿部形成。
齿部1尤其可布置在用于驱动轧辊的驱动心轴中，其设置在连铸设备或其它带生产线的轧机中。这样的驱动心轴的构造普遍已知。齿部1可与驱动心轴一体地来构造或者也可装配在驱动心轴处。
在图6中所示的用于驱动轧机的两个共同作用的轧辊13的装置对于轧辊13中的每个包括(未示出的)马达或马达传动机构14的输出轴，其中，在轧辊13与输出轴14之间分别布置有中间轴15。
中间轴15在每个端部处具有根据本发明的齿部16、17。在此，齿部16按照插接齿部的类型啮合到轧辊13的内齿部18中，而另一齿部17啮合到输出轴14的内齿部19中。在此，中间轴分别相对于轧辊13而且相对于输出轴14有角度地来布置。总地来说，与相应于轧辊13的轴线的平行间距相比，由此实现输出轴14或马达和/或传动机构彼此间明显更大的间距。
轧辊13的内齿部18可识别出构造为直齿，其中，根据要求也可存在根据本发明的直齿，即在齿顶区域和/或齿根区域中轮廓线可修缘。
内齿部18使中间轴15的啮合的齿部16在轴向上移位最大的行程成为可能，由此在轧制过程期间实现轧辊13的已知的轴向移动。
所有上述特征可任意地来相互组合。此外也可由专家以修改的形式来设计结构上的细节。
附图标记清单
1 齿部
2 齿
3 齿隙
4 齿根
5 齿顶
6 渐开线
7 修缘的齿顶的轮廓
8 修缘的齿根的轮廓
9 齿根修缘的半径
10 齿顶修缘的半径
11 节圆与渐开线的交点
12 齿线
13 轧辊
14 输出轴
15 中间轴
16 齿部
17 齿部
18 内齿部
19 内齿部
A-A 在齿顶圆处的齿顶修缘
B-B 通过齿的剖面
C-C 在齿厚的方向上齿部的中心线
D-D 齿线修缘的第一量
E-E 齿线修缘的第二量
Α 啮合角
φ 轮廓角偏差
Z 齿部的宽度方向。

Claims (14)

1. 一种齿部(1)、尤其用于驱动在轧机或连铸设备中的轧辊(13)的驱动心轴的齿部(1)，其包括多个齿(2)并且啮合到按照插接齿部的类型的第二齿部中，其中，所述齿(2)的齿线(12)具有拱曲，并且在所述第二齿部的旋转轴线与所述齿部的旋转轴线之间构造有偏转角，其特征在于，
所述齿部(1)构造有以下修正中的至少一个：
所述齿(2)的齿根修缘；和/或
所述齿(2)的齿顶修缘；和/或
所述齿(2)的偏扭。
2. 根据权利要求1所述的齿部，其中，所述齿部(1)实施为渐开线齿部，并且尤其地，齿根(4)和/或齿顶(5)至少抛物线式地来修缘。
3. 根据权利要求1或2所述的齿部，其中，所述齿根(4)在齿根圆处修缘在节圆处的齿厚的0.2%与3%之间并且/或者所述齿顶(5)在齿顶圆处修缘在节圆处的齿厚的0.1%与2%之间。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的齿部，其中，所述齿的母线在宽度方向上对称地拱曲。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的齿部，其中，所述齿线(12)的拱曲构造成使得每个齿(2)在节圆的高度上的最大厚度与每个齿(2)在节圆的高度上的最小厚度的差相应于在每个齿(2)在节圆的高度上的最大厚度的3%与20%之间的值。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的齿部，其中，所述齿(2)的偏扭通过在0.3°与1.5°之间的最大轮廓角偏差(φ)来形成。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的齿部，其中，所述齿(2)的偏扭在所述齿(2)的齿面的方向上大致抛物线形地来构造。
8. 一种用于驱动冶金工作设备的轧辊的装置，其包括带有根据前述权利要求中任一项所述的齿部(16,17)的轴(15)。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，根据权利要求1至7中任一项所述的齿部(16,17)构造在所述轴(15)的两个端部处。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述轴(15)和所述轧辊(13)彼此以大于0°、尤其大于0.2°的偏转角来布置。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述偏转角不大于大约5°、尤其在大约2°与大约5°之间。
12. 一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的齿部(1)的方法，其包括步骤：
根据传统的方法制造齿部；其中，该方法特征在于，执行根据传统方法制造的齿部的修整的以下步骤中的至少两个，使得所述齿部(1)的旋转轴线能够在相对于所述第二齿部的旋转轴线有偏转角的情况下来运行：
加工所述齿(2)的齿线(12)，使得其具有拱曲；
加工所述齿部(1)的母线，使得其具有拱曲；
加工所述齿(2)的齿根(4)，使得其被修缘；
加工所述齿(2)的齿顶(5)，使得其被修缘；
加工所述齿(2)，使得其具有偏扭。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述齿(1)在通过传统的方法制造之后作为渐开线齿部存在，并且所述齿根(4)和/或所述齿顶(5)在修整时被抛物线式地修缘。
14. 根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其特征在于，所述修整在所述步骤中的至少一个中通过至少一个磨削过程实现或通过每个齿面刚好一个磨削过程实现。
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