CN109604345B - 偏心衬套及轧机机架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧机机架(1)，其具有以星型方式环绕轧制轴线的至少三个轧辊(3)，每个轧辊具有单独的驱动器，所述轧辊安装于机架壳体中并且能够通过设置于所述轧辊两侧的轧辊轴承和辊轴以可转动的方式进行径向调节，所述轧辊轴承位于偏心衬套(14，15)内，所述偏心衬套以可转动的方式设置于所述机架壳体的轴承孔中且所述偏心衬套的转动位置能够利用调节装置进行连续改变及固定，其中所述偏心衬套(14，15)的齿部(16)是至少部分地非对称的，其中齿部的两个齿面是非对称地形成的。

Description

偏心衬套及轧机机架
技术领域
本发明涉及一种用于轧制金属棒、金属线或金属管的轧辊机的轧机机架，其具有以星型方式环绕轧制轴线的至少三个轧辊，每个轧辊具有单独的驱动器，所述轧辊安装于机架壳体中并且能够通过设置于所述轧辊两侧的轧辊轴承和辊轴以可转动的方式进行径向调节，并且，本发明还涉及一种用于在传统轧机机架中使用的具有非对称齿部的偏心衬套。
背景技术
从DE 100 15 340 C2已知这样的轧机机架。如图1所示，描述了轧机机架1，在轧机机架1中，辊轴7的轴承由位于偏心衬套14、15内的轧辊轴承所组成，并且偏心衬套14、15以可转动的方式布置在机架壳体2的轴承孔中。偏心衬套14、15的转动位置可以利用调节装置17连续地改变及固定在所期望的位置。
采用轧机机架1的这种已知设计，轧制力保持在轧机机架1内。当致动调节装置17时，偏心衬套14、15被转动，由此调节了轧辊间隙4，所述轧辊间隙4也叫口径。如果被轧制材料未在期望的公差和精度范围内进行轧制，那么必须进行口径校正。
轧机机架1的这种设计原理在过去已经证明了自身，这种设计原理可以应用于具有四个或更多个轧辊的轧机机架。
轧机机架1的这种非常紧凑的设计原理的缺点在于轧辊3的有限的可调节性。由于轧辊3在轧制过程中要经受相当大的磨损，所以它们需要定期进行重新加工。这自然地减小了轧辊3的直径。为了使重新加工过的轧辊3在所描述的轧机机架1中可以被再次利用，偏心衬套14、15的调节允许安装不同直径的轧辊3。轧辊3从最大直径到最小直径均可以被利用。基于此，人可以推算出轧辊3的可能的重新加工的最大次数以及相关联的它们的使用寿命。轧辊被重新加工地越频繁，轧制过程就越经济。这意味着轧辊机的经济效率直接取决于偏心衬套14、15的调整路径。调整路径越大，轧制过程就越经济。
轧辊3的调整路径或调整范围一方面取决于旋转角，另一方面取决于偏心衬套14、15的偏心度。由于旋转角受到几何限制，因此如果想增加轧辊3的有效范围以及可用的轧辊直径的最大值与最小值之间的差值，就必须增加偏心度。
随着偏心度增加，由轧制力引起的扭矩也将增加，从而影响偏心衬套14、15。这一方面也增大了偏心衬套14、15的齿形段16上的啮合力并且另一方面增大了必须由远端调整装置18所施加的必要的保持力。
鉴于可用的安装空间——特别是偏心衬套14、15用于啮合的齿形段16中的区域——非常有限，由此偏心齿部处可传递的扭矩也非常有限，因此采用这种设计原理就不能随意地增加偏心度。如果要增大齿形段16的齿部，则又会反过来对轧辊轴承13产生负面影响，轧辊轴承13就不得不做得更小。然而，这样又限制了利用上述设计原理所能够获得的轧制力。因此，有必要在尽可能大的轧辊轴承13和用于偏心齿形段16的必要安装空间之间找到折衷方案。
轧辊3的使用范围直接取决于偏心齿形段16上可传递的扭矩。
发明内容
基于上述背景技术，本发明的一个目的是创造一种前面提到过的用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧辊机的轧机机架但没有调整路径及调整范围受限的弊端，因此能够在不超过允许强度地对所述偏心齿部施加应力以及不增加偏心齿部必要安装空间的情况下，增加轧辊的使用范围。
此外，本发明还提供了一种用于在上述类型的轧机机架中使用的偏心衬套，其能够在不增加所需安装空间的情况下，增加扭矩在所述偏心衬套的偏心齿部上的传递能力。
上述目的是通过下文所述的偏心衬套以及下文所述的轧机机架实现的。
本发明的核心构思之一为用于对轧机机架的轧制间隙或口径进行调节的偏心衬套，所述偏心衬套能够吸收沿一个方向——尤其是沿所述轧机机架的轧制力必须在所述齿部的侧面被吸收的方向——的高的力或扭矩，所述偏心衬套也能够吸收沿相反的方向——即沿仅有致动力作用在齿部上以吸收被减小的力或扭矩的方向——的高的力或扭矩。
通过所提出的偏心衬套和轧机机架，能够以一种简单有效的方式增加由所述偏心衬套传递的力和扭矩而不增加所述偏心衬套的齿部的必要安装空间。这样，通过所提供的偏心衬套，可以增加所述偏心衬套的调整范围或调整路径，由此增加了所述轧机机架、特别是所述轧辊的调整范围或调整路径，增加了所述轧辊的使用范围(所述轧辊可能的重新加工的数量)，例如增加50％，从而提高了所述轧制过程的经济效率。
根据本发明的一个实施方式，一种用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧辊机的轧机机架的偏心衬套、尤其用于将所述轴辊偏心地支承于所述轧机机架的机架壳体中，所述偏心衬套包括：至少一个接收区，所述偏心衬套通过所述至少一个接收区能够被接纳在机架壳体中；齿形段，适于在所述偏心衬套的安装状态下啮合相邻偏心衬套的齿形段；以及至少一个轴承孔，适于接纳用于支承辊轴的轴承、尤其是轧辊轴承，所述齿形段的齿部是至少部分地非对称的，其中所述齿部的两个齿面是非对称地形成的。
如上文所述，由于所述偏心衬套或多个所述偏心衬套的所述齿形段中的非对称齿部，使得能够吸收沿一个方向——尤其是所述齿部必须从所述轧机机架中吸收轧制力的方向——的高的力或扭矩，以及吸收沿相反方向——即沿仅有致动力作用在齿上的方向——的减小的力或扭矩。
这里“高或较高的力或扭矩”应理解为的意思是，与对称形成的齿部相比，所述对称形成的齿部中的两个齿面是以对称的方式形成的，而在非对称的齿部中，两个齿面是以非对称的方式形成的，尤其是一个齿面未完整形成，比起在对称齿部中，更大的力或扭矩因为该完整形成的齿面而被传递。
另一方面，“减小的力或扭矩”在此应理解为的意思是，比起对称齿部，更小的力或扭矩由于上述未完整形成的齿面而被传递。
此外，齿形段为锥形是有利的，其中该齿部设计为锥齿轮齿形，尤其是直齿形、斜齿形或弧形齿形(螺旋形或准双曲面齿形)。
由于齿形段的锥形设计或齿部的锥齿轮形设计，可以将偏心衬套布置成与轧机机架中使用的偏心衬套的数量相对应的一定角度例如120°角或90°角，并且可以啮合所述齿形段或所述锥齿轮形齿部。
此外，有利的是至少部分地非对称的齿部的齿根半径在齿根即齿的宽度上为恒定的。
由于可以通过所述齿部传递的力和扭矩在很大程度上取决于齿根应力以及所述齿部的齿根半径，因此，在所述齿形段的锥形或锥齿轮形设计的情况下，将齿部设计成能够使所述齿根半径在所述齿部的宽度上即从所述齿部的外径到所述齿部的内径保持恒定是有利的。以此方式，可以使所述齿根应力在所述齿部的宽度上保持恒定。在所述锥形或锥齿轮形齿形段的内径区域中的齿根应力显著低于传统的对称齿部。
另外优选地，所述齿根半径的中心与齿的中心成一角度，以使两个齿面中的一个齿面被完整保留。
这意味着所述锥形或所述锥齿轮齿形段的外径处的齿部保持完整保留。因此，所述齿部的外径几乎是对称的且允许所述偏心齿部的近乎无间隙的调节。齿轮力也可以在外径区域中沿两个转动方向进行传递，这进而也是使这些新的偏心件适应于新的重新加工过的轧辊组所必需的。同时，这决定了所述锥形或锥齿轮齿部的可能的最大齿根半径。
如上所述，所述外径处的齿根半径朝内径的方向保持恒定是有利的，这样就导致多个所述齿面中的部分齿面随着齿部的周长变小而逐渐失去其渐开线形状。然而，为了至少沿一个加载方向维持所述齿面，将所述齿根半径的中心设置成与所述齿部中心成一定角度。该角度被选定为使得所述齿形段的一侧齿面得以完整保留直到齿形段的内径。然而，由于所述齿根半径恒定，相对的齿面的形状会被显著改变。
此外，有利的是所述非对称齿部适于使得所述齿形段的第一齿面、尤其是完整保留的齿面能够吸收所述轧机机架的轧制力，并且适于使得第二齿面、尤其是至少仅部分保留的齿面能够用于设置和调整所述轧机机架内的所述偏心衬套——尤其是在没有轧制力作用在轧机机架上的情况下。
这就使得可以将轧机机架的偏心衬套设计为使得所述偏心衬套的传递轧制力的所述齿面至少近似完整保留并且使得只传递致动力的相对的齿面部分未完整保留。
根据本发明的另一实施方式，所述齿形段的非对称的齿部从所述齿部的外径看仅是从一定距离起开始，而所述齿形段的齿部至少在与所述外径间隔距离小于一定距离处是对称的，例如，该距离可以是锥形或锥齿轮齿部的总宽度的30％、尤其是20％。齿部的不完全地非对称的设计可能是有利的，特别是出于技术生产目的。
同样有利的是，在齿部的整个宽度上，所述原始齿面的至少30％、优选为所述原始齿面的至少20％保持为平均的，尤其是所述第二齿面。
这确保了所述第二齿面、特别是不完整的齿面——例如保留原始齿面的仅30％的齿面，不会削弱所述第一齿面、尤其是保持至少近似完整的齿面，即减小由所述第一齿面吸收的力或扭矩。
这里的术语“原始齿面”指的是齿部在对称的条件下——即在此种情况下不存在不对称的齿部——形成的齿面。
据本发明的另一实施方式，所述偏心衬套还包括：另一个接收区，所述偏心衬套通过所述另一个接收区能够被接纳在所述机架壳体中；以及另一个轴承孔，适于接纳用于支承辊轴的轴承、尤其是轧辊轴承，其中，两个接收区和两个轴承优选地形成在所述偏心衬套的相反端。
以此方式，可以通过所述机架壳体中的两个接收区来容置所述偏心衬套从而使单个接收区承载因导入所述偏心衬套中的轧制力而带来的更小应力。此外，所述两个轴承孔允许设置两个轴承以支承所述辊轴，这进而减小了作用在单个轴承或轴承位置上的载荷，并且由此提高了使用寿命。
此外，优选的是所述齿形段在小于180°的区域内沿圆周方向形成于所述偏心衬套的外表面上，所述齿形段优选地形成于所述接收区中、尤其是与位于所述偏心衬套的所述接收区和处于安装状态的机架壳体的所述接收区之间的接触区相对的区域。
这样，轧制力可以在偏心衬套容纳于所述机架壳体所在的区域中被传导到所述偏心衬套，由此将所述偏心衬套中的潜在弯曲应力减小到了最小。
此外，本发明涉及一种用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧辊机的轧机机架，其中根据一个实施方式，所述轧机机架具有以星型方式环绕轧制轴线的至少三个轧辊，每个轧辊具有单独的驱动器，所述轧辊通过设置于所述轧辊两侧的轧辊轴承和辊轴以可转动且可径向调节的方式安装于机架壳体中，所述轧辊轴承位于所述偏心衬套内，所述偏心衬套以可转动的方式设置于所述机架壳体的轴承孔中且所述偏心衬套的转动位置能够利用调节装置进行连续改变及固定，其中所述偏心衬套的齿部是至少部分地非对称的。这里使用的偏心衬套优选为上文描述过的偏心衬套。
通过所提出的轧机机架，能够以一种简单且有效的方式增加可由所述偏心衬套传导的力和扭矩而不增加所述偏心衬套的齿部在所述轧机机架中的必要安装空间。这样，利用提供的所述偏心衬套可以增加偏心衬套的调整范围或调整路径，也因此增加了所述轧辊机架特别是所述轧辊的调整范围或调整路径，由此增加了所述轧辊的使用范围(所述轧辊的可能的重新加工的数量)，由此提高了所述轧制过程的经济效率。
附图说明
图1示意性地示出了现有技术中的轧机机架，
图2示出了两个偏心衬套14、15的剖视图，这两个偏心衬套14、15通过连接架22连接并具有三个接收区，
图3示出了用于轧机机架的偏心衬套的传统对称齿部的空间视图，
图4示出了根据本发明的一个实施方式的从外径方向的偏心衬套的非对称齿部的空间视图，
图5示出了从内径方向的图4中所示的偏心衬套的非对称齿部的空间视图，
图6示出了根据本发明的一个实施方式的偏心衬套的非对称齿部的剖视图，和
图7示出了本发明另一实施方式的从外径方向的偏心衬套的非对称齿部的空间视图。
具体实施方式
下文中，基于附图详细描述了本发明的优选实施方式。上下文中提到的某些特征的进一步改型可以单独组合以形成另外的实施方式。
图1示意性地示出了现有技术中的轧机机架1，如上文已经描述的，相同类型的轧机机架1具有至少三个轧辊3，至少三个轧辊3以星型方式环绕轧制轴线以从三侧接收待轧制的产品、例如钢管，并在力的施加作用下进行轧制。为此目的，所述轧辊3优选地以围绕待轧制的产品呈120°的分布进行布置。三个轧辊3中的每一个轧辊由辊轴7独立地支撑，在本实施方式中辊轴7进而被三个轧辊轴承13安装在轧机机架1的机架壳体2中，其中轧辊轴承13位于偏心衬套14、15内，所述偏心衬套以可转动的方式设置于所述机架壳体2的轴承孔中且所述偏心衬套的转动位置可以利用调节装置17进行连续改变及固定。
在此所示的实施方式中，偏心衬套14、15以彼此成120°的角度设置。
在具有四个轧辊3的轧机机架1中，所述偏心衬套将以彼此成90°的角度对齐。
为了能够传递由轧制力在该点所导致的作用在所述偏心衬套上的扭矩，所述偏心衬套14、15配备有直的对称的如图3所示的锥齿轮齿部16a。在所述锥齿轮齿部16a处传递的扭矩，基本上由锥齿轮齿部16a中齿根304处允许的齿根应力来确定。所述齿根应力取决于锥齿轮齿部16a的齿根半径。所述齿根半径越大，所述齿根应力就越小，由此增加了可传递的扭矩。因为在锥齿轮齿部16a的情况下，所述齿根半径从所述锥齿轮或所述锥形齿形段的外径Douter到内径Dinner自然地减小，如图6所示，最大齿根应力在锥齿轮或锥形齿形段16的内径处达到。为了增加由锥齿轮齿部16a所传递的力和扭矩，增加所述锥齿轮或圆锥形齿形段16的内径Dinner处的齿根半径是尤其必要的。
这通常是通过使用更大的齿轮模数来实现的。然而，这种情况下，这样是不可能的，因为更大的齿轮模数也伴随有所述齿部的扩张，齿部扩张就需要更大的安装空间，更大的安装空间是无法获得的。然而，由于所述轧制力仅沿一个方向作用，因此偏心衬套14、15的锥齿轮齿部16a总是被强大的力单向加载。在相反方向上，偏心衬套14、15的锥齿轮齿部16a仅受到致动力的作用，所述致动力使所述偏心衬套14、15进入机架壳体2的轴承孔中期望的转动位置。
该事实被本发明中的所述齿部所利用，特别是下面描述的本发明实施方式中的锥齿轮。
根据本发明，为了在不增大所述齿部16a的情况下增加所述偏心衬套14、15处可传导的啮合力或可传导的扭矩，根据本发明形成了非对称的齿部16a，如图4至图7所示，通过这种方式，可以实现更大的齿根半径、尤其是在所述锥齿轮或锥形齿形段16的内径Dinner处，同时齿部的尺寸保持不变。
图2示出了一对偏心衬套14和15的剖视图，所述偏心衬套14和15具有三个接收区14a、15a以及三个轴承孔14b、15b。在所示实施方式中，两个接收区14a以及两个轴承孔14b形成在所述偏心衬套14的两端。另一个接收区15a和另一个轴承孔15b形成于偏心衬套15中。如图2中进一步说明的，齿形段16或齿部16a形成在偏心衬套14和偏心衬套15上，因为相邻辊轴的偏心衬套14和15在齿形段16的位置处进行啮合以吸收偏心衬套的调节力(扭矩)。
所示布置与辊轴7(未示出)的调节相对应。为了支承辊轴7，在轴承孔14b、15b中布置有轧辊轴承13(未示出)。两个偏心衬套14和15通过连接架22连接，使得调整扭矩和保持扭矩可以从偏心衬套14传导到偏心衬套15中。紧邻轧辊3布置的两个轴承(见图1)接收径向轧制力。布置在偏心衬套14中的第三轴承承受作用在轧辊上的轴向力。在齿形段16上，(例如第一轴的)偏心衬套14与(例如第二轴的)偏心衬套15相匹配，(或第二轴及第三轴的偏心衬套14和偏心衬套15)。因此，在图1所示的轧机机架1中，所有三个偏心衬套14和所有三个偏心衬套15通过所述连接架22或齿形段16或齿部16a彼此连接以便调节所述轧辊。
图3示出了用于轧机机架的偏心衬套的传统对称齿部的空间视图。在此，301表示锥齿轮齿部的内径Dinner处的齿根半径，302表示所述齿部的外径Douter处的齿根半径。此外，图3示出了两个齿面303是彼此对称的。也示出了齿根304。图3还示出了利用传统的对称齿部，齿根半径从外径Douter向内径Dinner减小。
此外，图4示出了根据本发明的一个实施方式的从外径Douter方向的偏心齿套的非对称齿部的空间视图。与图3中所示的传统齿部相比，这里齿根半径401在齿部的宽度上即从外径Douter到内径Dinner是恒定的。如图4进一步所示，齿根半径401的中心以角度V偏离齿部中心，使得两个齿面402、403中的一个齿面被完整保留。这意味着齿根半径的中心朝齿面403的方向尤其是朝第二齿面403的方向在齿的宽度上移位，结果是第二齿面403不是完整形成的。另一方面，这使得另一个齿面402、特别是第一齿面402能够完整形成。
图5示出了从内径Dinner方向的图4中所示的偏心衬套中非对称齿部的空间视图。同样，501表示在齿部宽度上恒定的齿根半径。也可以看出，第一齿面502完整地形成，而第二齿面503仅部分地形成。
图6示出了根据本发明的一个实施方式的偏心衬套的非对称齿部的剖视图，图6特别示出了所述齿部的锥形形状，锥形形状的所述齿部从外径Douter处向内径Dinner处逐渐变细。这里601表示齿根半径，602表示齿面。
此外，图7示出了根据本发明另一实施方式的从外径Douter方向偏心衬套中的非对称齿部的空间视图。图7中所示的非对称齿部基本上对应于图4中所示的齿部，唯一的区别是非对称齿部并非在所述齿部的整个宽度上形成。在所示实施方式中，所述齿部从外径Douter开始经过一定距离A是对称的，并且仅在距离A之后是非对称的。因此，两个齿面703、704沿着距离A是完整形成的，并且仅在距离A之后，所述齿根半径的中心朝齿面704的方向移位，即向图7中左侧移位，使得所述齿面704仅部分地形成。因此，齿根半径702从外径Douter处减小直到距离A处，在距离A处之后保持恒定(齿根半径701)。图7也示出了，所述齿面703是完整形成的。

Claims (14)

1.一种偏心衬套(14，15)，用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧辊机的轧机机架(1)，所述偏心衬套(14，15)用于将轧辊偏心地支承在轧机机架(1)的机架壳体(2)中，所述偏心衬套包括：
至少一个接收区(14a，15a)，所述偏心衬套(14，15)通过所述至少一个接收区能够被接纳在所述轧机机架(1)的机架壳体(2)中，
齿形段(16)，适于在所述偏心衬套(14，15)的安装状态下啮合相邻偏心衬套(14，15)的齿形段(16)，以及
至少一个轴承孔(14b，15b)，适于接纳用于支承辊轴(7)的轴承，
其特征在于，
所述齿形段(16)的齿部(16a)是至少部分非对称的，其中所述齿部的两个齿面是非对称地形成的。
2.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述齿形段(16)形成为锥形，其中所述齿部(16a)设计为锥齿轮齿形。
3.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，至少部分非对称的所述齿部(16a)的齿根半径在齿根上是恒定的。
4.根据权利要求3所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述齿根半径的中心与所述齿部的中心成一角度，由此使得所述两个齿面中的一个齿面被完整保留。
5.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，非对称的所述齿部(16a)适于使得所述齿形段(16)的第一齿面能够吸收所述轧机机架(1)的轧制力，并且使得第二齿面能够用于设定和调整所述轧机机架(1)内的所述偏心衬套(14，15)。
6.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述齿形段(16)的非对称的齿部(16a)从所述齿部(16a)的外径(Douter)看仅是从一定距离(A)起开始，而所述齿形段(16)的齿部至少在与所述外径(Douter)间隔距离小于一定距离(A)处是对称的。
7.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，在所述齿部(16a)的整个宽度上，原始齿面的至少20％保持为平均值。
8.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述偏心衬套(14)还包括：
另一个接收区(14a)，所述偏心衬套(14)通过所述另一个接收区能够被接纳在所述机架壳体(2)中，以及
另一个轴承孔(14b)，适于接纳用于支承辊轴(7)的轴承，
其中，两个接收区(14a，14a)和两个轴承孔(14b，14b)形成在所述偏心衬套(14)的相反端。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述齿形段(16)在小于180°的区域内沿圆周方向形成于所述偏心衬套(14，15)的外表面上。
10.根据前述权利要求1或8所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述轴承为轧辊轴承。
11.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，所述齿形段(16)形成为锥形，其中所述齿部(16a)设计为直齿形、斜齿形或弧形齿形。
12.根据权利要求1所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，非对称的所述齿部(16a)适于使得所述齿形段(16)的被完整保留的齿面能够吸收所述轧机机架(1)的轧制力，并且使得至少仅部分保留的齿面在没有轧制力作用在所述轧机机架上的情况下能够用于设定和调整所述轧机机架(1)内的所述偏心衬套(14，15)。
13.根据权利要求7所述的偏心衬套(14，15)，其特征在于，在所述齿部(16a)的整个宽度上，原始齿面的至少30％保持为平均值。
14.一种轧机机架(1)，用于轧制金属管、金属棒或金属线的轧辊机，其具有以星型方式环绕轧制轴线的至少三个轧辊，每个轧辊具有单独的驱动器，所述轧辊安装于机架壳体(2)中并且能够通过设置于所述轧辊(3)两侧的轧辊轴承(13)和辊轴(7)以可转动的方式进行径向调节，所述轧辊轴承(13)位于偏心衬套(14，15)内，所述偏心衬套以可转动的方式设置于所述机架壳体(2)的轴承孔中且所述偏心衬套的转动位置能够利用调节装置(17)进行连续改变及固定，
其特征在于，
所述偏心衬套(14，15)是权利要求1至13中任一项所述的偏心衬套(14，15)。
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