CN1956807A - 用于轧机机架的主传动装置的传动轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轧机机架的主传动装置的传动轴(1),它具有:第一轴(3)用于将转矩从一个驱动电动机(2)传递至一个连接构件,尤其是花键断面,和第二轴(5)用于将转矩从连接构件,尤其是花键断面经过铰链连接(4)传递至轧机机架的一个轧辊(6),其中铰链连接(4)具有一个轧辊梅花头(7),它与轧辊(6)无相对转动地连接,以及具有第二轴头(8),它与第二轴(5)无相对转动地连接,而且其中轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间的转动连接通过滑块和一个轴颈(9)建立起来,轴颈与轴头(8)无相对转动地连接起来,然而在轧辊(6)旋转轴线(10)和第二轴(5)的旋转轴线(11)之间允许成一个倾角(α)设置。为了能够更好地通过铰链连接来传递轴向力,按照本发明规定了:在轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间设有一个支承元件(12,13)用于承接在第二轴(5)和轧辊(6)的轴线方向上的力,其中在两个支承元件(12,13)之间设有一个顶杆(14)用来传递在轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间的轴向力。
Description
发明涉及一种轧机机架的主传动装置的传动轴,它具有:第一轴用于将转矩从一个传动装置电动机传递至一个连接构件,尤其是花键断面,和第二轴用于将转矩从连接构件,尤其是花键断面,经过铰链连接传递至轧机机架的一个轧辊上,其中铰链连接具有一个轧辊梅花头,它与轧辊无相对转动地连接,以及具有第二轴头,它与第二轴无相对转动地连接,而且其中在轧辊梅花头和轴头之间的转动连接通过滑块和一个轴颈建立起来,轴颈与轴头无相对转动地连接起来,然而在轧辊的旋转轴线和第二轴的旋转轴线之间允许成一个倾角设置。
这种型式的用于轧机机架主传动装置的传动轴往往必须设计成轴向移动系统,以便能够实现长度补偿。为此大多使用了具有万向节的铰接轴。
由DE 102 11 883 C1已知了一种这样的解决方案,其中这里力求使铰接轴的万向节设有一个保持装置用来传动装置轧机的轧辊,该保持装置可以设定到铰接轴的不同的固定弯曲角。为此提出了一种铰接轴的专门的设计方案,它具有设置于万向节十字头的叉臂上的基本部件和保持销轴。
同样DE 29 26 710 C2也建议了一种具有万向节的用于驱动轧辊的轴的设置。为了不限制旋转直径地设计铰接轴,使得每个万向节的弯曲角在铰接轴停止时能够被限制到一个任意值,建议:一个位于万向节里的销轴的一端角度可活动地装于一个万向结叉形端的径向相对于连接轴线可活动的元件里,而可活动元件则可以用一个固定装置固定在每个任意位置上。
由DE 32 31 752 C1已知有一种连接梅花头,它具有自动的间隙补偿,用于连接轧辊轴颈与轧机机架的传动轴。在那里设有用于轧辊轴颈的楔形带动装置,它们可滑动地布置在两个成对地共同作用的,在连接梅花头里向其里面向中间倾斜的并且倾角对应于带动装置的楔角的棱面上。因此力求使间隙补偿在各个方向在轧辊轴颈上都有效并且能够自动地补偿由于磨损或者在更换轧辊时所引起的尺寸差值。
由DE 197 45 199 C1已知了用于驱动轧机的轧辊的铰接轴的另一种结构型式。这里也使用了万向节,用于使两个轴部件无相对转动地,但可以角度活动地相互连接起来。由EP 1 393 826 A1已知的方案也是这样。
具有万向节的铰接轴设计得精细,因此较贵。此外大多还要求必须在专门的车间里对它们进行维修,这使物流费用较高。
原则上在用于轧辊传动的传动轴方面也可以考虑平轴颈轴以替代万向节。DE-OS 23 62 524就提出了一种这样的解决方案。在此专利中描述了一种轴向可移动的,可以自动地接合和脱开的传动轴的活节联轴节用于可更换的轧机机架,用它应该可以实现在机架移动时联轴节的快速接合和脱开和可靠的带动。
但在此解决方案中成问题的或者说不可能的是通过扁平轴颈轴来有效传递轴向力,而不会使它不适当地承载。在一种这样的方案中为使传动轴实现长度补偿最好使电机侧的轴头设有运动缸并调整此缸,使得轧辊轴向移动平行地被跟踪。只有这样才确保:轧辊侧的轴头不会从轧辊上滑脱。这不仅是一种不可接受的费用,若出现功能故障的话也要担心轧制设备会有较大的损伤。
因而发明的任务是:为开头所述种类的轧机机架的主传动装置的传动轴配置有一个扁平轴颈轴,以阻止所述的缺点。即使在实施传动轴的长度补偿的功能时也应该提供一种坚固、结构简单并因此维护价廉而方便的装置。还努力使梅花头能与轧辊能保持牢固连接。
该任务通过发明的解决方案的特征在于,在轧辊梅花头和靠近轧辊而布置的轴头之间设有支承元件用于承接在第二轴和轧辊的轴线方向上的力,其中在两个支承元件之间,设有一个顶杆用于在轧辊梅花头和轴头之间传递轴向力。
按照本发明也就是说一个顶杆集成在铰链连接里,该顶杆与专门的支承元件共同作用时用于传递轴向力。
正如还将看到的那样,因此可以使一个轴向平衡力通过顶杆而继续传送,因此在轴头里的铰链滑块只必须传递传动装置转矩并且不受轴向力加载。传动轴因此可以如同没有长度补偿时那样承受相同高的负载。
另外有利的是使梅花头能保留在轧辊上。一个附加的轴头保持架并不需要。
若要更换轧辊,那么最终有利地并不需操作一个附加的闭锁元件,例如一个销钉,如在上面所讨论的背景技术中有时设置的那样。
发明的第一种改进方案规定:支承元件设置成与轧辊的或者说第二轴的各自旋转轴线同心。
支承元件最好与顶杆一起各构件一个滑动轴承位置。这里支承元件在与顶杆的接触部位里可以具有一个凹形断面,而顶杆的端部具有一种对应于这种凹形的凸起形状。特别有利的是:如果支承元件在与顶杆接触部位里具有基本为半球的形状的断面。
轴颈基本设计成板状并具有一个空隙用于使顶杆穿过。空隙优选具有一种锥形,使顶杆在一定的角度范围里可以活动。
为了使更换轧辊更容易,可以设有使顶杆防丢失地与轧辊梅花头和/或与辊头连接的装置。
顶杆有利地设计成销钉状,也就是说它具有一种圆形断面。其长度和直径之比优选在4和10之间,优先在5.5和8.5之间。支承元件和顶杆的半球的半径优选在顶杆直径的一半和二倍之间。通常在支承元件和顶杆之间的接触部位的半径应该设计成足够大,以使摩损较小。虽然相对运动基本上线性地随半径而加大,但面压力随半径的加大而呈平方减少。因此,半径应优选选择得可能地大。
为了保证长的使用寿命和良好工作方式可以规定:一个通过轴头的润滑剂通道通入到至少一个支承元件和顶杆之间的接触部位里,通过此通道可以将润滑剂输送给接触部位。本发明的一种特别优选的设计方案规定了:润滑剂通道只是通入到一个支承元件和顶杆之间的接触部位里,而且顶杆具有一个通过顶杆的纵向孔用于将润滑剂运送至另一个支承元件的部位里。
也可以选择部件的材料,以保证良好的摩擦性能。在此支承元件有利地由一种自润滑材料制成,尤其是由一种有石墨的材料制成。
为了本身就已知的施加平衡力可以在第一轴上设一个支承体,它适用于将平衡力加在第二轴上。
一种改进设计规定了:顶杆由多个相互连接的零件组成。尤其是顶杆可以由一种杆元件组成,在杆元件两端各有一个顶杆头部。零件可以用一种螺纹连接相互连接起来。当顶杆为多个零件的结构型式时其优点为:磨损时可以只更换顶杆的头部。具有大的顶杆头部的结构型式的先决条件在一定情况下是可拆卸性,因为顶杆只有用其细长的中间部分可以穿过轴颈里的通孔插进去。
为了更好地使尤其是顶杆和支承元件之间的接触位置散热,加筋已经得到验证,散热筋优选布置在至少顶杆的一个轴向端的部位里。轴的冷却和顶杆和支承元件之间接触位置的冷却此外通过如下方法来改进:顶杆具有至少一个孔用于导通冷却剂;同时有利地在顶杆的轴端部设有至少一个孔。通过导通冷却剂,例如水因此就可以由此实现有效的冷却。
按照发明的建议提供一种方案,可以特别良好适用地使早选已知的扁平轴颈轴也用于大的轧机机架中的轧辊轴向移动系统。
附图表示了发明实施例。所示为:
图1a:用于轧机机架的两个轧辊的主传动装置的两个传动轴的侧视图;
图1b:按图1a所示传动轴的俯视图;
图2:按图1a所示的两个传动轴的放大图;
图3:按图2的细部“X”;
图4:按图1a的剖视图B-B;
图5:图3上面部分的放大图;
图6:按图2的细部“Z”;
图7:图5所示的一种备选的发明的设计方案;
图8:顶杆的立体图。
在图1a和1b里可以见到用于驱动在轧机机架里的两个轧辊6的两个传动轴1。应该说明,在图1a,2,3和4中的下轴表示为处于一个相对于上轴旋转90°的位置上,以便能够更容易看清系统的构造。传动轴1(右面)由驱动电机2传动装置。电机的转矩被传递到轧辊6(向左)上。两个传动轴1具有两根轴3和5。轧辊6围绕一个水平布置的旋转轴线10旋转。然而轴3和5的第二旋转轴线11这里与水平面成一个小的倾角α,例如在2°和12°之间。
为了尽管有倾角α但仍然传递转矩,在轧辊6和第二轴之间设有一个铰链连接4。这是按照一种扁平轴颈铰链来设计的。铰链连接4由二个构件组成,也就是说由轧辊梅花头7和轴头8组成,它们抗扭地,但相互可以相对摆动地相互连接起来。在轧辊梅花头7上成型出一个轴颈(扁平轴颈)9,它伸入到轴头8里的一个对应空缺里并支承在那里。
第二轴5在其背离铰链连接4的端部通过一个花键断面形状(见图2)的连接元件与第一轴3连接。因此可以在轴3和5之间并因此也在轧辊6之间实现轴向移动。
铰链连接4的详细构造见图3,4和5。
轧辊梅花头7和轴头8在各自旋转轴线10或者11的部位里具有一个支承元件12或者13,它设计成块状并插入在梅花头7里或者轴头8里。每个支承元件12,13在指向各自另一个零件的那一侧具有一个设计成球窝状的凹形空缺,也就是一种半球形,正如最好地由图5中见到的那样。球窝半径R在顶杆直径D的一半和二倍之间。如上所述,选择半径R足够地大,以使摩损较小。支承元件12,13和顶杆14之间的表面压力因此较小。
在两个支承元件12,13之间设有一个顶杆14,它适用于将轴向力从一个轴头传递到另一个轴头上。因此使轴颈9本身并不受轴向力加载;轴颈必须只是保持住滑块9a和9b(见图3和4)。
顶杆14设计成圆柱形销钉并在其两个端部15和16对应于支承元件12,13的球窝形状造型。
在轴颈9里设有一个锥形结构的空隙17,它适合于顶杆14轴向穿过(见图5)。为了使顶杆14在零件轧辊梅花头7和轴头8相互分开时不会掉出来,它防丢失地布置在轴头8里。这里设有装置18。如图5可见那样,装置18由一种借助于固定元件23而固定在顶杆14上的环22组成。通过一个拧紧的闭锁元件24以及通过一个突起25因此限制住了顶杆14相对于轴头8的轴向运动自由度。
为了保证系统的可靠运行,要确保:支承元件和顶杆的滑动副充足地供给润滑剂。在轴头8里为此设有一个润滑剂通道19,其开口位于支承元件13的球窝表面的旋转轴线11与该表面上交点处。有压力的滑润脂输入那里,从而使顶杆14(右)端16与支承元件13之间的接触表面良好地润滑。为了使另一个支承点,也就是在顶杆14的(左)端15与支承元件12之间的接触面供应到润滑剂,顶杆14设有一个整个地并且同心地穿过此顶杆的纵向孔20。通过该孔润滑脂可以从顶杆右端到达顶杆左端。
顶杆14在传动轴装置运行时并无旋转,而是它围绕其纵轴线实现一种摆动运动。所规定的润滑剂的供给确保了支承点的良好润滑。支承点里的摩擦状况可以通过使用自润滑材料而更加有利。
在装入和拆除轧辊6时使轧辊梅花头7的扁平轴颈9移至轴头8里。顶杆14如所述的那样防丢失地保持在轴头8里。当装入一个新的轧辊对顶杆14的(左)端在支承元件12的球窝里定心。
如由图5可见,要求在顶杆14的半球形端部上的两个旋转点之一布置在轧辊轴线上,而另一个旋转点布置的传动轴轴线上。另外还要求在顶杆14端部的半径R保持较小(参见上面的选择半径的实施情况,另一方面必须设定充分大的半径,以便在零件之间保持较小的表面压力并因此使磨损较小)。另一方面顶杆14的长度必须足够大。在实施例中它达到400至600mm。顶杆的两端也有利地靠近轧辊侧的轴头的旋转中心而布置。如果使顶杆14装入轴头旋转中心的中间,那么在支承元件12,13和顶杆14之间的接触部位里的相对运动为最小。半球形顶杆端部正好位于旋转中心的话,那么对应于传动轴的倾角α顶杆端部有一种摆动运动形式的相对运动,而另一个顶杆端就没有相对运动。如果顶杆端在轴头旋转中心中间地或者离开轴头旋转中心同样远,那么顶杆端对应于半个传动轴角各自有相对运动。
一方面为了达到系统的高的功能可靠性,另一方面阻止顶杆14发生折弯的危险,顶杆14的长度L与其直径D之比(见图5)在4和10之间,优选在5.5和8.5之间。
在图1a或者1b中可见到,在轴向可运动地布置的轴5的(右)端部设有一个支承体体21(详细见图6所示)。在支承体体21的并不随同转动的部分上,也就是说在支承体的置于外的部分上作用一个未示出的杠杆机构,即所谓平衡机构。这样的平衡机构早先就已知了,用此机构可以施加垂直力和水平力。当轧辊6在轧机机架中间的方向上(向左)轴向移动就存在以下危险:轴头8从轧辊梅花头7的扁平轴颈9拉下来。为了避免此种情况,将链连轴的一个部分用平衡机构在轧辊6的方向上挤压。那些并没有被摩擦在长度补偿中所消耗掉的压力通过顶杆14被继续传至轧辊6上。在机架中心方向的轴向移动结束之后,就可以减小轴向平衡力。
轴向平衡力应该全部只是在机架中心方向的轴向移动时起作用。而在反向移动时则可能会使在顶杆14上的力翻倍。当此过程的控制失效时在顶杆14上或者在支承元件12,13的支承点上的磨损就增加。然而如果用于水平平衡机构的缸这样来设计,以致于它只能施加压力,而且如果其液压压力与轧辊6的轴向移动缸上的液压压力耦联的话,与早先已知的解决方案相比可以不用担心轧辊侧的轴头从梅花头上滑脱。
在图7和8中可见,顶杆14不必仅如在图3和图5中所示的那样。在按图7和8的方案中顶杆14由多个部分组成,也就是说由一个杆元件26组成,在其两个轴向端各装有一个顶杆头27或者28。这两个顶杆头27,28借助于螺纹连接29固定在杆元件28上。因此就可能在发生磨损时只更换单个部分,例如只是一个顶杆头。
拧在杆元件26上的顶杆头27或者28可以用一个固定装置31防止意外的松开。
在按图7和图8的方案中可以通过如下方法来改善冷却:筋板30(此处只是为顶杆头27设有)布置在顶杆头28上。这样正如已知的那样就加大了散热面积。
这在球形顶杆端和支承元件12,13之间产生的磨擦热量通过顶杆的有利的结构形状而减小或者通过用一种介质(冷空气、冷水等等)进行内冷却和/或外冷却而散发掉。可以考虑用青铜作为支承元件12,13的材料,因为这种材料能够很好地导热。当然这种材料在抗磨性方面有其限制。也可以设计用碳纤维复合材料作为支承元件12,13的材料,它具有高强度性能。但由于这种材料相对差的导热能力也就有限制。为了冷却或者润滑可以注入油脂,当然由于在支承元件12,13和顶杆14之间的接触位置上的高温它们应该是对温度尽可能稳定的。
发明的方案的特征是部件的完美的运动关系以及简单而空间紧凑的结构型式。因此可以经济有利地得以实现。尤其是在支承元件12,13和顶杆14之间的接触位置的内冷却和/或外冷却支持了结构的工作能力。
附图标记表
1 传动轴
2 驱动电机
3 第一轴
4 铰链连接
5 第二轴
6 轧辊
7 轧辊梅花头
8 轧辊侧轴头
9 扁平轴颈
9a,9b 滑动滑块
10 轧辊的旋转轴线
11 第二轴的旋转轴线
12,13 支承元件
14 顶杆
15,16 顶杆的端部
17 空隙
18 用于防丢失地布置顶杆的装置
19 润滑剂通道
20 纵向孔
21 用于平衡的支承体
22 环
23 固定元件
24 闭锁元件
25 突起
26 杆元件
27,28 顶杆头
29 螺纹连接
30 散热筋板
31 固定装置
α 倾角
L 顶杆长度
D 顶杆直径
R 半径
Claims (21)
1.用于轧机机架的主传动装置的传动轴(1),它包括:
-第一轴(3),用于将转矩从一个驱动电动机(2)传递至一个连接构件,尤其是花键断面,和
-第二轴(5),用于将转矩从连接构件,尤其是花键断面经过铰链接连(4)传递至轧机机架的轧辊(6),其中铰链连接(4)具有轧辊梅花头(7),它与轧辊(6)无相对转动地连接,以及铰接连接具有第二轴头(8),它与第二轴(5)无相对转动地连接,而且
其中在轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间的转动连接通过滑块和轴颈(9)建立起来,轴颈与轴头(8)无相对转动地连接起来,然而在轧辊(6)的旋转轴线(10)和第二轴(5)的旋转轴线(11)之间允许成一个倾角(α)设置,其特征在于,
在轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间设有支承元件(12,13)用于承接在第二轴(5)的和轧辊(6)的轴线方向上的力,其中在两个支承元件(12,13)之间设有顶杆(14)用来传递在轧辊梅花头(7)和轴头(8)之间的轴向力。
2.按权利要求1所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)布置成与相应的轧辊(6)的或者第二轴(5)的旋转轴线(10,11)同心。
3.按权利要求1或2所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)与顶杆(14)一起各构成一个滑动支承位置。
4.按权利要求1至3中之一所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)在与顶杆(14)的接触部位里截面为凹形的,而顶杆(14)的端部(15,16)具有一种对应于这凹形的凸起形状。
5.按权利要求4所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)在与顶杆(14)的接触部位里的断面基本为半球状。
6.按权利要求1至5中之一所述的传动轴,其特征在于,轴颈(9)设计成基本为板状并有空隙(17)用于使顶杆(14)通过。
7.按权利要求6所述的传动轴,其特征在于,空隙(17)为圆锥形状。
8.按权利要求1至7中之一所述的传动轴,其特征在于,装置(18),用此装置使顶杆(14)防丢失地与轧辊梅花头(7)和/或与轴头(8)连接。
9.按权利要求1至8中之一所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14)设计成销钉状。
10.按权利要求9所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14)的长度(L)与其直径(D)的比值在4和10之间,优选在5.5和8.5之间。
11.按权利要求5至10中之一所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)和顶杆(14)的半球的半径(R)在顶杆直径(D)的一半和二倍之间。
12.按权利要求1至11中之一所述的传动轴,其特征在于,穿过轴头(8)的润滑剂通道(19)通入到至少一个支承元件(12,13)和顶杆(14)之间的接触部位里,通过此通道可以将润滑剂输给接触部位。
13.按权利要求12所述的传动轴,其特征在于,润滑剂通道(19)只是通入到支承元件(13)之一和顶杆(14)之间的接触部位里,而且顶杆(14)具有穿过顶杆的纵向孔(12)用于将润滑剂输送至另一个支承元件(12)的部位里。
14.按权利要求1至13中之一所述的传动轴,其特征在于,支承元件(12,13)由一种自润滑材料组成,尤其是由一种具有石墨的材料。
15.按权利要求1至14中之一所述的传动轴,其特征在于,在第一轴(3)上设有支承体(21),它适用于在第二轴(5)上施加平衡力。
16.按权利要求1至15中之一所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14)由多个相互连接的零件(26,27,28)组成。
17.按权利要求16所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14)由杆元件(26)组成,在其两端各有一个顶杆头(27,28)。
18.按权利要求16或17所述的传动轴,其特征在于,零件(26,27,28)用螺纹连接(29)相互连接起来。
19.按权利要求1至18中之一所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14),尤其在其轴向端部区域,具有筋片(30)。
20.按权利要求1至19中之一所述的传动轴,其特征在于,顶杆(14)至少具有一个孔用于导引冷却剂。
21.按权利要求20所述的传动轴,其特征在于,至少一个用于导引冷却剂的孔布置在顶杆(14)的轴向端部里。
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