JP2014113595A - ギヤスピンドルおよびそれを備えた圧延機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一端側に外歯車の内筒ギヤ部40を設けたスピンドル内筒10と、前記内筒ギヤ部40と嵌合する内歯車の外筒ギヤ部50を設けたスピンドル外筒20とが、その軸を0.6度乃至1.6度傾斜して成るギヤスピンドル3において、前記内筒ギヤ部40における歯に、歯幅方向に沿って中央が膨らんで両歯端が肉薄となるような半径Crのクラウニングを設け、前記歯幅Bと前記クラウニング半径Crとを、Cr=1200[mm]と、Cr=4000[mm]と、B=0.0272×Cr+28[mm]と、B=18×exp(0.001×Cr)[mm]と、B=19×Cr0.292[mm]とをグラフ化して囲んでなる範囲で設定して成る。
【選択図】図1
Description
高抗張力鋼圧延用圧延機においては、圧延力の増大を抑えるために通常より小径のワークロールを使用する。ワークロールは上下一対で成り、それぞれ独立してギヤスピンドルと連結され、ギヤスピンドルを介して圧延動力(回転動力)が伝達されることにより回転駆動される。よって、ギヤスピンドルはワークロールと同様に上下一対で成り、ギヤスピンドルにおけるワークロールとの連結部を、上下一対に設置されるギヤスピンドル同士が干渉しないようにワークロール径より小さい径とする必要がある。
圧延機における圧延トルクTは、被圧延材の変形抵抗値Fとワークロール径DWに左右されるので、T∝f(F)+f(DW)となる。前述したように、高抗張力鋼圧延用圧延機におけるワークロール径DWは、高硬度材圧延用圧延機におけるワークロール径DWに比べ小さく、高抗張力鋼の変形抵抗値は、従来の高硬度材の変形抵抗値に比べ格段に大きいので、高抗張力鋼の圧延に必要となる圧延トルクは、従来の高硬度材の圧延に必要となる圧延トルクに比べて大きくなる。
圧延機の生産能力は、板厚と板幅と圧延速度の乗数で表される。一般に、被圧延材の板厚および板幅を一定として生産を行い、圧延機の生産能力は圧延速度に依存する。圧延機の圧延速度Vは、ワークロール径DWとワークロール回転数Nに左右されるので、V∝DW×Nとなる。前述したように、高抗張力鋼圧延用圧延機におけるワークロール径DWは、高硬度材圧延用圧延機におけるワークロール径DWに比べて小さいため、同じ回転数Nでは必然的に圧延速度Vが低下し、圧延機の生産能力も低下する。よって、高抗張力鋼圧延用圧延機においては、高硬度材圧延用圧延機と同等の生産能力を確保するために、高硬度材圧延用圧延機よりも高速でワークロールを回転させる必要がある。つまり、高抗張力鋼圧延用圧延機においては、高速回転が可能なギヤスピンドルが求められる。
T/D3≦0.8〜1.0[ton/m2]
を達成する、従来(T/D3≦0.4[ton/m2])よりも優れた約二倍の強度を有する。ここで、Tはギヤスピンドル3を介してワークロール2へ伝達する伝達トルク[ton・m]、Dはスピンドル外筒20におけるギヤスピンドル外径[mm]である。
B≦59.04×exp(0.0005×Cr)[mm]
B≦32×Cr0.247[mm]
内筒ギヤ部40における歯先43を歯幅方向に沿って円弧形状としているので、歯底45における歯底円の大きさ(以下、歯底円直径DBと呼ぶ)は歯幅方向に沿って変化し、歯幅中心41から歯端44へ向かうに従って小さくなる。歯先半径Rとクラウニング半径Crは、前述した式(1)の関係にあるので、クラウニング半径Crが小さい場合には歯先半径Rは小さく、クラウニング半径Crが大きい場合には歯先半径Rは大きい。よって、同一の歯幅Bにおいては、クラウニング半径Crを大きくすると、歯先半径Rは大きくなるので歯端44における歯底直径DBは大きくなる。
つまり、スピンドル回転トルクによりスピンドル3における内筒ギヤ部40の歯面42に作用する回転力Fは、クラウニング半径Crの大小に係わらず一定である。一方、内筒ギヤ部40には多くの歯が設けられているが、図5Aおよび図5Bに示すように、回転力Fを最端接触部90aで受けている歯の略180°反対側の歯は最端接触部90bで回転力Fを受けているので、この回転力Fが内筒12の首部11には曲げモーメントとして作用する。
(0.89)3/(0.78)3=1.49≒150%
となる。つまり、ギヤスピンドル3における首径dを式(7)の範囲で設定することで、首部11における捩り強度を従来に対し150%程度向上させることができる。
B≦18×exp(0.001×Cr)[mm]
B≦18×exp(0.001×Cr)[mm]
2 ワークロール
3 ギヤスピンドル
4 変速機
5 ギヤカップリング
6 電動機
10 中間軸
11 スピンドル内筒の首部
12 スピンドル内筒(ワークロール側)
13 スピンドル内筒(変速機側)
20 スピンドル外筒(ワークロール側)
30 スピンドル外筒(変速機側)
40 内筒ギヤ部
41 歯幅中心
42 歯面
43 歯先
44 歯端
45 歯底
50 外筒ギヤ部
51 歯面
60 小判穴
61 小判穴の開端部
62 隔壁
63 潤滑油室
64 シール部材
70 ワークロール小判部
80 変速分配歯車軸
90 接触部
B 歯幅
Cr クラウニング半径
R 歯先半径
BL バックラッシ量
D ギヤスピンドル外径
DP ピッチ円直径
DB 歯底直径
DW ワークロール径
d 首部直径
Claims (10)
- 一端側に外歯車の内筒ギヤ部を設けたスピンドル内筒と、前記内筒ギヤ部と嵌合する内歯車の外筒ギヤ部を設けたスピンドル外筒とが、その軸を0.6度乃至1.6度傾斜して成るギヤスピンドルにおいて、
前記内筒ギヤ部における歯幅Bの歯に、歯幅方向に沿って中央が膨らんで両歯端が肉薄となるような半径Crのクラウニングを設け、
前記歯幅Bと前記クラウニング半径Crとを、
Cr=1200[mm]と、
Cr=4000[mm]と、
B=0.0272×Cr+28[mm]と、
B=59.04×exp(0.0005×Cr)[mm]と、
B=32×Cr0.247[mm]と
をグラフ化して囲んでなる範囲で設定することを特徴とするギヤスピンドル。 - B=0.0272×Cr+28[mm]は、
0.6度の傾斜角での、任意のクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記内筒スピンドルの歯が歯端当たりを生じない最小歯幅でなる無数の交点を結んでなる直線であり、
B=59.04×exp(0.0005×Cr)[mm]は、
0.6度乃至1.6度の範囲における任意の傾斜角での、前記内筒ギヤ部に掛かる歯元曲げ応力が許容最大値となるクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記スピンドル内筒の歯が歯端当たりを生じない最小歯幅に40[mm]を加えてなる無数の交点を結んでなる曲線であり、
B=32×Cr0.247[mm]は、
0.6度乃至1.6度の範囲における任意の傾斜角での、任意のクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記内筒スピンドルの歯が歯端当たりを生じない最小歯幅に40[mm]を加えてなる歯幅Bとの組み合わせで必要となるバックラッシが、前記内筒ギヤ部と前記外筒ギヤ部における許容最大バックラッシとなる無数の交点を結んでなる曲線である
ことを特徴とする請求項1に記載のギヤスピンドル。 - 一端側に外歯車の内筒ギヤ部を設けたスピンドル内筒と、前記内筒ギヤ部と嵌合する内歯車の外筒ギヤ部を設けたスピンドル外筒とが、その軸を0.6度乃至1.6度傾斜して成るギヤスピンドルにおいて、
前記内筒ギヤ部における歯に、歯幅方向に沿って中央が膨らんで両歯端が肉薄となるような半径Crのクラウニングを設け、
前記歯幅Bと前記クラウニング半径Crとを、
Cr=1200[mm]と、
Cr=4000[mm]と、
B=0.0272×Cr+28[mm]と、
B=18×exp(0.001×Cr)[mm]と、
B=19×Cr0.292[mm]と
をグラフ化して囲んでなる範囲で設定することを特徴とするギヤスピンドル。 - B=0.0272×Cr+28[mm]は、
0.6度の傾斜角での、任意のクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記内筒スピンドルの歯が歯端当たりを生じない最小歯幅でなる無数の交点を結んでなる直線であり、
B=18×exp(0.001×Cr)[mm]は、
0.6度乃至1.6度の範囲における任意の傾斜角での、前記内筒ギヤ部に掛かる歯元曲げ応力が許容最大値となるクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記スピンドル内筒の歯が歯端当たりを生じない最小歯幅でなる無数の交点を結んでなる曲線であり、
B=19×Cr0.292[mm]は、
0.6度乃至1.6度の範囲における任意の傾斜角での、任意のクラウニング半径Crと、当該クラウニング半径Crで前記内筒スピンドルの歯が歯端当たりを生じない最小歯幅との組み合わせで必要となるバックラッシが、前記内筒ギヤ部と前記外筒ギヤ部における許容最大バックラッシとなる無数の交点を結んでなる曲線である
ことを特徴とする請求項3に記載のギヤスピンドル。 - 歯面に、ショットブラスト加工を施したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のギヤスピンドル。
- 歯面に、リン酸マンガン皮膜処理を施したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のギヤスピンドル。
- 歯面に、二硫化モリブデン皮膜処理を施したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のギヤスピンドル。
- スピンドル外筒とスピンドル内筒の外表面に、冷却用流体を噴き付けることで、歯面潤滑剤およびスピンドル外筒とスピンドル内筒の各歯面を強制冷却することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のギヤスピンドル。
- 被圧延材を圧延するための上下一対のワークロールと、上下一対のワークロールとそれぞれ独立して連結し、上下一対のワークロールへそれぞれ独立して回転動力を伝達する上下一対のギヤスピンドルと、上下一対のギヤスピンドルと連結する変速機と、変速機と連結し、変速機へ回転動力を伝達するギヤカップリングと、ギヤカップリングと連結し、ギヤカップリングへ回転動力を供給する電動機とを備える圧延機において、
前記ギヤスピンドルが、請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のギヤスピンドルであることを特徴とする圧延機。
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