JP2020522656A - 圧延機技術の手動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】手動変速機の振動挙動を改善する。【解決手段】本発明は少なくとも２つの切り替えステージを備えた手動変速機（１）、好ましくは圧延機技術で使用するための手動変速機（１）であって、入力トルクを付与可能で回転可能に取り付けられた駆動軸（２０）と、手動変速機（１）の任意のギヤのときに入力トルクが駆動軸に加えられると、第１出力軸と第２出力軸は互いに反対方向に、好ましくは同じ回転速度で回転しするように、互いに平行に形成されている、出力ギヤ段によって接続されている回転可能に取り付けられた第１出力軸（３０）及び回転可能に取り付けられた第２出力軸（４０）と、駆動軸（２０）と第１出力軸（３０）とを切り替え可能に接続及び切り離すように構成された第１クラッチ（５０）と、を備え変速可能な手動変速機（１）の結合状態で実現されている第１変速段では、駆動軸（２０）と第１出力軸（３０）とが、増速又は減速なく、好ましくは伝達力の迂回なく平歯車の段なく、駆動軸（２０）からの入力トルクが、第１出力軸（３０）に伝達されるように、相互接続されている。

Description

本発明は、少なくとも２つの変速段を備える手動変速機、特に平歯車カム軸手動変速機に関し、その変速機は、回転可能に取り付けられた駆動軸と、平行に配置されていて、出力段を介して接続されると、それぞれ手動変速機の各変速段において互いに反対方向に回転するように、回転可能に取り付けられた第１出力軸と回転可能に取り付けられた第２出力軸とを有する。手動変速機は、好ましくは、圧延機技術の作業ロールと、中間ロールと、バックアップロールとのいずれかのようなローラ駆動の一部として適用可能である。

圧延機の技術では、平歯車段とカムローラ段を備えた歯車伝動装置がメインフレーム駆動に使用される。平歯車変速段は、入力速度（又は駆動トルク）に対する出力速度（又は出力トルク）の変更に使用される。カムローラ段を介して、そのカムローラ段と結合された上部ローラと下部ローラとは同じ速度で反対方向に駆動される。

例えば、特許文献１には、機械ロール用のローラ駆動装置が記載されていて、このローラ駆動装置は、駆動軸と駆動される圧力ローラとの間の手動変速機を有する。

基本的に、変速機内の各噛み合いは、噛み合い段の噛み合い周波数とその調和で駆動ラインに振動励起を生成する。駆動列からのこのような振動励起は、特に冷間圧延などの高速圧延プラント、ロールスタンド又はロールセットの（例えば、いわゆる「５分の１オクターブびびり振動」による）自励振動モードを刺激する可能性があり、製品の品質に大きく影響する。臨界的振動励起を回避するために、生産速度の制限がしばしば必要になる。そのような速度に比例した励起では、特に伝達又は減速段の歯が原因となる。これは、カムローラ段に比べてトルク負荷が高いためである。従来型の平歯車ギヤでは、この問題は、変速段が１以上の範囲の比率で設計されている場合、全ての変速段でも発生する。さらに、ギヤの比較的大きな慣性は、駆動列の動的挙動及び振動挙動に悪影響を与える可能性があり、速度制御の最適化に問題が生じる可能性がある。

独国特許出願公開第４２１９３９９号明細書

本発明の目的は、改善された振動挙動を有し、それゆえ生産性損失及び品質損失を好ましくは低減可能な、手動変速機、特に圧延機技術で使用するための手動変速機を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を備えた手動変速機によって達成される。有利な展開は、従属請求項、本発明の以下の説明、及び好ましい実施形態の説明から得られる。

少なくとも２つの変速段を備えた手動変速機は、圧延機技術での使用に特に適している。作業ローラと、中間ローラと、鋼又は非鉄金属、いわゆる非鉄金属で作られた金属ストリップなどの冷間圧延ストリップ形状製品用のバックアップロールとの少なくともいずれかのローラの主駆動の一部に適用可能である。

変速機には、入力トルクを適用可能で、回転可能に取り付けられた駆動軸がある。例えば、駆動軸は電気モータで駆動されてもよく、すなわち回転において設定される。
さらに、変速機は、回転可能に取り付けられた第１出力軸及び回転可能に取り付けられた第２出力軸を備え、それらは軸方向に沿って平行に配置され、出力ギヤ段を介して接続され、各変速段で駆動軸に入力トルクが適用されると、互いに反対方向に、好ましくは同じ速度で回転する。
手動変速機は、駆動軸と第１出力軸とを互いに切り替えて接続するように適合された第１のクラッチをさらに備え、第１クラッチの結合状態で、変速機の第１切り替え段階が実現される。駆動軸と第１出力軸は相互に接続されているため、入力トルクは、ギヤ比を超えずに、又は第１出力軸に伝達される。換言すると、第１クラッチの連結状態では、入力トルクは、歯なしで、比率１で、直接かつ第１出力軸に迂回することなく、駆動軸から伝達される。
この目的のために、好ましくは、第１のクラッチの結合状態にある駆動軸と第１出力軸は、しっかりと接続されている。

手動変速機の技術的効果を説明する前に、「第１」と「第２」という用語は関連する構成部品の言語上の区別にすぎず、名前の一部として理解されるべきであって、順序、依存関係等を意味するのではない。さらに、駆動軸や第１出力軸のような回転可能に取り付けられた変速機の部材の「複合」に言及するとき、機械的に強固な接続があるかもしれないが、トルク伝達を確保することが重要である。

第１クラッチの結合状態では、手動変速機の第１変速段が実現される。歯車の歯に起因する手動変速機の振動励起は、歯なしで、第１クラッチを介して駆動軸と第１出力軸とが相互接続されるため、なくなる。手動変速機の第１変速段では、このようにして、歯のあるギヤ比がなくなる。これには、従来の平歯車段の平歯車のような慣性質量が省かれているので、第１変速段の駆動列のより有利な動的挙動を伴う。さらに、手動変速機は、このため、安価で、コンパクトで、メンテナンスが少ないものとなる。

駆動軸及び第１出力軸は、好ましくは、同じ回転軸に沿って軸方向の前後に取り付けられ、それによりコンパクトな設計を実現可能である。この場合、駆動軸と第１出力軸は、別々の構成部材であるが、技術的に接続されているため、単一の軸として機能する。第１クラッチは、特に簡単な構造で、結合状態で信頼性のある堅固な接続を実現可能である。

出力ギヤ段は、好ましくは、第１出力軸に固定接続された第１カムローラと、第２出力軸に固定接続され、第１カムローラと噛み合う第２カムローラとを備え、第１カムローラと第２カムローラとはそれぞれ同じ直径を持つ。
手動変速機がこのようにギヤとして設計されていると、複数の歯が同時に噛み合うはすば歯車であるため、低振動で均一なトルク伝達が保証される。
上記の「堅固な」接続は、一体型のワンピース設計を含むことに留意されたい。反対の回転方向で同じ回転速度を実現するために、２つのカムローラは同じ直径を持つ。
そのような構造は、一対のローラの駆動時に特に適用可能である。

第１のクラッチは、好ましくは、係合式クラッチであり、特定の実施形態によれば、同心に配置された第１の出力軸を有し、第１のクラッチの回路に対して軸方向に変位可能である。このようにして、駆動軸と第１出力軸の連結と分離、すなわち係合及び係合解除は、第１シフトスリーブを軸方向に変位させて第１クラッチを作動させることにより、技術的に簡単かつ確実な方法で実現される。

好ましくは、変速機は、第２変速段における駆動軸と第２出力軸との間の伝達又は減速を、好ましくは減速を実施する、駆動ギヤ段を有する。
好ましくは、振動励起の問題が特に関連する場合、約１又は１に等しい比を有する第１変速段は、高いローリング速度に使用される。ただし、システムが振動の影響を受けにくい低いローリング速度は、好ましくは、速度を落として第２変速段で駆動する。

好ましくは、駆動歯車段は、駆動軸に固定接続された第１平歯車と、第１平歯車と噛み合い第２出力軸に接続可能な第２平歯車とを有し、第２変速段では、駆動軸からの入力トルクは、２つの平歯車を通って、変換されて第２出力軸に伝達される。ここで、上記の理由から第１平歯車の直径は、好ましくは、第２平歯車の直径よりも小さい。
このようにして、第２変速段は、機械的にシンプルで信頼性の高い方法で実現さる。手動変速機は、特に好ましくは、はすば歯車の手動変速機として設計されている。この場合も、上記の「固定」接続は、統合された一体型の列を含むことに留意されたい。

好ましくは、駆動ギヤ段は、駆動軸と第２出力軸とを切り替え可能に接続又は切り離すように適合された第２クラッチを有し、第２クラッチの結合状態で、変速機の第２変速段段が実現される。
好ましくは、第２クラッチは、第２出力軸と第２平歯車との間で作用する。第１変速段での駆動軸と出力軸間のしっかりとした結合により、平歯車の第２の対をなくす。これは、慣性質量モーメントを省き、駆動列の特に好ましい動的挙動が達成される。

好ましくは、第２クラッチは、第２クラッチを切り替えるために軸方向に変位可能な第１クラッチの場合と同様に、特定の実施形態による、第２出力軸を同心に配置した第２出力軸を有する係合式クラッチである。このようにして、第２クラッチを作動させるために第２シフトスリーブを軸方向に変位させることにより、駆動軸及び第２平歯車の第２出力軸からの連結及び切り離し、すなわち係合及び係合解除が技術的に簡単かつ確実な方法で実現される。

好ましくは、第１のクラッチと第２のクラッチは、電子的、機械的又はその他の方法で互いに結合され、常に、反対方向に、いっしょに切り替えられる。特に好ましい実施形態によれば、第１クラッチ及び第２のクラッチは、レバー機構などを介して互いに機械的に結合される。切り替えプロセス中に同期して動作する２つのクラッチの機械的結合により、手動変速機のシステム固有の安全性が確保される。

開示された手動変速機は、主に圧延機技術、特に金属ストリップの冷間圧延で使用するために設計され、圧延機の技術では、ロールの駆動に起因する振動が製品の品質に大きく影響する。しかし、この手動変速機は、他の分野でも使用可能である。

本発明のさらなる有利点及び特徴は、好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。説明に記載されている機能は、機能が矛盾しない限り、単独で実装してもよく、あるいは当該機能の１つ又はそれ以上と組み合わせて実装してもよい。好ましい実施形態の以下の説明は、添付の図面を参照してなされる。

図１は、第１変速段の状態の平歯車ローラギヤを概略的に示す。 図２は、第２変速段の状態の平歯車ローラギヤを概略的に示す。

以下では、図面を参照して好ましい実施形態を説明する。この場合、同一、類似、又は同等の要素には同一の参照番号を付け、重複を避けるためにこれらの要素の繰り返しの説明は部分的に省略する。

図１及び図２は、平歯車ローラギヤとして例示されている手動変速機１を２つの異なる変速段の状態で示す。

変速機１は、駆動軸２０と、第１出力軸３０と、第２出力軸４０とが回転可能に取り付けられた筐体１０とを有する。
ピボット支承部が図１及び図２に示されているが、明確にするために参照番号はない。
駆動軸２０と、第１出力軸３０と、第２出力軸４０とは、この例では平行に配置されている。駆動軸２０及び第１出力軸３０は、互いに軸方向に後方にあり、互いに堅固に接続されていて、第１クラッチ５０を介して取り外し可能である。
駆動軸２０は、例えば図示しない電動機を介して回転可能である。
駆動軸２０のトルクは、以下で詳細に説明するように、変速機１で任意に変換され、２つの出力軸３０及び４０に伝達される。

第１クラッチ５０の結合状態では、駆動軸２０と歯のない第１出力軸３０とは、互いに堅固に接続されている。
好ましくは、第１結合５０は、２つの軸の確実な接続を実行する。
本実施形態では、この目的のために、駆動軸２０及び第１出力軸３０と同心に配置され、軸方向に摺動可能な第１円筒状シフトスリーブ５１が設けられている。
連結状態では、第１シフトスリーブ５１は、駆動軸２０と第１出力軸３０とが同時に係合し、それにより２つの軸２０及び３０が確実に接続される。
係合は、直接であってもよく、あるいは図示の実施形態のように、駆動軸２０及び第１出力軸３０にそれぞれ固定的に接続された第１結合対応部５２及び５３を介して第１シフトスリーブ５１が押される。
第１シフトスリーブ５１の軸方向の変位により、２本の軸２０、３０の少なくとも一方がこれと係合しなくなると、第１クラッチ５０が解放され、２本の軸２０、３０が切り離され、それにより独立して回転可能になる。
第１シフトスリーブ５１の作動は、電気的、空気圧的又は他の方法で実行してもよい。
第１クラッチ５０は、技術的に異なる方法で実現してもよく、例えば、駆動軸２０と第１出力軸３０との堅固な接続を非積極的に実施可能であることに留意されたい。

図１は、第１クラッチ５０が作動し、駆動軸２０と第１出力軸３０とが強固に連結された状態を示す。それにより、駆動軸２０からの入力トルクは、一対一で第１出力軸３０に伝達される。

第１カムローラ３１は、第１出力軸３０に固定的に接続されていて、ほぼ一体に形成されている。
第１カムローラ３１は、第２カムローラ４１に接続され、第２カムローラ４１は、第２出力軸４０に固定的に接続され、第２の出力軸４０とほぼ一体に形成されている。
２つのカムローラ３１及び４１は、好ましくは、同じ直径を有し、それにより、加えられた入力トルクで、２つの出力軸３０及び４０は、同じ速度で反対方向に駆動される。
本実施形態における２つのカムローラ３１、４１は、前述の出力ギヤ段を形成している。
カムローラ３１及び４１に替えて、駆動軸２０に加えられる入力トルクで、特定の速度比、好ましくは同じ速度の２つの出力軸３０及び４０が反対方向であることが保証される限り、他の歯車要素を、好ましくは適切な歯車の形態の要素を、使用してもよい。

図１の結合状態（第１変速段）では、図中の矢印で示されるように、トルク伝達が行われる。入力トルクは、駆動軸２０と第１出力軸３０のしっかりとした接続を介して直接伝達され、第１カムローラ３１に迂回することなく、第２カムローラ４１、したがって第２の出力軸４０を反対方向に駆動する。
この力の経路を実現するには、図２に示され、以下で説明する第２の変速段を切り離す必要がある。

図２の状態では、駆動軸２０と第１出力軸３０は切り離されている。すなわち第１クラッチ５０の係合が解除されている。
駆動軸２０に固定的に接続され、駆動軸２０とほぼ一体に形成された第１平歯車２１は、第２平歯車４２と噛み合っている。
第２平歯車４２は、第２出力軸４０に接続可能であり、第２平歯車４２の回転により第２出力軸４０を駆動可能である。
第２平歯車４２と第２出力軸４０との間には、図１の第１変速段において、すなわち、第１カムローラ３１から第２カムローラ４１への動力伝達中、第２平歯車４２はトルクなしで回転する。

第２平歯車４２と第２出力軸４０との間には、軸方向に移動可能な円筒状の第２シフトスリーブ６１により第１クラッチ５０と同様にシフト可能な第２クラッチ６０が作用する。
第２クラッチ６０の連結状態では、第２出力軸４０と第２平歯車４２とが強固に相互接続されている。
好ましくは、第２クラッチ６０は確実な接続を行う。
本実施形態では、このために、第２出力軸４０と同心に配置され、軸方向にスライド可能な第２円筒状シフトスリーブ６１が設けられている。
連結状態では、第２シフトスリーブ６１は、第２出力軸４０と第２平歯車４２とが同時に係合し、それにより、２つの要素が確実に接続される。
係合は直接行われるか、あるいは図示の実施形態のように、第２平歯車４２及び第２出力軸４０にそれぞれ固定的に接続された第２結合対応部６２及び６３を介して第２シフトスリーブ６１を押すようにしてもよい。
シフトスリーブ６１を軸方向に解放することにより、第２クラッチ６０が解放され、第２平歯車４２と第２出力軸４０とが分離され、それによりそれらが独立して回転可能となる。
第１クラッチ５０の場合のように、第２シフトスリーブ６１の作動は、電気的、空気圧的、又は他の方法で実行してもよい。
第２クラッチ６０は、技術的に異なる方法で実現してもよく、例えば、接続を非積極的に実施可能であることに留意されたい。

図２の結合状態（第２変速段）では、図中の矢印で示されるように、トルク伝達が行われる。すなわち駆動軸２０からの入力トルクは、第１平歯車２１から第２平歯車４２に伝達される。
第１平歯車２１は、この第２変速段の低減を実現するために、好ましくは、第２平歯車４２よりも小さい。
同時に、第２クラッチ６０が作動し、トルクが第２平歯車４２から第２出力軸４０に伝達される。
これは、トルクを２つのカムローラ４１及び３１を介して、非切り替え第１クラッチ５０により駆動軸２０から機械的に分離された第１出力軸３０に伝達する。

上記の構成によれば、図１の第１変速段は、変速機の入力と出力との間で固定ギヤ比の一つの量（ギヤ比の増減なし）を実現する。この第１変速段では、歯の噛み合いを不要にする。この技術的貢献は、第１クラッチ５０によって可能になる。
切り替え可能な第１クラッチ５０は、第１変速段で、駆動軸２０と第１出力軸３０とを歯のない堅固な方法で接続する。
図２の第２変速段が１に等しくない比率又は減速で接続されている場合、駆動軸２０と第１出力軸３０は切り離され、その結果、平歯車２１及び４２を介した歯付きの歯車段が係合する。
この目的のために、２つのクラッチ５０及び６０の「オン」／「オフ」と「オフ」／「オン」との間を反対方向に同期して切り替える。好ましくは、２つのクラッチ５０及び６０は機械的に結合される。

手動変速機１は、好ましくは、いわゆる足場メインドライブ用に設計される。それにより、約１の比率又は１に等しい比率の第１変速段は、高圧延速度に使用され、そこでは、振動励起の問題が特に関連する。一方、システムが振動の影響を受けにくい、低圧延速度は、第２変速段で減速されて駆動される。

好ましくは手動の平歯車カム軸変速機のとして構成される上述の変速機１は、第１変速段で平歯車段をなくすことによって、駆動列からの圧延機の振動励起の大幅な低減を可能にする。
これには、完全な変速段の平歯車などの慣性質量をなくすため、最初の変速段での駆動列のより好ましい動的挙動も伴う。変速プロセス中に同期して作動する２つのクラッチ５０と６０の機械的結合により、手動変速機１のシステム固有の安全性が確保される。
さらに、手動変速機１は、平歯車段をなくすことで、安価でコンパクトでメンテナンスが簡単である。

１ 手動変速機、ギヤボックス
１０ 筐体
２０ 駆動軸
２１ 第１平歯車
３０ 第１カムローラ
４０ 第２出力シャフト
４１ 第２カムローラ
４２ 第２平歯車
４３ 軸受部
５０ 第１クラッチ
５１ 第１シフトスリーブ
５２、５３ 第１結合対応部
６０ 第２クラッチ
６１ 第２シフトスリーブ
６２、６３ 第２結合対応部

独国特許出願公開第４２１９３９９号明細書 特開昭５４−２２４９号公報 中国特許第１０２３０５２７２号明細書 特開昭５６−１６０８１４号公報

少なくとも２つの変速段を備えた手動変速機は、圧延機技術での使用に特に適している。作業ローラと、中間ローラと、特許文献２、特許文献３、特許文献４に説明されたものと、鋼又は非鉄金属、いわゆる非鉄金属で作られた金属ストリップなどの冷間圧延ストリップ形状製品用のバックアップロールとの少なくともいずれかのローラの主駆動の一部に適用可能である。特許文献２から４それぞれは、圧延機用のギヤを備えた駆動部を説明している。

Claims (10)

1. 少なくとも２つの変速段を持ち、好ましくは圧延技術に使用される手動変速機（１）であって、
   回転可能に支持されていて、入力トルクを適用可能である駆動軸（２０）と、
   回転可能に支持されている第１出力軸（３０）と、回転可能に支持されている第２出力軸（４０）とであって、第１出力軸（３０）と第２出力軸（４０）とは平行に配置されていて、入力トルクが駆動軸（２０）に適用されると、手動変速機（１）の各変速段において互いに反対方向に、好ましくは同じ速度で回転するように、出力ギヤ段を介して互いに接続されている、第１出力軸（３０）及び第３出力軸（４０）と、
   駆動軸（２０）と第１出力軸（３０）とを、切り替えて接続及び切り離すために設けられている第１クラッチ（５０）と、を備え、
   第１クラッチ（５０）の結合状態では、手動変速機（１）の第１変速段が実現され、駆動軸（２０）及び第１出力軸（３０）が相互接続されて、駆動軸（２０）からの入力トルクが、増速又は減速なく、好ましくは迂回と平歯車段なしで、第１出力軸（３０）に伝達される、
   手動変速機（１）。
2. 駆動軸（２０）と第１出力軸（３０）とは、同じ回転軸線に沿って軸方向前後に配置さられていることを特徴とする、請求項１に記載の手動変速機。
3. 出力ギヤ段は、第１出力軸（３０）に固定的に接続されている第１カムローラ（３１）と、第２出力軸（４０）に固定的に接続されていて、かつ及び第１カムローラ（３１）と噛み合い係合状態にある第２カムローラ（４１）とを備え、第１カムローラ（３１）と第２カムローラ（４１）とは、好ましくは、同じ直径を有する、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の手動変速機。
4. 第１クラッチ（５０）は、係合式クラッチであり、第１出力軸（３０）と同軸に配置されていて、第１クラッチ（５０）をシフトするために、軸方向に変位可能である第１シフトスリーブ（５１）を好ましくは持つことを特徴とする、請求項１に記載の手動変速機。
5. 第２変速段において、駆動軸（２０）と第２出力軸（４０）との間で増速又は減速を実現する駆動ギヤ段を備えることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の手動変速機。
6. 駆動ギヤ段は、駆動軸（２０）に固定的に接続されている第１平歯車（２１）と、第１平歯車（２１）に噛み合う第２平歯車（４２）とを備え、第２平歯車（４２）は、第２出力軸（４０）に接続可能であり、これにより第２変速段において、駆動軸（２０）からの入力トルクは２つの平歯車（２１、４２）を経由し変換されて第２出力軸（４０）に伝達され、第１平歯車（２１）の直径は、好ましくは第２平歯車（４２）の直径より小さいことを特徴とする、請求項５に記載の手動変速機。
7. 駆動ギヤ段は、駆動軸（２０）と第２出力軸（４０）とを、好ましくは、第２平歯車（４２）と第２出力軸（４０）とを、切り替えて接続する及び切り離すように形成されている第２クラッチ（６０）を備え、
   第２クラッチ（６０）の結合状態では、変速機（１）の第２変速段が実現されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の手動変速機。
8. 第２クラッチ（６０）は、係合式クラッチであり、第２出力軸（４０）と同軸に形成されていて、第２クラッチ（６０）をシフトするために、軸方向に変位可能である第２シフトスリーブ（６１）を好ましくは持つことを特徴とする、請求項７に記載の手動変速機。
9. 第１クラッチ（５０）と第２クラッチ（６０）とは、反対方向に常にいっしょに切り替えられるよう互いに結合されて、好ましくは、第１クラッチ（５０）と第２クラッチ（６０）とは、機械的に互いに結合されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の手動変速機。
10. 金属ストリップを圧延する圧延機であって、
    第１出力軸（３０）と第２出力軸（４０）とが、作業ローラ、中間ローラ、又は支持ローラに接続されている、先行する請求項のいずれか一項に記載の手動変速機を備える、圧延機。

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