JP5759069B2 - 偏位角で駆動するためのスプライン歯部と製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機あるいは連続鋳造設備におけるロールを駆動するための、特に駆動スピンドルの歯部の分野で展開する。本発明は、請求項１の上位概念、すなわち「において」以前に記載の構成のスプライン歯部とこのような歯部のための製造方法に関する。

確実に適用する場合、軸に対してある角度で駆動するための力の伝達が必要である。この要求は、例えば圧延機において度々生じる。例えば二つのワークロールが重なり合って配置されていると、ワークロールの直径が相対的に小さいことにより、伝達されるべきトルクを所望通りに高める際の問題が生じる恐れがある。伝達されるべきトルクを高めねばならない場合、これまではワークロールの直径を拡大する必要があり、それにより、なかでもエネルギーが浪費される。その上さらに、この場合には、ロールスタンドもより頑丈にその構造を決めねばならない。

従って従来の装置は、例えばカルダン方式のジョイントを備えており、このジョイントは駆動スピンドルとロールの間に位置しているが、高められるトルク伝達の要求は考慮されない。

特許文献１には軸とロールの間の連結部としてのスプライン歯部が記載されている。スプライン歯部は、請求項１の上位概念、すなわち「において」以前に記載のすべての特徴を備えている。

駆動スピンドルがスプライン歯部によりロールに対してある角度で配置されると、駆動スピンドルは確かにより高いトルクを伝達するために構成されるが、駆動スピンドルの歯部が一般的であり、かつ古典的であるので片当たりが発生し、それにより最終的に、極めて大きな磨耗を生じ、相変わらず所望される高いトルクの伝達は可能ではない。

英国特許第１０３４３０５号明細書

本発明の課題は、スプライン歯部において、より大きなトルクがこれまでの場合よりも伝達できる、歯部と補完する第二の歯部の間の偏位角を可能にすることである。さらにまた、本発明の課題は、このようなスプライン歯部を製造するための方法、および軸と本発明による歯部を含む、製錬および圧延に関する設備のロールを駆動するための装置を提供することにある。

この課題は、冒頭で挙げたスプライン歯部に関して本発明によれば請求項１の特徴により解決される。

この本発明による変更の場合、歯部はある偏位角の下で第二の歯部と運転することができ、これらの変更がない場合に比べて大きなトルクを伝達することができる。特に行われる変更により、伝達トルクを高めるのに邪魔になっている縁部の片当たりは阻止される。

別の変更が単独であるいは互いに組合されて、例えば歯元の削り取りおよび／または歯先の削り取りが、各々必要とされるねじれ（Ｖｅｒｓｃｈｒａｎｋｕｎｇ）と組合されて構成できるのが好ましい。

歯元と刃先を削り取ることにより、従来の造形に対する輪郭線は残り、特に通常の運転における歯面の接触の領域では残るという本発明の考えを理解することができる。

さらに本発明により、駆動スピンドルからロールへの伝達されるトルクが増大され、および／または駆動スピンドルとロールの間のねじり角は大きくできる。現在の変更を行わずに、ゼロより大きい偏位角が増大する際の歯面の接触面の割合は少ないので、偏位角が増大する際に、増大するように僅かなトルクを伝達することができる。本発明による歯部により、負荷が全歯たけにわたり均等に分布できる。このようにして、例えば駆動スピンドルは特定の場合には、５０％多くのトルクを伝達することができ、それにより、幅のより大きなストリップを圧延できる。伝達可能なトルクがさらに増大した場合、ワークロールをさらに小さく指定することができる。

歯部の好ましい実施形態において、歯部はインボリュート歯部として構成されており、歯元および／または歯先は、好ましくは必ずしも放物線状には削り取られていない。少なくとも放物線状に削り取ることにより、インボリュート歯部の理論的な歯面と本発明により削り取られた歯面の間の輪郭の差は、インボリュート歯部の輪郭にわたる転がり軌道の関数として少なくとも例えば２乗と共に上昇することが理解できる。その際に、削り取りはほぼ放物線状であることが特に好ましい。

歯元及び歯先の放物線状の削り取りにより、片当たり減らすことができ、同時にトルクの伝達を改善できる。

歯部の他の好ましい実施形態において、歯元は歯元円においてピッチ円での歯厚の０．２％〜３％の間で削り取られており、および／または歯先は歯先円においてピッチ円での歯厚の０．１％〜２％の間で削り取られている。

各々の歯の輪郭の変更のこれらの値により、歯部の噛合いの際の力の伝達は最適化できる。

歯部の他の好ましい実施形態において、歯先の削り取りは全歯たけの５０％〜７０％の間で行われ、および／または歯元の削り取りは全歯たけの５０％〜６０％の間で行われる。

その都度の全歯たけに対して歯先と歯元を削り取りのための正確なデータにより、伝達可能なトルクはさらに最適化できる。

歯部の他の好ましい実施形態において、母線は幅方向では対称にアーチ形に彎曲している。母線とは、公知の方法では、二つの隣接した歯の間の底部の形状推移部であると理解できる。

アーチ形の母線の形状により、トルクの伝達は再度さらに高めることができる。

歯部の他の好ましい実施形態において、歯すじの彎曲部は、ピッチ円の高さでの各歯の最大厚さとピッチ円の高さでの各歯の最小厚さの差が、ピッチ円の高さでの各歯の最大厚さの３％〜２０％の間の値に相当するように構成されている。

この特徴により、歯すじの彎曲部の有利な形状が規定される。

歯部の他の好ましい実施形態において、歯のねじれは０．３°〜１．５°の間の最大のプロファイル角の偏位量により形成されている。

この相対的にわずかなねじれの値は、ある角度下で、第二の歯部に歯部が噛合う際のトルクの伝達を改善する。

歯部の他の好ましい実施形態において、歯の歯面の方向における歯のねじれは放射状に構成されている。このことは、プロファイル角の偏位量が歯の幅にわたる関数としてほぼ放射線状の形状推移部を備えているという意味である。

さらに本発明の課題は、歯部のための冒頭で挙げた製造方法のために、請求項１４の特徴により解決される。

歯部を形成することとは、さしあたりすべての公知の方法であると理解でき、この方法を用いて、限定された型作り、例えばホブ切り等により歯部の原型が作られる。本発明による歯部を得るための後加工は、特に研削により、自由に可動な工作機械において、例えば４軸もしくは５軸機において行われる。

歯部の好ましい実施形態において、インボリュート歯部として作った後にアーチ状歯部が設けられており、歯元および／または歯先は、後加工の際に少なくとも放射線状に削り取られる。

歯部の他の好ましい実施形態において、工程の少なくとも一つにおける後加工は、少なくとも一つの研削工程により、あるいは歯面毎に厳正に一つの研削工程により行われる。

さらに、本発明は冶金に関する設備のロールを駆動するための装置を含んでおり、この装置は軸と本発明によるスプライン歯部を備えている。このような軸は、例えばスプライン歯部の様式のロールおよび／またはモータの対応する収容部に直接挿入することができる。収容部は、特に同じく本発明により成形されている内側歯部を備えている。内側歯部は、考えうる実施形態にあっては、軸あるいは本発明による歯部が特定の行程分だけ軸方向に移動可能に収容されている、直線歯部（Ｇｒａｄｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）を備えている。

装置の有利な実施形態の場合、請求項１〜９のいずれか一つに記載のスプライン歯部は軸の両端部に構成されている。これにより中間軸が設けられ、この中間軸は例えば両端部において曲げられたスプライン歯部を介して接続しており、従って特に大きな角度が可能となり、あるいは所定の角度の場合、特に大きなトルクの伝達が可能になる。

好ましい実施形態において、軸とロールは０°より大きな、特に０．２°より大きな偏位角で互いに配置されている。その際に、偏位角は約５°未満、特に約２°〜５°の間であるのが特に好ましい。

以下に、実施例の図を手短に説明する。その他の詳細は実施例の詳細な説明から読み取ることができる。

歯の右側歯面の本発明による歯形修正が斜視図で示してある、本発明の実施例の歯の高さにわたる部分横断面図である。 印した切断面Ｂ−Ｂによる本発明による実施例の斜視図である。 図２の概略的Ｂ−Ｂ断面の平面図である。 歯すじの本発明による変更を概略図による、図３の詳細図を同じ斜視図で示した図である。 プロファイル角の偏位量φを備えたねじれの場合の実施例の概略的グラフを示す図であり、この角度偏位量は、度で示し、歯部の幅方向に延びるＺ方向に対して任意の曲線単位でプロットしてある。 冶金に関する設備のロールを駆動するための本発明による装置の部分図である。 図６の装置の詳細拡大図である。

まず、ピッチ円、歯先円、歯元円、母線、歯すじ、圧力角、ねじれおよびその他のような概念は、当業者には一般的に知られており、従ってこれ以上の説明が無くとも以下の記載において使用されることを述べておく。

図１は歯部１の歯２の歯面の概略横断面図を示している。歯すじは凸状に彎曲して延びている。すなわち歯すじは基本的にアーチ状歯部である。この歯面のすぐ右側には、歯溝３がある。歯部１の回転軸線は、横断平面に対して直角である。歯部の圧力角αは、異なる値を備えており、特に２６°と３４°の間の角度を採るのが好ましい。線６は公知のインボリュート歯車の模範的なインボリュート曲線６の形式の歯２の輪郭線である。もっとも本発明によれば歯２の根元部４および／または歯先５も低くされる。すなわち古典的なインボリュート形状に比べてさらに研磨されるのが好ましい。刃先５を削り取ることは、線７で示してあり、根元を削り取ることは線８で示してある。歯先円の歯先５を削り取ることは、区間あるいは間隔Ａ−Ａで示してある。歯元４あるいは歯先５を削り取ることが始まる半径あるいは直径は、参照符号９，１０で記してある。これらの点９，１０の間では、歯２の歯面の形状経過はインボリュート形状６に相当しているのが好ましいが、その他の一般的な形状推移部が描かれてもよい。図１に描いた歯先の削り取りと歯元の削り取りは、過度に大きく示してあり、従って概略的なものと理解する必要がある。同じことは半径９および１０にも言える。歯元の削り取りは、異なる値をとっているが、歯元円ではピッチ円で測定される歯厚の０．２％〜３％の間に達するのが好ましく、厚み方向は、歯部１の幅方向に対して垂直に起立している。歯先５は歯先円の０．１％〜２％だけ、あるいは（ピッチ円で測定された）歯厚の歯先円の高さまで削り取られているのが好ましい。歯先５の削り取りが始まるのが好ましく、あるいは全歯たけの５０％〜７０％の間で始まり、および／または歯元４の削り取りは、全歯たけの５０％〜６０％の間で始まる。その際に、全歯たけは歯先円と歯元円の半径の差として定義されている。別の言い方をすれば、歯先の削り取りあるいは歯元の削り取りは、歯先円半径と歯元円半径の差の前記パーセントの割り当て分に相当する。

図２には同様に本発明による歯部１の概略横断面図が示してあるが、歯すじの彎曲部あるいは変更は強調してある。図は二次元と解釈できる。歯部１の歯２ならびに歯２の間の歯溝３が見て取れる。左側の歯２の上端部の線は、幅方向（歯部の回転軸線の方向あるいは以下のようなＺ方向）にアーチ形に反った歯すじの最も高い位置である。左側の歯２の下側の境界線は、幅方向で見た状態の、歯部１の縁部の歯すじである。歯すじのアーチ状彎曲部は、研削工程により古典的に形成されたかあるいは製造された歯部から作りだされる。しかし当業者にとって公知の他の加工方法も使用可能である。その際に、アーチ状彎曲部は、幅方向で見て歯部１の中心に対して（鏡）対称であるのが好ましく、かつ特に外側に向かってアーチ形あるいは凸状である。

図２では区間Ｂ−Ｂを通じて、図３で示してあり、かつ説明してある切断平面が描いてある。この場合、切断平面Ｂ−Ｂは歯部１のピッチ円の歯部２のインボリュート６との交点を通って延びている。

従って、図３の断面図には歯２の右側の歯面の歯すじ１２が示してある。区間Ｃ−Ｃは、一目瞭然であるために、幅方向に対して垂直に、すなわち歯２の厚さ方向に延びている歯２の中心軸線であることを明らかにしている。図３の右下方には、図４において詳細に示してある部分図であることを明らかにしている長方形が描いてある。

図４には歯すじ１２の端部が幅方向Ｚで見た状態で示してある区間Ｄ−Ｄは、第一の位置での歯すじ１２を削り取ることを明らかにしている。歯すじ１２は特に外側に向かってあるいは凸状にアーチ状に反っている。歯すじ１２の削り取りは、研削工程により行われてもよいが、当業者にとって公知のその他の方法によって行われてもよい。歯すじの変更あるいは歯部１の縁部での歯すじ１２の削り取りは、幅方向で見た状態で、区間Ｅ−Ｅの量を備えている。図中の程度はここではほとんど概略的なものと理解すべきである。幅方向における歯部１の縁部における歯すじの削り取りは、好ましくは直線歯部の歯２の厚さの３％〜２０％の間に達していてもよく、あるいはピッチ円の高さでの歯２の最大厚さの点での厚さの３％〜２０％の間にあってもよい。

しかし全部ひっくるめて見て、図４における歯すじの削り取りは、歯部１の縁部では幅方向で見て、区間Ｅ−Ｅを通じてだけより量が多い。この場合に直線状に歯切りされた歯２に関する別の図示した削り取りは、任意のねじれにより、すなわち歯２のねじり（Ｖｅｒｄｒｉｌｌｕｎｇ）によって行われる。

歯のこのようなねじれは、Ｚ方向あるいは歯２の歯面の方向でのプロファイル角の偏位量φにより規定できる。このようなねじれに関する模範的な細部を図５のグラフに表してある。

図５はＺ方向でのねじれの好ましくは放物線状の形状推移部を示す。その際に、プロファイル角の偏位量φは、Ｚ方向での歯部１の幅に対して度の単位で表している。Ｚ軸に沿った数字は、１１０の歯部１の幅に関する例により理解でき、距離の単位は任意の尺度である。歯部１の中央におけるプロファイル角の偏位量は、幅方向で見て、ほぼ同様にゼロであり、かつ歯部１の縁部では最大になることが明らかである。この例では縁部では約０．５°である。しかし、例えば最大のプロファイル角の偏位量φが０．３°〜１．５°の間のねじれのようなねじれの別の大きさも考えられる。

先に挙げた数値はすべて、特に歯部１と第二の歯部、この好ましくは内側歯部の間の、すなわち０°〜５°の間の、特に有利なのは２°〜５°の間の偏位角と見なされている。

その際に第二の歯部は、その回転軸線でもって直接、ロールの軸線上にある。さらに第二の歯部はロール内に直接一体化されているか、あるいはロールのロールピンと接続可能であるか、あるいは接続しているカップリングスリーブ（Ｔｒｅｆｆｅｒ）内あり、その回転軸線はロールの回転軸線と一致しているのが好ましい。このようなカップリングスリーブは一般的によくあるようにロールを駆動スピンドルと接続する。

実施例に記載された歯部１は、好ましくは直線歯部であり、すなわち好ましくは斜めには噛合っていない。同じことは、好ましくは内側歯部により形成されている第二の歯部にも言える。

特に歯部１はロールを駆動するための駆動スピンドルに配置されており、この駆動スピンドルは連続鋳造設備あるいは他のストリップ処理ラインの圧延機に設けられている。このような駆動スピンドルの構造は一般的に知られている。歯部１は駆動スピンドルと一体に構成されているか、あるいは駆動スピンドルに取付けられている。

図６に示した、圧延機の互いに協働する二つのロール１３を駆動するための装置は、ロール１３の各々のために（図示していない）モータとモータ制御歯車１４の出力軸を備えており、ロール１３と出力軸１４の間には各々中間軸１５が配置されている。

中間軸１５は、いずれの端部においても本発明による歯部１６，１７を備えている。その際に、歯部１６はスプライン歯部の様式でロール１３の内側歯部１８に噛合い、別の歯部１７は出力軸１４の内側歯部１９に噛合う。その際に、中間軸は各々ロール１３に対しても、出力軸１４に対しても曲げた状態で配置されている。全体的に、ロール１３の軸の平行な間隔に相当するであろうよりも、出力軸１４あるいはモータおよび／または伝動装置の著しくより大きな間隔が互いに可能になる。

ロール１３の内側歯部１８は、直線歯部と認識されて形成されており、必要に応じて、本発明による直線歯部もあり、すなわち歯先領域および／または歯元領域における輪郭線は削り取られることができる。

内側歯部１８により、最大行程分だけ軸方向に中間軸１５の噛合う歯部１６の移動が可能になり、これにより圧延過程時のそれ自体公知の軸方向のロール１３の移動が可能になる。

１ 歯部
２ 歯
３ 歯溝
４ 歯元
５ 歯先
６ インボリュート
７ 削り取られた歯先の輪郭線
８ 削り取られた歯元の輪郭線
９ 歯元の削り取られた位置の半径
１０ 歯先の削り取られた位置の半径
１１ インボリュートとピッチ円の交点
１２ 歯すじ
１３ ロール
１４ 出力軸
１５ 中間軸
１６ 歯部
１７ 歯部
１８ 内側歯部
１９ 内側歯部
Ａ−Ａ 歯先円での歯先の削り取り量
Ｂ−Ｂ 歯の断面
Ｃ−Ｃ 歯厚の方向での歯部の中心線
Ｄ−Ｄ 歯すじの削り取りの第一の量
Ｅ−Ｅ 歯すじの削り取りの第二の量
α 圧力角
φ プロファイル角の偏位量
Ｚ 歯部の幅方向

Claims (20)

1. 第二の歯部に噛合う歯部（１）を備えたスプライン歯部であって、
   この歯部（１）が複数の歯（２）を備え、
   歯（２）の歯すじ（１２）が、湾曲部を備え、偏位角が第二の歯部の回転軸線と歯部の回転軸線の間に構成されている歯部において、
   前記歯（２）が、歯（２）の歯面の方向におけるプロファイル角の偏位量（φ）の形態のねじれを有するように構成されていることを特徴とするスプライン歯部。
2. 前記歯（２）の歯面が、インボリュート形状に対して歯先の輪郭を削り取ることにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のスプライン歯部。
3. 前記歯（２）の歯面が、インボリュート形状に対して歯元の輪郭を削り取ることにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスプライン歯部。
4. 歯面の輪郭線が歯元（４）および／または歯先（５）において、
   インボリュート歯部の理論的な歯面と削り取られた歯面の間の輪郭線の差が、インボリュート歯部の輪郭にわたる転がり軌道の関数として少なくとも２乗と共に上昇するように、少なくとも放物線状に削り取られていることを特徴とする請求項２または３に記載のスプライン歯部。
5. 歯元（４）が歯元円においてピッチ円での歯厚の０．２％〜３％の間で削り取られており、および／または歯先（５）が歯先円においてピッチ円での歯厚の０．１％〜２％の間で削り取られていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のスプライン歯部。
6. 母線が二つの歯の間の底部の形状推移部として幅方向で対称にアーチ状に湾曲していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスプライン歯部。
7. 歯すじ（１２）の彎曲部は、ピッチ円の高さでの各歯（２）の最大厚さとピッチ円の高さでの各歯（２）の最小厚さの差が、ピッチ円の高さでの各歯（２）の最大厚さの３％〜２０％の間の値に相当するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のスプライン歯部。
8. 歯（２）のねじれが、０．３°〜１．５°の間の最大のプロファイル角の偏位量（φ）により形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のスプライン歯部。
9. 歯（２）のねじれが、歯（２）の歯面の方向でほぼ放射線状に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のスプライン歯部。
10. 圧延機あるいは連続鋳造設備において、ロール（１３）を駆動するための駆動スピンドルにスプライン歯部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスプライン歯部。
11. 軸（１５）と請求項１〜１０のいずれか一つに記載のスプライン歯部（１６，１７，１８，１９）を備えた、冶金に関する設備のロールを駆動するための装置において、
    前記軸（１５）が、前記スプライン歯部（１６，１７，１８，１９）の歯部（１６，１７）を備えていることを特徴とする装置。
12. 歯部（１６，１７）が軸（１５）の両端部に構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 軸（１５）とロール（１３）が、０°より大きな偏位角で互いに配置されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
14. 偏位角が最大で５°であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の、第二の歯部に噛合う歯部（１）を備えたスプライン歯部を製造するための方法であって、
    この方法が複数の歯を備えた歯部を製造する工程を備えた方法において、
    歯部（１）の回転軸線が第二の歯部の回転軸線に対してある偏位角で駆動できるように、製造される歯部における後加工の以下の工程、すなわち
    歯が湾曲部を備えるように、歯（２）の歯すじ（１２）を加工する工程、および
    前記歯が、歯（２）の歯面の方向におけるプロファイル角の偏位量（φ）の形態のねじれを有するように構成されるように歯（２）を加工する工程が実施されることを特徴とする方法。
16. 後加工がさらに以下の工程、すなわち歯（２）の歯先の歯面を、前記歯先がインボリュート形状に対して削り取られるように加工する工程を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 後加工がさらに以下の工程、すなわち歯（２）の歯元の歯面を、前記歯元がインボリュート形状に対して削り取られるように加工する工程を備えている
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
18. 歯元（４）および／または歯先（５）の輪郭線が、インボリュート歯部の理論的な歯面と本発明により削り取られた歯面の間の輪郭の差が、インボリュート歯部の輪郭にわたる転がり軌道の関数として少なくとも２乗と共に上昇するように、少なくとも放物線状に削り取られていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
19. 後加工がさらに以下の工程、すなわち母線が幅方向に湾曲部を備えるように、二つの歯の間の底部の形状推移部としての歯部（１）の母線を加工する工程を備えていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一つに記載の方法。
20. 工程の少なくとも一つにおける後加工が、少なくとも一つの研削工程により、あるいは歯面毎に厳正に一つの研削工程により行われることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一つに記載の方法。

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