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CN102753282B - 用于制造鼓形齿部的辊轧工具和方法 - Google Patents

用于制造鼓形齿部的辊轧工具和方法 Download PDF

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CN102753282B CN201080057839.9A CN201080057839A CN102753282B CN 102753282 B CN102753282 B CN 102753282B CN 201080057839 A CN201080057839 A CN 201080057839A CN 102753282 B CN102753282 B CN 102753282B
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Abstract

本发明涉及一种用于通过横向辊轧制造齿轮(5)上的鼓形的齿部的辊轧工具(2),特别是用于至少局部地对齿轮(5)的齿部进行压固,所述辊轧工具具有工具体(6),所述工具体具有径向向外突出的多个工具齿(7),用于啮合地嵌接到待辊轧的齿轮(5)的齿部中,其中,各工具齿(7)在齿面的区域内沿轴向方向至少局部地构造成空心鼓形的。本发明还涉及另一种用于制造鼓形齿部的工具以及一种装置、一种方法和一种齿轮。

Description

用于制造鼓形齿部的辊轧工具和方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过横向辊轧制造齿轮上的鼓形的齿部的辊轧工具,特别是用于至少局部地压固齿轮的齿部,具有工具体,所述工具体具有径向向外突出的工具齿,用于与待辊轧的齿轮的齿部啮合地嵌接,本发明还涉及一种用于辊轧齿轮的齿部的装置,特别是用于至少局部地对齿轮的齿部进行压固,具有两个齿轮式的辊轧工具,用于与所述齿轮的齿部啮合地嵌接,其中所述辊轧工具分别保持在一个保持装置中,所述保持装置设置在一个辊轧主轴上,本发明还涉及一种用于至少局部地对齿轮的齿部压固的方法,所述方法在两个辊轧工具的工具齿部的齿啮合嵌接的情况下通过横向辊轧实施,本发明还涉及一种齿轮,所述齿轮带有具有多个齿的端齿部,其中各齿在齿面的区域中具有沿轴向方向延伸的具有凸形曲面的齿宽鼓形。 
背景技术
对于运行齿部常见的是,为了实现良好的运行特性,在齿宽度上设置圆弧形球状形式的齿部改形结构。通常已知,通过构造成球状的齿部能够避免不利的表面承压曲线图,例如棱边承载 就是说,齿面的接触区域只在齿部的边缘区域出现,这会导致在接触区域上局部过高的压力。此外棱边承载还导致齿部不利的噪声特性。球形齿部的附加的优点在于,能够补偿安装有工作齿轮轴的平行度误差。 
齿宽鼓形例如可以在齿部的例如通过珩磨或研磨实现的硬齿面精加工过程中设置。由于对齿部的质量要求低可能省去硬齿面精加工,在热处理之前在制造齿部的过程中形成齿宽鼓形是有利的。 
由DE 1 652 654 A已知一种用于对齿轮的齿部进行鼓形辊轧的方法,根据该方法,工件的轴线相对于辊轧工具一方面绕辊轧轴线旋转运 动,另一方面辊轧轴线沿锥形轨道进行摇摆运动,该锥形的顶端位于辊轧轴线上,其中工件绕辊轧轴线的旋转速度和附加的摇摆运动的转速彼此不同。为了执行所述方法,工件夹紧在两个尾架顶尖 之间,所述尾架顶尖相对于辊轧轴线偏心地位于两个锥形的锥面上,所述锥形的尖端位于辊轧轴线上,在结束主变形过程之后,能摆动支承的辊轧头以希望的鼓形的值沿从其初始位置起的一个或多个方向摆动离开辊轧轴线。由此可以实现齿部径向的鼓形或齿部纵向鼓形,就是说轴向鼓形。这里不利的是,附要进行附加的摇摆运动,由此难以或根本不能制造高精度齿部。 
由DE 2 060 579 A已知一种齿轮式的辊轧工具,用于无切屑地对具有内齿或外齿的齿轮、特别是直齿轮或锥齿轮的预先成齿的齿面进行精加工,所述精加工通过借助于工具和工件的齿面之间的面压力导致的变形来实现。辊轧工具本身具有鼓形的齿部,以便由此提供较小的接触区,以便在外部挤压力较小的情况下能够实现必要的面压力。但在该文件中没有记载在齿轮上形成齿宽鼓形。 
由DE 32 19 674 A1已知一种用于冷辊轧鼓形齿部的齿条状工具,具有一个工具座和一个安装在工具座上工具嵌件。工具嵌件具有通过对工具嵌件进行直线研磨和弯曲形成的齿部,所述齿部的齿形与鼓形齿部的齿形互补。工具嵌件的制造可以这样进行,在一平坦的、板状的具有平的主面的嵌件毛坯上通过直线研磨形成具有直齿的齿部,然后将该嵌件固定在齿条上,使得得到对于利用工具进行的加工得到所述齿的希望的与鼓形齿部互补的形状。这里不利的是,所述工具在齿轮制造的连续的生产过程中只能有条件地使用,并且由于工具嵌件中的必须的弯曲,一方面难以获得具有较小公差的齿部,另一方面,即使材料具有弹性特性,工具嵌件本身也始终受到持续的弯曲应力。 
发明内容
本发明的目的是提供这样的可能性,利用这种可能性能够制造齿轮上齿宽鼓形的齿部。 
根据本发明,通过前面所述的辊轧工具来实现所述目的,其中,工具齿在齿面的区域沿轴向方向至少局部地构造成空心鼓形的,独立于此地,还通过一种辊轧工具来实现,其中,工具体沿轴向方向具有压固区域和与压固区域分开的用于在齿轮的齿部上形成鼓形的区域,独立于此地,所述目的还通过一种开头所述的装置来实现,其中辊轧主轴构造成能摆动的和/或保持装置的至少一部分构造成能摆动的,独立于此,所述目的通过一种方法来实现,其中,利用工具本发明的辊轧工具或者利用根据本发明的用于辊轧齿轮的齿部的装置来实施压固,所述目的还通过一种齿轮来实现,其中齿宽鼓形具有曲率半径的渐进的变化过程,其中所述曲率半径由曲面的顶点区域开始直至与齿轮端面的过渡区域中逐渐变大。 
通过工具齿的齿面的空心鼓形的结构,就是说通过其向内凹入地弯曲的表面,齿宽鼓形在烧结齿轮的压固过程中通过横向辊轧设置在待制造的齿轮上,从而实现了一种用于形成齿宽鼓形的与节拍时间无关(taktzeitneutral)的加工。这里可以构成鼓形的任意的曲线形状,例如圆弧形,由多个圆弧组成的分段的形状和直线等等。此外有利的是,整个齿,即齿根、齿面和齿顶都被辊轧,从而可以实现完成的齿轮的保持一致的表面质量。因此在所谓的硬齿面精加工的过程中形成齿宽鼓形或通过单独的工序形成齿宽鼓形可以省去。由此可以在没有后加工的情况下实现具有良好运行特性的所谓“净成形(net shape)”的齿部。通过辊轧工具具有单独的压固区域的结构实现了,可以简化工具制造。此外实际上由此不会或者不会明显地延长辊轧时间。这里有利地还有,在工具的压固区域发生断裂时仍可以继续使用这种昂贵的工具用于形成鼓形。所述工具通常利用研磨技术在CNC形廓研磨机上制成,因此这种工具是特别昂贵的。这种工具结构也适于在具有斜齿的齿轮上形成齿面的鼓形,其方式是不可轴向移动地固定保持待制造的齿轮。 
利用根据本发明的用于辊轧齿轮的装置还可以实现,通过摆入程度可以调整鼓形的几何形状,为此由此在辊轧时也可以不需要复杂的辊轧工具实现设置齿宽鼓形,从而同样可以采用由现有技术已知的传统的圆 柱形辊轧工具。在本发明的这种实施方案中,在烧结齿轮的压固过程中可以通过横向辊轧构成齿宽鼓形,由此也实现了节拍时间无关性。 
一般而言实现了这样的优点,即,通过辊轧可以较为简单地形成任意的曲线形状。例如除了前面所述的形状以外的鼓形的形状也可以实现多种功能。由此鼓形例如可以构造成渐变的,就是说,曲率朝齿部的边缘,即朝齿轮的端面变大。这特别是有这样的优点,即在载荷较小时几乎整个齿轮宽度就已经与配合齿轮发生接触。如果随后载荷升高,则所述渐变的形状对于接触面的扩大贡献并不明显,但非常有效地防止了齿轮的棱边变成接触面并由此形成所谓的棱边承载。由于在棱边处会出现强烈的非线性特性,避免棱边承载实现了齿轮有利的噪声特性。 
为了说明应指出,术语齿宽鼓形是在齿轮的齿沿轴向方向的鼓形。 
空心鼓形的区域沿径向方向可以具有至少两个相互不同的曲率半径并由此实现了齿轮更好的表面承压曲线图。 
根据所述辊轧工具的一个实施方案设定,在齿面上沿轴向方向相继地设置多个空心鼓形区域。通过辊轧工具的这种多道性可以同时加工多个齿轮。另一方面由此对于单个齿轮可以只利用一个辊轧工具完成齿部加工的不同加工步骤。 
这里有利的是,在两个相邻设置的区域之间构成腹板。由此可以在辊轧多个齿轮的齿部时改进轨道稳定性(Spurtreue)。 
多个空心鼓形区域中的至少两个区域可以沿轴向方向具有彼此不同的凹形的曲面,由此齿轮的齿部的齿宽鼓形在其几何形状方面能够实现较高的精度,因为按多个单步骤实现的加工使得变形的程度较小。 
这里特别是不同地凹入弯曲的、空心鼓形的区域的顺序可以这样设计,即,在各个加工步骤之间空心鼓形的曲率半径增加,从而在前后相继的区域中材料可以被带入边缘区域中,即带入棱边区域中,就是说齿轮的端面和齿部之间的过渡部中,由此可以提高所述边缘区域中的强度。 
所述多个空心鼓形区域中的至少两个区域可以至少在凹形的曲面的顶点区域中在其直径上是不同的。由此又可以更好地调整压固过程本身。特别是这样设计直径变化,使得在各区域之间辊轧工具的在空心鼓形的 区域的顶点区域中的直径增加,通过在该区域中的压固可以提高。当然这里也可以恰好相反得从一个区域到下一个区域使得直径降低,从而,在重新进入具有较大直径的区域之前,在两个单个的压固步骤之间形成卸荷区,并由此可以至少在齿轮齿部的表面区域内实现较高的密度。 
在辊轧工具的一个实施方案中,压固区域与用于形成待制造的齿轮的齿部的鼓形的成形区域是分开的,在该实施方案中设定,这两个区域通过第三区域相互分开,所述第三区域具有比连接在其上的所述两个区域小的直径。这种中间区域有助于在齿轮从压固工具转移到成形工具的区域中时实现“穿入”,由此可以顺利地并且对齿轮有保护地、就是说对待制造的齿部有保护地实现所述转移。 
在本发明的该方案中也可以将压固区域构造成多道的并且沿轴向方向具有这样的宽度,该宽度为待压固的齿轮沿相同方向的宽度的多倍。由此可以同时压固多个齿轮,即压固多个齿轮的齿部,从而可以提高用于使齿宽鼓形成形的区域的利用率,这是特别有利的,因为所述成形与压固过程相比允许实现较短的节拍时间。另一方面,由此也可以将压固过程构造成多级的,其中通过简单的移动可以使齿轮依次地从一个轨道(Spur)转换到另一个轨道,其中这里也同样可以实现具有卸荷区域的方案或具有压固工具逐渐增加的直径的方案。 
此外,在这种辊轧工具中还可以设定,用于在齿轮的齿部上形成鼓形的区域根据本发明前面所述的结构和方案构成,并且为此可以相应地具有前面所述的优点。同样存在这样的可能性,即,在根据本发明的用于辊轧齿轮的齿部的装置中,辊轧工具根据本发明的前面所述的实施方案构成。 
附图说明
为更好地理解本发明,下面根据附图详细说明本发明。 
图中用示意性的简化图示出: 
图1示出用于齿轮的辊轧装置的一个局部的侧视图; 
图2根据本发明的第一实施方案的辊轧工具; 
图3示出根据图2的辊轧工具的工具齿沿图2中的III-III剖切的剖视图; 
图4示出根据本发明的辊轧工具的一个实施方案的工具齿的剖面的俯视图; 
图5示出根据本发明的另一个实施方案的工具齿的剖面的俯视图; 
图6示出具有分离的压固和鼓形成形的区域的辊轧工具; 
图7示出处于初始位置的辊轧装置的一个实施方案; 
图8示出根据图7的带有摆入的辊轧主轴的辊轧装置; 
图9示出处于初始位置的辊轧装置的一个实施方案; 
图10示出根据图9的带有摆入的辊轧滑块的辊轧装置; 
图11用俯视图示出根据本发明的齿轮的一个齿的剖视图。 
具体实施方式
首先应确定,在不同地说明的实施例中,相同的部件用相同的附图标记或相同的构件名称表示,其中包含在整个说明书中的公开内容可以合理地转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。在说明书中选用的位置说明,例如上、下、侧等也涉及当前说明的或示出的附图,并在位置改变时时能合理地转用到新的位置。 
图1示出用于辊轧齿轮的齿部的装置1,如由现有技术已知的所述装置。该装置1包括两个构造成齿轮式的辊轧工具2,它们能旋转地分别保持在一个保持装置3、特别是辊轧滑座中。这里所述保持装置3分别设置在自己的滑座主轴4上。 
辊轧工具2,即其齿部与待制造的齿轮5的齿部处于啮合嵌接。齿轮5本身优选按烧结法由烧结材料构成并已经具有齿部的粗轮廓。 
在辊轧过程中,辊轧工具2和齿轮5都发生旋转,为此至少一个所述辊轧工具2可以是受驱动的。但也可以驱动两个辊轧工具2,或者存在这样的可能性,即第二辊轧工具2是从动件,并且对第一辊轧工具2的驱动通过齿轮5传递到该第二辊轧工具2上。另一方面还存在这样的可能性,驱动齿轮5本身,并且两个辊轧工具2只是所谓的 从动件。 
图2中用侧视图示出其中一个辊轧工具2。辊轧工具2包括工具体6,所述工具体具有沿径向向外突出的工具齿7,用于啮合地嵌接到待辊轧的齿轮5(图1)的齿部中。 
图3示出一个工具齿7根据图2中的剖切面III-III的横向剖视图,根据图3,该工具齿7构造成空心鼓形的,具有指向内部的凹入的曲面8。这里该曲面构造成与待制造的齿轮5的齿部的齿面的待形成的鼓形的凸出的曲面互补。空心鼓形优选从辊轧工具2(图2)的齿根9一直延伸到齿顶10。由此通过横向辊轧可以在待制造的齿轮5中形成齿面的鼓形,同时也可以实现对烧结齿轮的压固或者由此也可以根据曲面8实现材料排压并由此实现齿轮5的齿部的优选的区域、例如边缘区域的压固,即在从端侧到齿面的过渡部的区域中实现压固。 
空心鼓形、即曲面8可以具有不同的几何上的外形。如图3所示,在最简单的情况下,它构造成圆弧形的。但也存在这样的可能性,即曲面8由不同的区域组成,例如具有不同曲率半径的区域。这些具有不同曲率半径的区域这里可以由直线的区域中断。 
通常还存在这样的可能性,即,具有不同曲率半径的空心鼓形在其曲率变化上构造成,由此可以制造这样的齿轮5,所述齿轮具有更好的表面承压曲线图,或由此可以补偿齿面的不精确性。例如齿面在中间区域中的曲率可能具有大于齿面两个边缘区域至少之一中的曲率半径,或者相反。也可以以多于两个不同的曲率半径实现更细的分级。 
图4示出根据本发明的辊轧工具2的一个实施方案的一个工具齿7的剖视图。该工具齿7这里分成三个区域11至13,由此形成三个轨道。由此可以一个在用于在齿面区域形成鼓形的辊轧处理的同时加工三个齿轮5(图1)。 
当然可以在辊轧工具2上设置多于三个这种区域11至13。 
另一方面由此可以如图5中所示的那样,辊轧工具2上的这些区域11、12构造成不同的,图5同样用辊轧工具2的一个实施形式的横向剖视图和俯视图示出一个齿7。如图所示,例如在曲面8的顶点区 域14中的区域11可以具有比顶点区域16小的直径15,该顶点区域在该情况下具有大于直径15的直径17。由此在齿轮5(图1)的齿面的区域内的压固和/或形成鼓形可以分解成不同的前后相继的加工步骤,即例如如图5所示,进行两级的压固,其方式是,在第一压固步骤中,在区域11中横向辊轧齿轮5,在第二压固步骤中在区域12中进行进一步的压固。 
另一方面可以如在图5中用虚线示出的那样,两个区域11、12在其曲面8、就是说曲率半径上是不同的,其中在区域11中,曲面8具有小于区域12的曲面18的半径。在该实施方案中,两个曲面8、18也可以不是像所示的那样构造成圆弧形的,而是它们可以具有其他几何分布,例如曲面8、18中的至少一个的内部有不同的曲率半径,如前面所述的那样。 
当然在本发明的范围内也存在这样的可能性,即,区域11、12是倒转的,从而就是说齿轮5(图1)首先通过具有较大直径的区域12,由此进行相应的压固和成形,此后该齿轮5通过区域11,其中在该区域11中,由于与区域12的直径17相比较小的直径15可以实现压固区域的卸荷,此后还连接另一个区域,该区域在图5中没有示出,它具有比直径15大的直径,由此进行下一个压固步骤,该直径也可以大于区域12的直径17。 
此外如图5所示,区域11至13可以通过腹板19相互分开。 
图6示出辊轧工具2的一个实施方案,其中该辊轧工具构造成三部分式的,具有第一部分20、中间的第二部分21以及第三部分22,所述第三部分连接在第二部分21上。所述部分20这里构造成压固区域23,仅利用该压固区域在齿部的区域内对齿轮5(图1)进行压固,就是说在齿根和/或齿面和/或齿顶的区域内进行压固。利用与部分20和22相比直径较小的中间的区域在装置1(图1)运行期间、即在辊轧工具2运转时,使得啮合的齿轮5从部分20的压固区域23到部分22的转移变得容易。部分22又构成辊轧工具2的一个区域24,在该区域中最终形成齿轮1(图1)的齿部的齿的齿宽鼓形。 
在对此的一个实施方案中,可以省去中间的部分21,由此压固区域23之间连接在用于形成鼓形的区域24上。所有部分,即部分20至22或20和22在工具体6上径向向外突出地承载带有工具齿7的工具齿部。 
工具部分22,即其工具齿7如前面所述的那样构成。 
尽管多部分式的形式由于前面所述的原因是优选的,也可以将该辊轧工具2根据图6构造成一体的。 
还存在这样的可能性,即,压固区域23同样具有多于一个轨道,从而能够同时对多个齿轮5(图1)进行齿部的压固过程。 
图7和8示出根据本发明的用于辊轧齿部并形成齿轮5的齿宽鼓形的装置1的第一实施方案。这里设有辊轧工具2的辊轧主轴24从图7所示的初始位置中在一个竖直平面内摆出一定的角度量,如图8所示,在初始位置,辊轧主轴24和齿轮5的轴线是共线地定向的,从而这两个轴线的共线性不再存在。齿轮5在其轴线方面在此保持不变。辊轧工具2同时也与辊轧主轴24一起摆动,如图8所示的那样。由此在摆动范围上实现齿轮5的齿部的齿宽鼓形的不同的曲率。摆动范围例如可以达到12°,特别是在0°至9°之间。 
替代或附加于辊轧主轴24的所述摆动,图9和10示出装置1的一个实施方案,在该实施方案中保持装置3构造成多部分式的并具有辊轧滑座26,所述辊轧滑座在保持装置3中根据箭头27从初始位置中能摆动到在一水平平面中的摆入位置(图10)中。辊轧主轴24本身此时相对于齿轮5的保持不变的轴线在该平面中跟随摆动。利用该实施方案也能实现齿轮5的齿部的齿的相应的齿宽鼓形,这种齿宽鼓形的程度可以通过辊轧滑座26相对于初始位置(图9)的调节角度来调整。两个辊轧滑座26在其背向齿轮的背面具有凸形的面,所述凸形的面能在保持装置3的工具座的凹形的面上滑动,以实现摆动。当然也可以设置相应的主轴机构或类似物。 
也可以设想两个方案的组合,从而辊轧主轴25既能够在水平的平面也能够在竖直的平面内摆动。 
图11最后示出齿轮5的齿部的一个齿28的横向剖视图,其中该齿28具有齿宽鼓形,所述齿宽鼓形具有渐进的变化过程,其中鼓形的曲率半径从一个顶点区域29出发朝端面30的方向增加,由此实现了前面所述的效果。 
这里也可以设置齿宽鼓形的多个曲面变化过程,从而曲率从顶点区域29出发可以朝端面30的方向逐步地或连续地增加。 
这些实施例示出装置1和辊轧工具2可能的实施方案,在这里应指出,本发明不局限于本发明的所述特别示出的实施方案,而是相反也可以实现各个实施方案相互间的各种不同的组合,并且这些变化可能性由于通过本发明的用于技术处理的教导是本领域技术人员可以掌握的。 
为符合规定,最终应指出,为了更好地理解装置1和辊轧工具2的结构,所述装置和辊轧工具或其组成部分部分地是不符合比例地和/或放大和/或缩小地示出的。 
附图标记列表 
1   装置 
2   辊轧工具 
3   保持装置 
4   滑座主轴 
5   齿轮 
6   工具体 
7   工具齿 
8   曲面 
9   齿根 
10  齿顶 
11  区域 
12  区域 
13  区域 
14  顶点区域 
15  直径 
16  顶点区域 
17  直径 
18  曲面 
19  腹板 
20  部分 
21  部分 
22  部分 
23  压固区域 
24  辊轧主轴 
25  区域 
26  辊轧滑座 
27  箭头 
28  齿 
29  顶点区域 
30  端面 

Claims (6)

1.一种用于通过横向辊轧制造齿轮(5)上的鼓形的齿部的辊轧工具(2),用于至少局部地对齿轮(5)的齿部进行压固,构造成齿轮式的所述辊轧工具能旋转地保持在保持装置(3)中,所述辊轧工具具有工具体(6),所述工具体具有径向向外突出的多个工具齿(7),用于啮合地嵌接到待辊轧的齿轮(5)的齿部中,各工具齿(7)在齿面的区域内沿轴向方向至少局部地构造成空心鼓形的,其特征在于,在齿面上沿轴向方向相继地设置多个空心鼓形的区域(11至13)。
2.根据权利要求1所述的辊轧工具,其特征在于,空心鼓形的区域沿径向方向具有至少两个彼此不同的曲率半径。
3.根据权利要求1或2所述的辊轧工具(2),其特征在于,在每两个相邻设置的所述区域(11至13)之间构成腹板(19)。
4.根据权利要求1或2所述的辊轧工具(2),其特征在于,所述多个空心鼓形的区域(11至13)中的至少两个空心鼓形的区域沿轴向方向具有彼此不同的凹入的曲率(8、18)。
5.根据权利要求4所述的辊轧工具(2),其特征在于,所述多个空心鼓形的区域(11至13)中的至少两个空心鼓形的区域至少在凹入的曲率(8、18)的顶点区域(14、16)中具有不同的直径(15、17)。
6.一种用于至少局部地压固齿轮(5)的齿部的方法,所述方法在两个辊轧工具(2)的工具齿部的工具齿(7)啮合地嵌接的情况下通过横向辊轧齿部来进行压固,其特征在于,利用根据权利要求1至5之一所述的辊轧工具(2)来实现压固。
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