專利名稱：用于從旋轉(zhuǎn)卡盤向鉆鋼傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向鉆巖機(jī)中的鉆鋼傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器是經(jīng)受磨損的可更換部件，并且已經(jīng)被設(shè)計(jì)用來(lái)安裝在鉆巖機(jī)的齒輪箱中，在其中，它的任務(wù)是從旋轉(zhuǎn)卡盤向鉆鋼傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)。在傳遞過(guò)程中，鉆鋼可在驅(qū)動(dòng)器中軸向的移動(dòng)。為了該目的，驅(qū)動(dòng)器外部具有多邊形輪廓并且內(nèi)部設(shè)有花鍵。在本發(fā)明中的多邊形輪廓和花鍵以新穎的方式設(shè)置，其增加了驅(qū)動(dòng)器的使用壽命，并且降低了疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明也涉及包括至少一個(gè)這樣的驅(qū)動(dòng)器的鉆巖機(jī)。
背景技術(shù)：
圖I示出了鉆巖機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)的齒輪箱I的簡(jiǎn)化截面。在齒輪箱I的中央處可以看到鉆鋼2的已知為柄適配器的上部。柄適配器外部設(shè)有花鍵。柄適配器被插入已知內(nèi)部設(shè)有與柄適配器的花鍵對(duì)應(yīng)的花鍵4的驅(qū)動(dòng)器3中。驅(qū)動(dòng)器3設(shè)有外部多邊形輪廓并且安裝在具有與驅(qū)動(dòng)器3的多邊形輪廓對(duì)應(yīng)的內(nèi)部多邊形輪廓的旋轉(zhuǎn)卡盤5內(nèi)。旋轉(zhuǎn)卡盤5設(shè)置在齒輪箱I的軸承上并且通過(guò)齒輪(圖中未示出)借助于鉆巖機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。傳遞的扭矩可以共計(jì)達(dá)IOOONm或更多。
驅(qū)動(dòng)器3的橫截面外部由曲線限定，曲線被結(jié)合以形成閉合圖形6，閉合圖形6近似地描述成具有三條邊7和三個(gè)角部8的多邊形。該類型的結(jié)合的圖形通常被稱為“多邊形輪廓”。圖形6被從驅(qū)動(dòng)器3的中心繪出并且經(jīng)過(guò)圖形6的角部8的三條對(duì)稱假想線9 橫斷，使得它們圍繞對(duì)稱線9對(duì)稱地分布。
驅(qū)動(dòng)器3的橫截面內(nèi)部由具有八個(gè)花鍵齒10和八個(gè)花鍵空隙11的花鍵4限定。 附圖明確了八個(gè)花鍵空隙11中只有一個(gè)可能圍繞三條對(duì)稱線9中的任何一條對(duì)稱地設(shè)置。 當(dāng)花鍵空隙11中的一個(gè)圍繞最上部的對(duì)稱線9對(duì)稱地設(shè)置時(shí)，兩個(gè)花鍵齒10獲得圍繞兩條較低的對(duì)稱線9的不對(duì)稱分布。如果花鍵齒10中的一個(gè)已經(jīng)被最初的設(shè)置，則將獲得類似結(jié)果。不對(duì)稱使得驅(qū)動(dòng)器3的某些部分比驅(qū)動(dòng)器3的其他部分承受更高的載荷。
圖2示出了圖I的現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)器3的花鍵空隙11中的一個(gè)、鉆鋼2的柄適配器以及旋轉(zhuǎn)卡盤5的放大橫截面。旋轉(zhuǎn)卡盤5的旋轉(zhuǎn)方向通過(guò)底部的箭頭示出。驅(qū)動(dòng)器3設(shè)置成使得花鍵4的底圓直徑d2與頂圓直徑dl的比值為I. 38。柄適配器的花鍵齒的頂圓的直徑D2適合使得其構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器3的花鍵4的底圓的直徑d2的大約98%。在柄適配器的花鍵齒10和驅(qū)動(dòng)器3之間的布置和接觸壓力導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器3的少量材料在扭矩傳遞過(guò)程中被向下擠壓到花鍵空隙11的齒根半徑12處。被向下擠壓的材料沿著半徑12構(gòu)成斷裂凹口或毛刺13而且這樣損害了它的保護(hù)以免受疲勞失效的功能。附圖示出了這些毛刺13如何引發(fā)在齒根半徑12的裂縫的形成。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是獲得一種根據(jù)權(quán)利要求的、克服前文描述的缺點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器和鉆巖機(jī)。在本發(fā)明中的多邊形輪廓和花鍵以新穎方式設(shè)置，其降低了負(fù)載并且使負(fù)載在驅(qū)動(dòng)器上均勻地分布。驅(qū)動(dòng)器的花鍵設(shè)計(jì)成能夠?qū)е伦鳛槟p結(jié)果產(chǎn)生的毛刺與半徑的底部分開(kāi)。本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，在不明顯增加齒輪箱的外尺寸的情況下引入這一優(yōu)點(diǎn)。


將借助附圖3至7更具體地描述本發(fā)明。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的減小的橫截面。圖4示出了安裝在鉆巖機(jī)的齒輪箱中的圖3中的驅(qū)動(dòng)器的詳細(xì)的放大橫截面。 圖5至7示出了驅(qū)動(dòng)器的花鍵的替代性的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施方式
圖3示出了驅(qū)動(dòng)器3的橫截面。驅(qū)動(dòng)器具有沿著其整個(gè)長(zhǎng)度基本上相同的橫截面。 驅(qū)動(dòng)器3的長(zhǎng)度適合使得在扭矩的傳遞過(guò)程中，獲得可接受的接觸壓力。驅(qū)動(dòng)器3由銅制成，但是可以由鑄鐵或其他具有類似摩擦性質(zhì)的材料制成。
驅(qū)動(dòng)器3的橫截面外部由曲線限定，或者是多個(gè)精確的弧段，它們結(jié)合以形成閉合圖形6。在本發(fā)明中的閉合圖形6包括四條邊7和四個(gè)角部8，并且能近似地描述成凸多邊形。多邊形被定義為由直線，即，平直的曲線限定的平面圖形。如果在閉合圖形6的邊7 的假想延長(zhǎng)線的交點(diǎn)之間劃直線，則形成多邊形。(延長(zhǎng)線和多邊形在圖中以虛線示出。) 該情形限定了在該上下文中“近似地”的概念的意義。
每條邊7包括圓形弧段，所有邊7的所有圓形弧段具有相同的半徑和長(zhǎng)度。角部8 以類似的方式設(shè)置。每個(gè)角部8包括圓形弧段，并且所有角部8的所有圓形弧段具有相同的半徑和長(zhǎng)度?？梢栽试S邊7或角部8包括除了圓形弧段之外的其他類型的弧段和/或曲線?；《沃g的連接處被設(shè)置在連接的弧段的切線相交的點(diǎn)處。其結(jié)果是在驅(qū)動(dòng)器3中不產(chǎn)生高的張力集中。
驅(qū)動(dòng)器的橫截面內(nèi)部由花鍵4限定?；ㄦI4包括多個(gè)花鍵齒，花鍵齒的數(shù)量可被 4整除，例如具有八個(gè)花鍵齒10和八個(gè)花鍵空隙11的一個(gè)花鍵裝置4。還可以設(shè)置花鍵4 具有十二個(gè)或者十六個(gè)花鍵齒10?；ㄦI4設(shè)置成使得花鍵齒10中的四個(gè)獲得圍繞對(duì)稱假想線9的對(duì)稱分布，對(duì)稱假想線9從驅(qū)動(dòng)器3的中心延伸穿過(guò)閉合圖形6。對(duì)稱線9已經(jīng)被繪成使得圖形6圍繞對(duì)稱線9對(duì)稱地分布。優(yōu)選的，花鍵4設(shè)置有八個(gè)或者十二個(gè)花鍵齒 10并且使得花鍵齒10中的四個(gè)獲得圍繞對(duì)稱假想線9的對(duì)稱分布，該對(duì)稱假想線9從驅(qū)動(dòng)器3的中心延伸穿過(guò)閉合圖形6的角部8。該布置確保了負(fù)載最小化并且負(fù)載對(duì)稱地分布在驅(qū)動(dòng)器3內(nèi)。這些有利的性能與驅(qū)動(dòng)器3的旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，并且由此，錯(cuò)誤裝配的風(fēng)險(xiǎn)較小。還可以圍繞穿過(guò)角部8的對(duì)稱線9對(duì)稱地分布花鍵4的花鍵空隙11中的四個(gè)。在該情形中，驅(qū)動(dòng)器3中的負(fù)載將略微變大，但是它們?nèi)詫⒌陀谇拔拿枋龅默F(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器中的負(fù)載。
花鍵4的花鍵齒10和花鍵空隙11也能圍繞穿過(guò)角部8的對(duì)稱線9不對(duì)稱地設(shè)置。盡管在傳遞扭矩的過(guò)程中，負(fù)載將獲得在驅(qū)動(dòng)器3中的移位的對(duì)稱分布是真實(shí)的，但是該分布甚至可能對(duì)于在特殊的旋轉(zhuǎn)方向上的傳遞來(lái)說(shuō)是有利的。根據(jù)后者設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器3 必須裝配成使得其獲得特定的旋轉(zhuǎn)方向。
花鍵4的底圓的直徑d2和頂圓的直徑dl之間的關(guān)系設(shè)置成比在現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器中的要大。(dl和d2以附圖中的虛線圓被示出。)這帶來(lái)了將關(guān)于圖4更加具體地描述的優(yōu)點(diǎn)。在I. 39或者更高的比值下，例如I. 48±0. 02的比值，能實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)果。但是， 最好設(shè)置花鍵4使得d2/dl的比值是I. 48。較大比值I. 48可需要明顯增加齒輪箱的外尺寸。
圖4示出了新的比值d2/dl = 1.48(如圖3中所示)如何有助于在柄適配器(鉆鋼2)的花鍵齒的頂部和驅(qū)動(dòng)器3的花鍵空隙11的底部之間形成腔14。鉆鋼2的柄適配器將因此被花鍵4的花鍵齒10的頂部和齒側(cè)徑向控制。附圖也示出了柄適配器的花鍵齒的頂圓的直徑D2如何構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器3的花鍵4的底圓的直徑d2的大約95%。根據(jù)與前面關(guān)于圖2已經(jīng)描述的同樣的過(guò)程，毛刺13作為磨損的結(jié)果而形成。但是，由于腔14，這些毛刺 13永遠(yuǎn)不會(huì)被向下擠壓的那么深以致進(jìn)入花鍵空隙11的底部?jī)?nèi)使得它們到達(dá)在向花鍵齒 10的過(guò)渡部處的齒根半徑12。由此，毛刺13可以被說(shuō)成與齒根半徑12分開(kāi)，并且新的驅(qū)動(dòng)器3在該方面比圖I至2中示出的現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器能更好地被保護(hù)以防止疲勞失效。
優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)器3設(shè)置成使得在柄適配器(鉆鋼2)的所有花鍵齒的頂部和驅(qū)動(dòng)器 3的所有花鍵空隙11的底部之間形成腔14，目的在于消除也在經(jīng)受最小負(fù)載的半徑中的斷裂凹口或毛刺13。但是，應(yīng)當(dāng)注意，驅(qū)動(dòng)器3能設(shè)置成使得僅有柄適配器(鉆鋼2)的一個(gè)或少量花鍵齒與驅(qū)動(dòng)器3的僅一個(gè)或少量花鍵空隙11的底部接觸，如圖7中所示。圖7中的情況即是，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器3的所有花鍵空隙11，在花鍵4的底圓的直徑d2(附圖未示出)與頂圓的直徑dl (附圖未示出)之間的比值是不同的。
花鍵4中的花鍵空隙11的底部在圖3至4中設(shè)置為具有等于d2的底圓直徑的圓的弧段。圖5和圖6示出了花鍵4的花鍵空隙11的替代性布置。圖5中的底部包括具有遠(yuǎn)小于底圓直徑d2的直徑的圓的弧段。圖6的底部包括直線和在向花鍵齒10的過(guò)渡部處的半圓弧段?；ㄦI4的花鍵齒10的頂部設(shè)置為具有等于dl的頂圓直徑的圓的弧段。但是， 可以設(shè)置具有除圓的弧段之外的其他直徑或者其他曲線的頂部或者其他直徑和其他曲線。 底圓直徑d2和頂圓直徑dl在上文描述的裝置中，并且在類似設(shè)計(jì)中被定義為下述假想圓 (圖中以虛線示出)的直徑，即可以借助于它們的曲線被嚴(yán)密地放置在圓之間的區(qū)域中。
驅(qū)動(dòng)器3的花鍵4的新的布置已經(jīng)在前述說(shuō)明中被引入，以致其包括花鍵4的所有花鍵齒10和花鍵空隙11。但是，在某些情況下，可以布置一些根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)的花鍵 4的花鍵齒10和花鍵空隙11以及其余根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器中的花鍵的設(shè)計(jì)的花鍵齒和花鍵空隙。這種“結(jié)合的”驅(qū)動(dòng)器將被認(rèn)為落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從旋轉(zhuǎn)卡盤(5)向鉆鋼(2)傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器(3)，由此，所述驅(qū)動(dòng)器⑶的橫截面外部由曲線，特別是圓弧限定，所述曲線，特別是圓弧結(jié)合以形成閉合圖形 (6)，所述閉合圖形(6)可以被近似地描述為多邊形；以及所述驅(qū)動(dòng)器(3)的橫截面內(nèi)部由花鍵⑷限定，其特征在于，所述圖形(6)包括四條邊(7)和四個(gè)角部(8)，并且所述花鍵 (4)包括多個(gè)花鍵齒(10)，所述花鍵齒(10)的數(shù)量能被4整除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述花鍵(4)包括八個(gè)、十二個(gè)或者十六個(gè)花鍵齒(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述花鍵(4)的所述花鍵齒(10)或花鍵空隙(11)中的四個(gè)圍繞穿過(guò)所述圖形(6)的對(duì)稱線(9)對(duì)稱地分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述花鍵(4)的所述花鍵齒(10)或花鍵空隙(11)中的四個(gè)圍繞穿過(guò)所述圖形(6)的對(duì)稱線(9)不對(duì)稱地分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述對(duì)稱線(9)延伸穿過(guò)所述角部(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，每條所述邊(7)包括圓的弧段，并且所有的邊(7)的圓的弧段具有相同的半徑和長(zhǎng)度，每個(gè)所述角部(8)包括圓的弧段并且所有的角部(8)的圓的弧段具有相同的半徑和長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述弧段之間的連接處設(shè)置在所述連接的弧段的切線相交的點(diǎn)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述花鍵(4)的底圓的直徑(d2)與所述花鍵空隙(11)中的至少一個(gè)的頂圓的直徑(dl)之間的比值是I. 39或更大。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述花鍵(4)的底圓的直徑(d2)與所述花鍵空隙(11)中的至少一個(gè)的頂圓的直徑(dl)之間的比值是 I. 48±0· 02。
10.一種鉆巖機(jī)，所述鉆巖機(jī)包括旋轉(zhuǎn)卡盤(5)和用于從所述旋轉(zhuǎn)卡盤(5)向鉆鋼(2) 傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器(3)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器(3)為根據(jù)權(quán)利要求I至9中的任一項(xiàng)構(gòu)造。
全文摘要
一種用于從旋轉(zhuǎn)卡盤(5)向鉆鋼(2)傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器(3)，由此，驅(qū)動(dòng)器(3)的橫截面外部由曲線，特別是圓弧限定，曲線特別是圓弧結(jié)合以形成閉合圖形(6)，閉合圖形(6)可以被近似地描述為多邊形；以及驅(qū)動(dòng)器(3)的橫截面內(nèi)部由花鍵(4)限定。圖形(6)包括四條邊(7)和四個(gè)角部(8)?；ㄦI(4)包括多個(gè)花鍵齒(10)，花鍵齒(10)的數(shù)量能被4整除。
文檔編號(hào)B25D17/08GK102985635SQ201180032053
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者托馬斯·厄斯特林, 林達(dá)·約特林 申請(qǐng)人:阿特拉斯·科普柯鑿巖設(shè)備有限公司