CN1218546A - 锥形夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

锥形夹紧装置(100)用来比如连接一轴(1)和一轮毂(3)且被配置于轴(1)的柱形外圆周表面(2)和轮毂(3)的柱形内圆周表面(4)之间的径向中间腔(5)中。它包括内锥环(11,12),内锥环(11,12)具有一柱形内圆周表面和一锥形外圆周表面(8′,8″)以及一薄壁外锥环(10,18′,18″),薄壁外锥环(10,18′,18″)具有紧靠内锥环(11,12)的外圆周表面(8′,8″)的锥形内圆周表面(7′,7″)以及一用于接触轮毂(3)的内圆周表面(4)的外圆周表面(6),在圆周上分布有轴向夹紧螺栓(19),用它们可将锥环(11,12)轴向相对拉紧。通过一径向缩径部(24)或圆周槽,使得外锥环(10)的柱形外圆周表面(6)的区域(21)的轴向距离(在其中径向夹紧力被传递到轮毂(3)的凹口(4)的内圆周上)短于区域(35)的轴向距离(在其中径向夹紧力作用于轴(1)的外圆周(2)上),这样表面(4,6)上的表面压力得到提高。

Description

锥形夹紧装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的一种锥形夹紧装置。
这种夹紧装置已知有简单夹紧装置和双锥形夹紧装置，如文献DE-GM 7133914,7727308和7512290以及文献US-PS 3958888中所述的那样。
本发明的问题有关相应于文献US-PS 3958888的图4的夹紧装置。其中双锥环为最外层锥形环且以其圆柱形外圆面紧贴在辅助孔之中。锥形内圆周面被配置成使得双锥环的最大壁厚位于中间位置。在中间提供有一定心桥块，它伸至轴上且由此使轮毂相对于轴得到定心。两单个的锥环由夹紧螺栓轴向拉住，它们穿过一个锥环和定心桥块的通孔并拧入与之相对的另一锥环的螺纹孔中。单个锥孔由于它们接受夹紧螺栓因而在径向上夹紧力的传递区域内具有比双锥环大得多的壁厚，这样使得这种锥环容易变形且易于靠在外层构件凹口的内圆周上。“薄壁的”这一词在这里以及其它的关系方面应意味着：在传递径向力的区域内的任一位置上的径向壁厚最多等于内锥环径向壁厚的一半，且一般仅为该壁厚的1/3或1/4。
当用一锥形夹紧装置将比如一用于带式输送机的带式传动滚筒固定在一轴上时，轴因输送带的牵引作用会经受一很大的弯曲应力，该弯曲应力会导致轴产生一明显的挠曲。这种现象反过来又会导致如下的结果：在弯曲的外侧，外部的双锥环的外圆周表面可从轮毂的内圆周表面稍稍掀起，即使当锥形夹紧装置从一开始由所产生的夹紧力完全紧密地张紧在边缘上也是如此。
外双锥环的这种短时的从辅助孔掀起的现象足以让水分侵入到这一位置上，从而导致在该部位造成令人害怕的配合隙缝锈蚀，它将使其后对锥形夹紧装置的拆卸变得不可能，因为此时结合面已经被锈住了。在带式传动滚筒的例子中，该水分来自于受气候所影响的轴向最外侧。
掀起点随着轴的旋转而转动，从而形成一圆形锈蚀带。
水分的侵入和其后的配合隙缝锈蚀最初进入到锥形夹紧装置的外侧，亦即在位于轴向边缘处的一区域内进入到位于轮毂中的径向外层圆周表面上，因为那里仅有较小的表面压紧力且由弯曲所产生的力在该位置上首先超过了夹紧力。
本发明的目的是防止产生这样一种配合隙缝锈蚀。
这一目的是通过权利要求1所述的措施来达到的。
通常，在内构件(例如轴)上和在外构件(例如轮毂)上的传递径向夹紧力的轴向区域差不多是相等的。这样会导致：由于外部较大的半径和与之相应的用于传递力的较大的面积使得外部的表面压力小于内部的(亦即在轴上的)表面压力。本发明的思想是：将用于传递径向力的外部轴向区域缩小，从而人为地提高外部的表面压力。由此也使较高的弯曲力在普通出现的弯曲状态下不再超过被提高了的夹紧力且使夹紧装置始终保持在外部的边缘区域内，这样不再有会造成配合隙缝锈蚀的水分的侵入。这意味着：可承受更高的弯曲却不会损害功能。经验表明：在普通实践中所出现的弯曲负载的情况下，为阻止水分的侵入，在弯曲时在弯曲外面一侧上剩余70～80N/mm2的接触压力或表面压力仍然是足够的，且由此能阻止配合隙缝锈蚀的发生。这种剩余表面压力通过根据本发明的结构设计首先在较大弯矩时出现。这种在外构件的凹口中人工提高表面压力的做法有助于在该凹口中的支承且由此减轻了夹紧螺栓的负载。
对外部区域的减小可以比如大致如下地来进行：在外部构件(例如轮毂)的凹口中的表面压力具有与内部构件(例如轴)上的表面压力相同的数值(权利要求2)。
对力传递区域的减小以及由此出现的外构件凹口中的表面压力的提高可通过不同的方式来实现。
在根据权利要求3的第一实施形式中，组成外部区域的外锥环的圆柱形外圆周表面被轴向缩短了。
在另一所考虑的实施形式(权利要求4)中，组成外部区域的内锥环的锥形外圆周表面相对于其圆柱形内圆周表面被轴向缩短。
这一缩短根据权利要求5可通过对内锥环的轴向端面的锥形结构设计来达到。
但是这一实施形式要付出加工处理的代价，在许多情况下会带来资金上的问题。一种经济的替代方案常常是：根据权利要求6，上述外圆周表面在一轴向区段上缩成较小的直径。对径向夹紧力的配置和传递则仅仅在未缩小直径的区域中进行。
另一所考虑的实施形式(权利要求7)规定：外锥环的锥形内圆周表面在较厚壁厚的端部转入一圆柱面，这样来实现所希望的缩短。
也可根据权利要求8将外锥环的锥形内圆周表面在一轴向区段上放在一较大的直径上。
本发明的作用通过权利要求9的特征产生特别的效果。
亦即通过上述特征可阻止水分沿缝隙侵入夹紧装置内部。
在优选的实施例中，夹紧装置包括一双锥环和两与之共同作用的单个锥环(权利要求10)，其中双锥环原则上可以是内环或外环，但在本优选实施形式中是外锥环(权利要求11)。
在该优选实施形式中，根据权利要求12，在外构件(例如轮毂)的内圆周上根据本发明对径向夹紧力的传递长度的减小可通过一在圆周方向上的连续径向缩减或一扁平环形槽来形成。
在附图中示出本发明的各实施例。
图1和图6示出一夹紧配置的上半部分的沿这样一种夹紧配置轴的部分剖视图。
在图1中，总体用100来表示的双锥形夹紧装置用来夹紧一个具有柱形外圆周2的代表内构件的轴1和一个具有柱形内圆周表面4且带一凹口的代表外构件的轮毂3。内圆周表面4的直径大于轴1的外径，且在所形成的环形中间腔5中置有夹紧装置100。
夹紧装置100包括一具有柱形外圆周表面6和两锥形内圆周表面7′、7″的双锥环10，两锥形内圆周表面7′、7″被配置成使其最大的径向壁厚从轴向看来位于轴向中间。两单个的锥环11、12的外锥表面8′、8″与锥形表面7′、7″相互作用，该两锥环11、12与其圆柱形内圆周表面9在一接触区域中位于轴1的外圆周表面2上，该接触区域同时也形成力传递的区域35。锥环11、12从径向看要比在双锥环10的锥形表面7′、7″区域中的双锥环10的壁厚得多。在锥形表面7′的每一位置上，径向伸长的比至少为3∶1。双锥环10在一定程度上包括两相互连接的薄壁锥环件18′、18″。
在锥形面7′、7″之间，双锥环10具有一径向向内伸出的定心桥块13，它与其柱形内圆周表面14一起位于轴1的外圆周表面2之上且用来将轮毂3定心在轴1上。在圆周范围上均匀分布有一个紧靠一个的轴向夹紧螺栓19，这些螺栓19穿过锥环11中的通孔15和定心桥块13中的通孔16并拧入锥环12中的螺孔17中。在拧紧夹紧螺栓19时，锥环11、12相对拉紧且以其锥形表面8′、8″滑进具有相同锥角和一相应半径的双锥环10的锥形表面7′、7″上，其中锥环对18′、11或18″、12径向扩张并且柱形表面6或9在很大的表面压力作用下与柱形表面4或2相接触，这样部件1和3相互被夹紧。
锥形表面7′8′或7″、8″的锥角可位于自锁区域之外或之内；在后一种情况中，如果想要夹紧装置100能重新被拆开的话，必须要有轴向压紧螺钉。
双锥环10的径向和轴向外部边缘处的两关键位置在图1中用20来表示。在轴1强烈挠曲的情况下，由此产生的力将大于径向夹紧力且双锥环在其双锥环部件18、18′的外部区域中会掀离内圆周表面4。湿气便会从那些地方侵入，由此而导致配合隙缝锈蚀，而该锈蚀将使锥环100的拆卸变得不可能或变得十分困难。
锥环11、12和锥环部分18′、18″通常在轴向区段36上相互贴靠。尤其是在强拉紧的夹紧装置100或不利的公差情况下，区段36则接近锥环11、12的长度。在锥面7′、8′和7″、8″上的表面压力或在柱形外圆周表面6和内圆周表面4之间的表面压力因而由于其较大的半径因此小于内圆周表面9和轴1的外圆周表面2之间的表面压力。
为将外部的表面压力人为提高并对位置20上的掀起现象反作用，在双锥环10的柱形外圆周表面中的区段36的区域中提供有一台阶22，在台阶之间在一区段23上的外圆周表面6被缩减到较小的半径或直径上。这种缩减的深度或扁平环形槽24其大小仅需在区段23中使双锥环10不再与内圆周表面4相接触。为此1mm的数量级便足够了。重要的是：台阶22位于该长度段中，在该长度段中径向夹紧力原本是没有台阶22情况下被传递的。
位于区段23中的圆周表面6的部分通常一起参加了径向夹紧力的传递，尤其是在与锥环11、12交叠的范围内。在夹紧螺栓被相同程度拉紧时，这些部分则分布在区域21上，亦即在部分锥环18′、18″的区域中的外圆周表面6的被保留下来的轴向外部范围，这样在临界位置20附近的径向接触得到增强，且由轴1可能发生的弯曲所引起的、使得部分锥环18′、18″掀离内圆周表面4所需的力不再能或不再能容易地超过该接触力。由此使夹紧装置100相对于内圆周表面4而锁紧在双锥环10的轴向外部边缘上，这样湿气便不能侵入。区域21在轴向上比锥环11、12的长度35短，长度35对应于轴1上的力传递区域。
出于相同的目的，双锥环10任何情况下在其部分锥环18′、18″的区域中均未开槽，这样水分便不能从槽中侵入。定心桥块13和两锥环11、12与此相对可在其上开槽以避免力的损失。
图1所示的双锥形夹紧装置100仅为一个实施例；也可以涉及一种简单的锥形夹紧装置，它可这样来产生：在由点划线25所表示的位置上，可将双锥环10切开。这种将夹紧装置在轴1发生强烈弯曲时由弯曲应力锁紧在右方临界位置20上的功能也就被给出。
在图2中示出一双锥形夹紧装置200，其中对相同的功能部分采用相同的附图标记。图中提供一双锥环10，它在图示情况下为一内锥环且以其柱形内圆周表面29贴靠在轴1上。定心桥块33在这种情况下向外突出且以其柱形外圆周表面34贴靠在外构件或轮毂3的柱形圆周表面4上。夹紧螺栓19拉紧在其上的两锥环31、32在这种情况下既具有锥形外圆周表面39′、39″(该锥形外圆周表面39′、39″与双锥环30的锥形外圆周表面40′、40″相互作用)，又具有锥形外圆周表面28′、28″(该锥形外圆周表面28′、28″与两分开的未开有槽的外锥环38′、38″的锥形内圆周表面27′、27″相互作用)，该两外锥环38′、38″以其柱形外圆周表面26贴靠在轮毂3的内圆周4之上。外锥环38′和38″以其内端面抵靠在定心桥块33上。临界位置20此处位于锥环38′和38″的径向和轴向外边缘上。
此处同样在柱形外圆周表面26中在接触区域中提供有台阶22，在其上柱形外圆周表面26朝着锥环38′、38″的厚壁内端在一区段43上被缩减到一较小的直径上，这样在那里便不会有接触现象且在其余的传递径向力的区域21中接触力或表面压力便提高了，由此来防止临界位置20在轴1产生弯曲应力时裂开。同样此处区域21的轴向长度要比区域35的轴向长度短，在区域35中，内锥环31、32将径向夹紧力向内朝轴传递。
在迄今所述的实施例中，径向力被传递的区域21的缩短是直接给出在外圆周表面6或26中的。
当对力传递区域的轴向缩短不发生在夹紧装置的外圆周上，而是在轴向从外朝里看到的最初相邻的锥形表面上时，由于位于轮毂3的内圆周上的外锥环部分的薄壁性，也会产生所希望的作用。
这样的一种情况给出于图3中的夹紧装置300中。此处双锥环50的外圆周表面46是完全圆柱形的。然而，锥形外圆周表面8′、8″具有台阶22，在台阶22上外圆周表面8′、8″被缩减至较小的半径上，这样在该处便不会有与双锥环50的锥形内圆周表面7′、7″的接触。在该实施例中，内锥环51、52的外圆周表面在缩径部56的外圆周的被缩减范围内与锥形内圆周表面7′、7″平行，当然在该区域中的结构形式基本上是任意的。
力传递的关系在夹紧装置300右方的内锥环52中用点划线来表示。锥形表面7″和8″在一轴向范围44中直接地相互紧靠在一起。然而可以理解的是：力传递到轴1或轮毂3上的径向远侧接触面上并不局限于由垂直于轴的平面所限制的区域44中。由于锥环的形状刚性，附近的区域也参与这种传递，如在内锥环52中由点划线54、55所表示的那样。“区域21″中径向夹紧力被传递至包含临界位置20的内圆周表面4上，该“区域21″并不完全如接触区域44那样短，而是如图中点划线53所示的那样要稍长些。同样，相对于轴1的外圆周表面2朝里的径向力对应于点划线54、55。无论如何，区域21′始终要比轴1上内锥环52的接触区域35短得多。
在图4所示的夹紧装置400中示出了缩短在锥形表面7′、8′或7″、8″上直接接触的轴向区域的其它可能性。
在内锥环62中，外锥形圆周表面8″在其锥形走向中经过整个接触区域35。这一点却不适用于双锥环50的锥形内圆周表面7″，该表面7″从位于接触区域35的轴向内部的一位置58走入一圆柱形表面57，这样锥环62从外部不再靠在其左端部上。
在锥环62右端部上用虚线表示的圆柱表面59也可取得相同的效果。这里在锥形表面7″上的第一接触点63位于轴向距双锥环50右端一定距离的地位。两柱形表面57、59也可一起存在。
在这一情况下，轮毂3的内圆周4上力传递的轴向区域21′也可比轴1上的接触区域短。
位于点划线54、55之外的锥环62的区域基本上不参与径向夹紧力的传递。它们因此也可被去掉而不会影响夹紧作用，如图4中锥环61的右侧前壁54′的锥形实施形式所示的那样。然而对这样一种锥形实施形式的加工费用一般常常是不合算的。
同样在图4中锥环61的左侧有一锥形车削面64，它缩小了锥形表面7′、8′上真正接触的区域44。同样在该情况中，轮毂3的内圆周表面4上力传递的轴向区域21′任何情况下始终短于轴1上的接触区域35。
在图5中的夹紧装置500中，两单个的外锥环38′、38″统一为一双锥环60，该双锥环没有定心桥块，而是从里紧靠在一内双锥环70的定心桥块33上。外双锥环60具有如图1相同的台阶22，它们界定了一缩径部24。锥环31、32具有如图2相同的锥形外圆周表面和内圆周表面，它们与双锥环60、70的相应的相对表面共同作用。外锥面28′、28″在中部具有缩径部65，它们占锥形表面27′、28′、27″、28″上力传递表面长度的1/6～1/2，且由此导致：与缩径部24一起形成在图5右侧所表示的、由两部分组成的缩短了的传递径向夹紧力的区域21′，该区域21′比轴1上相应的区域35要短。
图6的夹紧装置600在其结构上对应于图2的夹紧装置200。两外锥环48′、48″却具有一直通的柱形外圆周表面26。径向夹紧力传递的外部区域21′的缩短是在右侧锥环32中通过在锥形外圆周表面28′中的一缩径部66来实现的，该缩径部位于锥环32的内端部。
在这些实施例中在外圆周表面上提供有台阶22。然而可以理解的是：也可将台阶22配置在外锥环的各内圆周表面上，如图6中左侧外锥环48′中虚线所表示的那样，在其中提供有一缩径部66′。
在这里还采用简单的方法相对于轴1的柱形外圆周表面2上力传递区域35实现在轮毂3的内圆周4上对力传递区域21′的缩短。

Claims (12)

1．锥形夹紧装置(100,200,300,400,500,600)，用于连接一具有柱形外圆周表面(2)的内构件、尤其是一轴(1)和一具有一带柱形内圆周表面(4)的凹口的外构件，尤其是一轮毂(3)，该锥形夹紧装置被配置在内构件的柱形外圆周表面(2)和外构件凹口的柱形内圆周表面(4)之间的中间腔(5)中，它具有：
一个带一内圆周表面和一锥形外圆周表面(8′、8″；28′、28″)的内锥环(11,12；31,32)；
一个薄壁外锥环(10、18′,18″；38′,38″；50；60；48′,48″)，它具有一贴靠在内锥环(11,12；31,32,51,52；61,62)的外圆周表面(8′,8″；28′,28″)上的具有相同锥角的锥形内圆周表面(7′,7″；27′,27″)和一用于与外构件的内圆周表面(4)接触的柱形外圆周表面(6,26,46)；以及
分布在整个圆周上的轴向夹紧螺栓(19)，用它们可将锥环(11,12；31,32；51,52；61,62)在锥面(7′,8′；7″、8″；27′,28′；27″,28″)上滑动和径向扩张的条件下，也是在产生作用在内构件的外圆周和外构件凹口的内圆周上的夹紧力的条件下轴向相互拉紧；
其特征为：外锥环(10,18′,18″；38′,38″；50；60；48′,48″)的柱形外圆周表面(6,26,46)的区域(21,21′)的、其中径向夹紧力被传递到外构件凹口的内圆周表面(4)上的轴向区段要比区域(35)的、其中径向夹紧力作用在内构件的外圆周表面(2)上的轴向区段短。
2．如权利要求1所述的锥形夹紧装置，其特征为：区域(21,21′)和区域(35)的轴向区段如下地相互调整，即，使外构件内圆周上的表面压力以及内构件外圆周上的表面压力基本相等。
3．如权利要求1或2所述的锥形夹紧装置，其特征为：组成外部区域的外锥环(10,18′,18″；38′,38″,60)的柱形外圆周表面(6,26)被轴向缩短。
4．如权利要求1或2所述的锥形夹紧装置，其特征为：组成外部区域的内锥环(52,32)的锥形外圆周表面(8″,28″)相对于其内圆周表面(39′,39″)被轴向缩短。
5．如权利要求4所述的锥形夹紧装置，其特征为：内锥环(61)的至少一轴向端面(54′,64)如下地锥形走向，即，在外圆周表面(8′)区域中内锥环(61)的轴向区段(44)要小于内圆周表面区域中的轴向区段。
6．如权利要求4所述的锥形夹紧装置，其特征为：外圆周表面(6,26)在一轴向区段(23,43)之上被缩减到一较小的直径上。
7．如权利要求1或2所述的锥形夹紧装置，其特征为：外锥环(50)的锥形内圆周表面(7″)在厚壁端或薄壁端过渡进一柱形表面(57,59)中。
8．如权利要求1或2所述的锥形夹紧装置，其特征为：外锥环(48′)的锥形内圆周表面(27′)在缩径部(66′)的区域中在一轴向区段上被缩放到一较大的直径上。
9．如权利要求1～8之一所述的锥形夹紧装置，其特征为：外锥环(18′,18″；38′,38″；48′,48″；50,60)从径向看来相对壁薄且在轴向上未开槽。
10．如权利要求1～9之一所述的锥形夹紧装置，其特征为：提供有一双锥环(10,30,50,60,70)和两与之共同作用的单个锥环(11,12；31,32；51,52；61,62)。
11．如权利要求10所述的锥形夹紧装置，其特征为：双锥环(10,50,60)为外锥环。
12．如权利要求11所述的锥形夹紧装置，其特征为：双锥环(10,60)在其柱形外圆周表面(6,26)中约在其轴向距离的中间的一轴向区段(23)上具有一在圆周方向上贯穿的缩径部(24)。
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