专利名称：用于从旋转卡盘向钻钢传递扭矩和旋转的驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于向钻岩机中的钻钢传递扭矩和旋转的驱动器。驱动器是经受磨损的可更换部件，并且已经被设计用来安装在钻岩机的齿轮箱中，在其中，它的任务是从旋转卡盘向钻钢传递扭矩和旋转。在传递过程中，钻钢可在驱动器中轴向的移动。为了该目的，驱动器外部具有多边形轮廓并且内部设有花键。在本发明中的多边形轮廓和花键以新颖的方式设置，其增加了驱动器的使用寿命，并且降低了疲劳失效的风险。本发明也涉及包括至少一个这样的驱动器的钻岩机。
背景技术：
图I示出了钻岩机的现有技术的齿轮箱I的简化截面。在齿轮箱I的中央处可以看到钻钢2的已知为柄适配器的上部。柄适配器外部设有花键。柄适配器被插入已知内部设有与柄适配器的花键对应的花键4的驱动器3中。驱动器3设有外部多边形轮廓并且安装在具有与驱动器3的多边形轮廓对应的内部多边形轮廓的旋转卡盘5内。旋转卡盘5设置在齿轮箱I的轴承上并且通过齿轮(图中未示出)借助于钻岩机的旋转电机来转动。传递的扭矩可以共计达IOOONm或更多。
驱动器3的横截面外部由曲线限定，曲线被结合以形成闭合图形6，闭合图形6近似地描述成具有三条边7和三个角部8的多边形。该类型的结合的图形通常被称为“多边形轮廓”。图形6被从驱动器3的中心绘出并且经过图形6的角部8的三条对称假想线9 横断，使得它们围绕对称线9对称地分布。
驱动器3的横截面内部由具有八个花键齿10和八个花键空隙11的花键4限定。 附图明确了八个花键空隙11中只有一个可能围绕三条对称线9中的任何一条对称地设置。 当花键空隙11中的一个围绕最上部的对称线9对称地设置时，两个花键齿10获得围绕两条较低的对称线9的不对称分布。如果花键齿10中的一个已经被最初的设置，则将获得类似结果。不对称使得驱动器3的某些部分比驱动器3的其他部分承受更高的载荷。
图2示出了图I的现有技术驱动器3的花键空隙11中的一个、钻钢2的柄适配器以及旋转卡盘5的放大横截面。旋转卡盘5的旋转方向通过底部的箭头示出。驱动器3设置成使得花键4的底圆直径d2与顶圆直径dl的比值为I. 38。柄适配器的花键齿的顶圆的直径D2适合使得其构成驱动器3的花键4的底圆的直径d2的大约98%。在柄适配器的花键齿10和驱动器3之间的布置和接触压力导致驱动器3的少量材料在扭矩传递过程中被向下挤压到花键空隙11的齿根半径12处。被向下挤压的材料沿着半径12构成断裂凹口或毛刺13而且这样损害了它的保护以免受疲劳失效的功能。附图示出了这些毛刺13如何引发在齿根半径12的裂缝的形成。发明内容
本发明的目的是获得一种根据权利要求的、克服前文描述的缺点的驱动器和钻岩机。在本发明中的多边形轮廓和花键以新颖方式设置，其降低了负载并且使负载在驱动器上均匀地分布。驱动器的花键设计成能够导致作为磨损结果产生的毛刺与半径的底部分开。本发明的另外的优点在于，在不明显增加齿轮箱的外尺寸的情况下引入这一优点。
将借助附图3至7更具体地描述本发明。图3示出了根据本发明的驱动器的减小的横截面。图4示出了安装在钻岩机的齿轮箱中的图3中的驱动器的详细的放大横截面。 图5至7示出了驱动器的花键的替代性的设计。
具体实施方式
图3示出了驱动器3的横截面。驱动器具有沿着其整个长度基本上相同的横截面。 驱动器3的长度适合使得在扭矩的传递过程中，获得可接受的接触压力。驱动器3由铜制成，但是可以由铸铁或其他具有类似摩擦性质的材料制成。
驱动器3的横截面外部由曲线限定，或者是多个精确的弧段，它们结合以形成闭合图形6。在本发明中的闭合图形6包括四条边7和四个角部8，并且能近似地描述成凸多边形。多边形被定义为由直线，即，平直的曲线限定的平面图形。如果在闭合图形6的边7 的假想延长线的交点之间划直线，则形成多边形。(延长线和多边形在图中以虚线示出。) 该情形限定了在该上下文中“近似地”的概念的意义。
每条边7包括圆形弧段，所有边7的所有圆形弧段具有相同的半径和长度。角部8 以类似的方式设置。每个角部8包括圆形弧段，并且所有角部8的所有圆形弧段具有相同的半径和长度。可以允许边7或角部8包括除了圆形弧段之外的其他类型的弧段和/或曲线。弧段之间的连接处被设置在连接的弧段的切线相交的点处。其结果是在驱动器3中不产生高的张力集中。
驱动器的横截面内部由花键4限定。花键4包括多个花键齿，花键齿的数量可被 4整除，例如具有八个花键齿10和八个花键空隙11的一个花键装置4。还可以设置花键4 具有十二个或者十六个花键齿10。花键4设置成使得花键齿10中的四个获得围绕对称假想线9的对称分布，对称假想线9从驱动器3的中心延伸穿过闭合图形6。对称线9已经被绘成使得图形6围绕对称线9对称地分布。优选的，花键4设置有八个或者十二个花键齿 10并且使得花键齿10中的四个获得围绕对称假想线9的对称分布，该对称假想线9从驱动器3的中心延伸穿过闭合图形6的角部8。该布置确保了负载最小化并且负载对称地分布在驱动器3内。这些有利的性能与驱动器3的旋转方向无关，并且由此，错误装配的风险较小。还可以围绕穿过角部8的对称线9对称地分布花键4的花键空隙11中的四个。在该情形中，驱动器3中的负载将略微变大，但是它们仍将低于前文描述的现有技术的驱动器中的负载。
花键4的花键齿10和花键空隙11也能围绕穿过角部8的对称线9不对称地设置。尽管在传递扭矩的过程中，负载将获得在驱动器3中的移位的对称分布是真实的，但是该分布甚至可能对于在特殊的旋转方向上的传递来说是有利的。根据后者设计的驱动器3 必须装配成使得其获得特定的旋转方向。
花键4的底圆的直径d2和顶圆的直径dl之间的关系设置成比在现有技术的驱动器中的要大。(dl和d2以附图中的虚线圆被示出。)这带来了将关于图4更加具体地描述的优点。在I. 39或者更高的比值下，例如I. 48±0. 02的比值，能实现良好的结果。但是， 最好设置花键4使得d2/dl的比值是I. 48。较大比值I. 48可需要明显增加齿轮箱的外尺寸。
图4示出了新的比值d2/dl = 1.48(如图3中所示)如何有助于在柄适配器(钻钢2)的花键齿的顶部和驱动器3的花键空隙11的底部之间形成腔14。钻钢2的柄适配器将因此被花键4的花键齿10的顶部和齿侧径向控制。附图也示出了柄适配器的花键齿的顶圆的直径D2如何构成驱动器3的花键4的底圆的直径d2的大约95%。根据与前面关于图2已经描述的同样的过程，毛刺13作为磨损的结果而形成。但是，由于腔14，这些毛刺 13永远不会被向下挤压的那么深以致进入花键空隙11的底部内使得它们到达在向花键齿 10的过渡部处的齿根半径12。由此，毛刺13可以被说成与齿根半径12分开，并且新的驱动器3在该方面比图I至2中示出的现有技术的驱动器能更好地被保护以防止疲劳失效。
优选的，驱动器3设置成使得在柄适配器(钻钢2)的所有花键齿的顶部和驱动器 3的所有花键空隙11的底部之间形成腔14，目的在于消除也在经受最小负载的半径中的断裂凹口或毛刺13。但是，应当注意，驱动器3能设置成使得仅有柄适配器(钻钢2)的一个或少量花键齿与驱动器3的仅一个或少量花键空隙11的底部接触，如图7中所示。图7中的情况即是，对于驱动器3的所有花键空隙11，在花键4的底圆的直径d2(附图未示出)与顶圆的直径dl (附图未示出)之间的比值是不同的。
花键4中的花键空隙11的底部在图3至4中设置为具有等于d2的底圆直径的圆的弧段。图5和图6示出了花键4的花键空隙11的替代性布置。图5中的底部包括具有远小于底圆直径d2的直径的圆的弧段。图6的底部包括直线和在向花键齿10的过渡部处的半圆弧段。花键4的花键齿10的顶部设置为具有等于dl的顶圆直径的圆的弧段。但是， 可以设置具有除圆的弧段之外的其他直径或者其他曲线的顶部或者其他直径和其他曲线。 底圆直径d2和顶圆直径dl在上文描述的装置中，并且在类似设计中被定义为下述假想圆 (图中以虚线示出)的直径，即可以借助于它们的曲线被严密地放置在圆之间的区域中。
驱动器3的花键4的新的布置已经在前述说明中被引入，以致其包括花键4的所有花键齿10和花键空隙11。但是，在某些情况下，可以布置一些根据本发明的设计的花键 4的花键齿10和花键空隙11以及其余根据现有技术的驱动器中的花键的设计的花键齿和花键空隙。这种“结合的”驱动器将被认为落入本申请的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于从旋转卡盘(5)向钻钢(2)传递扭矩和旋转的驱动器(3)，由此，所述驱动器⑶的横截面外部由曲线，特别是圆弧限定，所述曲线，特别是圆弧结合以形成闭合图形 (6)，所述闭合图形(6)可以被近似地描述为多边形；以及所述驱动器(3)的横截面内部由花键⑷限定，其特征在于，所述图形(6)包括四条边(7)和四个角部(8)，并且所述花键 (4)包括多个花键齿(10)，所述花键齿(10)的数量能被4整除。
2.根据权利要求I所述的驱动器(3)，其特征在于，所述花键(4)包括八个、十二个或者十六个花键齿(10)。
3.根据权利要求I或2所述的驱动器(3)，其特征在于，所述花键(4)的所述花键齿(10)或花键空隙(11)中的四个围绕穿过所述图形(6)的对称线(9)对称地分布。
4.根据权利要求I或2所述的驱动器(3)，其特征在于，所述花键(4)的所述花键齿(10)或花键空隙(11)中的四个围绕穿过所述图形(6)的对称线(9)不对称地分布。
5.根据权利要求3或4所述的驱动器(3)，其特征在于，所述对称线(9)延伸穿过所述角部(8)。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的驱动器(3)，其特征在于，每条所述边(7)包括圆的弧段，并且所有的边(7)的圆的弧段具有相同的半径和长度，每个所述角部(8)包括圆的弧段并且所有的角部(8)的圆的弧段具有相同的半径和长度。
7.根据权利要求6所述的驱动器(3)，其特征在于，所述弧段之间的连接处设置在所述连接的弧段的切线相交的点上。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的驱动器(3)，其特征在于，所述花键(4)的底圆的直径(d2)与所述花键空隙(11)中的至少一个的顶圆的直径(dl)之间的比值是I. 39或更大。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的驱动器(3)，其特征在于，所述花键(4)的底圆的直径(d2)与所述花键空隙(11)中的至少一个的顶圆的直径(dl)之间的比值是 I. 48±0· 02。
10.一种钻岩机，所述钻岩机包括旋转卡盘(5)和用于从所述旋转卡盘(5)向钻钢(2) 传递扭矩和旋转的驱动器(3)，其特征在于，所述驱动器(3)为根据权利要求I至9中的任一项构造。
全文摘要
一种用于从旋转卡盘(5)向钻钢(2)传递扭矩和旋转的驱动器(3)，由此，驱动器(3)的横截面外部由曲线，特别是圆弧限定，曲线特别是圆弧结合以形成闭合图形(6)，闭合图形(6)可以被近似地描述为多边形；以及驱动器(3)的横截面内部由花键(4)限定。图形(6)包括四条边(7)和四个角部(8)。花键(4)包括多个花键齿(10)，花键齿(10)的数量能被4整除。
文档编号B25D17/08GK102985635SQ201180032053
公开日2013年3月20日 申请日期2011年6月1日 优先权日2010年6月30日
发明者托马斯·厄斯特林, 林达·约特林 申请人:阿特拉斯·科普柯凿岩设备有限公司