阅读说明：本技术 一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法 (Gear shifting mechanism for reduction gearbox of heavy-duty thick-belt coiler and using method ) 是由 闫成琨 计江 夏宇 窦锋 钱广阔 王悦晗 辛静泰 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法,包括外花键、传动轴、大速比齿轮、小速比齿轮、内花键套、副外花键、瓦环、组合压环、耳轴座、键槽、耳轴、拨叉、长转轴、转轴座一、销轴一、双头关节轴承、调整螺栓、销轴二、转臂一、短转轴、转轴座二、转臂二,组合油缸和支座；所述的外花键套装在传动轴上。本发明针对厚带重载卷取机减速箱转速较低但冲击大的工况,使用整圈面接触的瓦环作为固定换挡内花键套的推力部件,因而可以承受远大于线接触轴承组件承载极限的振动和冲击,实现重载卷取机减速箱换挡机构的超长维护周期。(The invention provides a gear shifting mechanism for a reduction box of a thick-belt heavy-load coiler and a use method, and the gear shifting mechanism comprises an external spline, a transmission shaft, a large-speed-ratio gear, a small-speed-ratio gear, an internal spline sleeve, an auxiliary external spline, a tile ring, a combined compression ring, an trunnion seat, a key groove, a trunnion, a shifting fork, a long rotating shaft, a first rotating shaft seat, a first pin shaft, a double-headed knuckle bearing, an adjusting bolt, a second pin shaft, a first rotating arm, a short rotating shaft, a second rotating shaft seat, a second rotating arm, a combined oil; the external spline is sleeved on the transmission shaft. Aiming at the working condition that the reduction gearbox of the heavy-duty coiler with the thick belt has low rotating speed but large impact, the whole circle of the shoe ring in surface contact is used as the thrust component for fixing the shifting inner spline sleeve, so that the bearing limit of the bearing component of the heavy-duty coiler with the thick belt can bear vibration and impact which are far larger than the bearing limit of the linear contact bearing component, and the overlong maintenance period of the gear shifting mechanism of the reduction gearbox of the heavy-duty coiler is.)

一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法

技术领域

本发明属于金属带卷冷轧生产领域，具体涉及一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法。

背景技术

现代金属板带冷轧生产中将轧件绕卷后再进行下一步的存储或生产的工艺过程已十分普遍。对于绕卷工艺而言，最为重要的参数就是带材的厚度，带材越厚，抗弯刚度越大，绕卷作业的难度就越大。常规金属带材生产中，一般在热轧工艺段将带材轧制在5mm的厚度以内，再将带材绕卷后送入冷轧工艺段。但是有一部分金属带材的生产工艺需要在冷轧工艺段将较厚的带材进行绕卷作业，有的带材的厚度达到了18mm。由于冷轧过程需要建立带材张力，大卷筒张力卷取机因其具备建张能力，故而经常充当厚带冷轧机组的绕卷设备。但是厚带冷轧的绕卷过程具有带材张力大、抗弯刚度大、带材振动质量大、断带冲击大的特点，因而卷取机减速箱的负荷大大超出了普通厚度带材生产的负荷水平。

目前常见的应对措施是通过增大传动齿轮的模数等方法，增强齿轮强度，但是减速箱的换挡机构一般仍然采用常规卷取机减速箱的换挡机构，即通过将一对轴承嵌入换挡内花键套的外部环形凹槽内，由油缸驱动转轴拨叉机构并推动该轴承，进而由轴承外圈推动内花键套在不同速比的齿轮副之间切换，达到换挡的目的。这种机构在工作时，换挡轴承会一直随着内花键套转动而转动，并与内花键套的外环形凹槽侧壁之间存在很大的压靠力和冲击力。当这种换挡机构用于厚带重载卷取机时，来自外部的振动和冲击，其强度通常超出了换挡轴承正常的承受限度，使得其经常性破碎，并导致生产频繁中断。

发明内容

为了克服换挡机构用于厚带重载卷取机时，来自外部的振动和冲击，其强度通常超出了换挡轴承正常的承受限度，使得其经常性破碎，并导致生产频繁中断的问题，本发明提供一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法，本发明适用于厚带重载卷取机减速箱转速低、振动大、冲击大的工况，不需要轴承作推力部件亦可推动内花键套换挡，能够耐受大冲击负荷且不易损坏的耐冲击换挡机构。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构，包括外花键、传动轴、大速比齿轮、小速比齿轮、内花键套、副外花键、瓦环、组合压环、耳轴座、键槽、耳轴、拨叉、长转轴、转轴座一、销轴一、双头关节轴承、调整螺栓、销轴二、转臂一、短转轴、转轴座二、转臂二，组合油缸和支座；所述的外花键套装在传动轴上；所述的大速比齿轮和小速比齿轮套装在传动轴上；所述的外花键与一套花键规格相同且宽度相同的内花键套啮合并可相对滑动；所述大速比齿轮和小速比齿轮侧面均加工有同规格的副外花键，副外花键可由内花键套滑入并将大速比齿轮或小速比齿轮与外花键组合在一起；所述内花键套的外环面的中段为环状矩形凸缘，在凸缘的两边各套入一个截面为L形的瓦环；所述的瓦环由一对组合压环从两侧扣装固定；所述的组合压环扣装在一起后骑缝加工出两个耳轴座和一个键槽；所述两个耳轴座成180°分布，所述键槽与两个耳轴座成90°布置；在所述组合压环的两个耳轴座内均装有耳轴；上下两个耳轴的突出部分分别嵌装到两个拨叉的U形孔内；所述的两个拨叉套入一根长转轴上，并通过键和紧定螺钉固定在长转轴上；所述的长转轴竖向安装，上下两端通过轴承安装在减速箱的箱盖和箱底的转轴座一内；位于上部的拨叉上靠近U形孔附近有销孔，安装有销轴一；所述的销轴一的另一端套装着一套双头关节轴承，所述双头关节轴承两端的间距通过中部的调整螺栓进行调整，所述双头关节轴承的另一端通过销轴二连接在转臂一的一端，所述转臂一的另一端套在短转轴上并通过圆柱销贯穿固定；所述短转轴通过两套轴承安装在减速箱盖的转轴座二内，所述短转轴的另一端，通过键固定安装有转臂二，转臂二的另一端铰接在组合油缸的一侧缸杆端部，所述组合油缸的另一侧缸杆端部铰接在减速箱盖顶部的支座上。

所述的大速比齿轮和小速比齿轮均通过一对圆锥滚子轴承套装在传动轴上。

所述的外花键套装在传动轴上，并通过平键与传动轴固定。

所述的组合油缸至少包括两个油缸，两个油缸尾部对尾部组合在一起。

所述组合压环上还加工有管螺纹孔和贯通油孔，贯通油孔上连接有从减速箱润滑管道引出的润滑软管。

所述的瓦环在靠近组合压环的角部，加工整圈环向油槽，在瓦环端面A和端面B上均匀布置4~6处径向油槽。

所述的长转轴的两个拨叉之间安装有销键，所述销键的一端为销，紧装在长转轴上，另一端为键，嵌入所述组合压环的键槽中。

所述内花键套的内花键为直齿内齿圈，与之配合的外花键以及大速比齿轮和小速比齿轮的副外花键也可加工为具有相同模数和分度圆直径的直齿副外齿圈。

一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构使用方法，具体步骤为：通过转臂一和转臂二在短转轴上的相位角，并调整所述双头关节轴承的长度，使组合油缸其中一个油缸杆伸出时，内花键套正好与外花键端面齐平且脱离两侧的齿轮，此时输入轴的两套齿轮只能带动与之啮合的大速比齿轮和小速比齿轮空转，无法带动传动轴转动，换挡机构处于空挡位置；当操作组合油缸的另一缸杆伸出后，长转轴带动所述拨叉转动，带动耳轴和组合压环沿着传动轴的轴向运动，推动内花键套的一半滑入小速比齿轮的副外花键，另一半保持与外花键啮合；所述瓦环的端面A和端面B与内花键套的外环面之间为间隙配合，使之可以相对滑动；在内花键套转速较大时还可通入循环润滑油，对滑动面A面和B面进行加强的润滑和冷却；所述瓦环与所述组合压环之间为紧配合并装配骑缝销，无相对滑动，并与耳轴和拨叉同时处于固定状态；此状态下，小速比齿轮、内花键套、外花键和传动轴组合成同速转动组件，实现向小速比齿轮副换挡的目的；当操作组合油缸的两个缸杆全部缩回后，内花键套的一半保持与外花键啮合，另一半滑入大速比齿轮的副外花键，实现向大速比齿轮副换挡的目的。

本发明的有益效果是：

1、专门针对厚带重载卷取机减速箱转速较低但冲击大的工况，使用整圈面接触的瓦环作为固定换挡内花键套的推力部件，采用耐磨材料制作，因而可以承受远大于线接触轴承组件承载极限的振动和冲击，实现重载卷取机减速箱换挡机构的超长维护周期，甚至与传动齿轮同寿命的维护周期。

2、去除了常规减速箱换挡机构中的轴承组件，大大降低了因轴承破碎引起的故障停机概率，从而减少了设备故障率和停机检修时间。

3、通过进一步优化组合压环和瓦环的结构，并将循环润滑油导入瓦环与内花键套之间的所有摩擦面，加强对摩擦面的润滑和冷却效果，提高了本换挡机构的转速适用上限。

4、利用转臂一、转臂二、短转轴和双头关节轴承的组合进行移轴驱动，通过设计转臂一和转臂二的长短比例，利用杠杆原理，可以用较小的油缸推动重载减速箱中更大更重的内花键套，并可通过调整双头关节轴承长度更精细地调整内花键套与齿轮的副外花键的啮合位置。本发明的方案比使用较大的油缸直接推动长转轴和拨叉进而推动内花键套的方案更为精准和节能。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为本发明机构在减速箱转动轴上的位置图；

图2为本发明机构在传动轴的轴向视图；

图3为本发明机构的转臂、转轴和拨叉之间相位关系及换挡位置的俯视图；

图4为本发明机构中组合压环的润滑油路局部放大图；

图5为本发明机构中组合压环的润滑油路剖视图；

图6为本发明机构中瓦环轴向视图。

图中：1、外花键；2、传动轴；3、大速比齿轮；4、小速比齿轮；5、内花键套；6、副外花键；7、瓦环；8、组合压环；9、耳轴座；10、键槽；11、耳轴；12、拨叉；13、长转轴；14、转轴座一；15、销轴一；16、双头关节轴承；17、调整螺栓；18、销轴二；19、转臂一；20、短转轴；21、转轴座二；22、转臂二；23、组合油缸；24、支座；25、管螺纹孔；26、油孔；27、润滑软管；28、环向油槽；29、径向油槽；30、销键；31、输入轴。

具体实施方式

实施例1：

为了克服换挡机构用于厚带重载卷取机时，来自外部的振动和冲击，其强度通常超出了换挡轴承正常的承受限度，使得其经常性破碎，并导致生产频繁中断的问题，本发明提供如图1-6所示的一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构及使用方法，本发明适用于厚带重载卷取机减速箱转速低、振动大、冲击大的工况，不需要轴承作推力部件亦可推动内花键套换挡，能够耐受大冲击负荷且不易损坏的耐冲击换挡机构。

一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构，包括外花键1、传动轴2、大速比齿轮3、小速比齿轮4、内花键套5、副外花键6、瓦环7、组合压环8、耳轴座9、键槽10、耳轴11、拨叉12、长转轴13、转轴座一14、销轴一15、双头关节轴承16、调整螺栓17、销轴二18、转臂一19、短转轴20、转轴座二21、转臂二22，组合油缸23和支座24；所述的外花键1套装在传动轴2上；所述的大速比齿轮3和小速比齿轮4套装在传动轴2上；所述的外花键1与一套花键规格相同且宽度相同的内花键套5啮合并可相对滑动；所述大速比齿轮3和小速比齿轮4侧面均加工有同规格的副外花键6，副外花键6可由内花键套5滑入并将大速比齿轮3或小速比齿轮4与外花键1组合在一起；所述内花键套5的外环面的中段为环状矩形凸缘，在凸缘的两边各套入一个截面为L形的瓦环7；所述的瓦环7由一对组合压环8从两侧扣装固定；所述的组合压环8扣装在一起后骑缝加工出两个耳轴座9和一个键槽10；所述两个耳轴座9成180°分布，所述键槽10与两个耳轴座9成90°布置；在所述组合压环8的两个耳轴座9内均装有耳轴11；上下两个耳轴11的突出部分分别嵌装到两个拨叉12的U形孔内；所述的两个拨叉12套入一根长转轴13上，并通过键和紧定螺钉固定在长转轴13上；所述的长转轴13竖向安装，上下两端通过轴承安装在减速箱的箱盖和箱底的转轴座一14内；位于上部的拨叉12上靠近U形孔附近有销孔，安装有销轴一15；所述的销轴一15的另一端套装着一套双头关节轴承16，所述双头关节轴承16两端的间距通过中部的调整螺栓17进行调整，所述双头关节轴承16的另一端通过销轴二18连接在转臂一19的一端，所述转臂一19的另一端套在短转轴20上并通过圆柱销贯穿固定；所述短转轴20通过两套轴承安装在减速箱盖的转轴座二21内，所述短转轴20的另一端，通过键固定安装有转臂二22，转臂二22的另一端铰接在组合油缸23的一侧缸杆端部，所述组合油缸23的另一侧缸杆端部铰接在减速箱盖顶部的支座24上。

本发明使用瓦环7作为固定换挡内花键套5的推力部件，使得承受振动和冲击的部分，由常规换挡机构中两个轴承的外圈与内花键套的线性接触，改为本发明中瓦环7与内花键套5的整圈面接触，并且使用高强度耐磨材料制作瓦环7，大大提高了推力部件承载冲击的能力。但是由于推力部件是摩擦接触，如果转速过高就会产生过多的热量，导致瓦环7过热失效。故而本发明正好适用于厚带重载卷取机减速箱这种冲击大但转速较低的设备当中。另外，通过将循环润滑油导入瓦环7的摩擦面，对瓦环7加强润滑和冷却，可以在一定范围内提高本换挡机构的转速适用上限。

本发明通过转臂一19、转臂二22、短转轴20和双头关节轴承16的组合进行了移轴设计，通过设计转臂一19和转臂二22的长短比例，利用杠杆原理，可以用较小的油缸23推动重载减速箱中更大更重的内花键套5，并可通过调整双头关节轴承16长度更精细地调整内花键套5与齿轮的副外花键6的啮合位置。本发明的方案相比使用较大的油缸直接推动长转轴13和拨叉12进而推动内花键套5的方案，可以更好地消除因制造和装配误差带来的内花键套5与齿轮的副外花键6的啮合位置偏离的问题，也避免使用大油缸驱动而造成材料和能源的浪费。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述的大速比齿轮3和小速比齿轮4均通过一对圆锥滚子轴承套装在传动轴2上。

本发明中大速比齿轮3比小速比齿轮的速比大。

优选地，所述的外花键1套装在传动轴2上，并通过平键与传动轴2固定。

优选地，所述的组合油缸23至少包括两个油缸，两个油缸尾部对尾部组合在一起。

优选地，所述组合压环8上还加工有管螺纹孔25和贯通油孔26，贯通油孔26上连接有从减速箱润滑管道引出的润滑软管27。

如图4和图5所示，所述组合压8还加工有管螺纹孔25和贯通油孔26，从减速箱润滑管道引一路润滑软管27，接到管螺纹孔25处，通入循环润滑油，对所述瓦环7进行润滑和冷却。

优选地，所述的瓦环7在靠近组合压环8的角部，加工整圈环向油槽28，在瓦环7端面A和端面B上均匀布置4~6处径向油槽29。

如图5和图6所示，所述瓦环7可用高强度耐磨青铜材料或自润滑复合材料，并在靠近组合压环8的角部，加工整圈环向油槽28，在端面A和B上均匀布置4~6处径向油槽29。该结构更有利于将润滑油导入摩擦面A面和B面，进一步强化了润滑和冷却效果，提高了本换挡机构的转速适用上限。

优选地，所述的长转轴13的两个拨叉12之间安装有销键30，所述销键30的一端为销，紧装在长转轴13上，另一端为键，嵌入所述组合压环8的键槽10中。

如图2所示，所述长转轴13的两个拨叉12之间，安装有销键30。所述销键30的一端为销，紧装在长转轴13上，另一端为键，嵌入所述组合压环8的键槽10中，即可在传动系统的速度波动时限制组合压环8的环向摆动，减少瓦环7不必要的摩损和发热。

优选地，所述内花键套5的内花键为直齿内齿圈，与之配合的外花键1以及大速比齿轮3和小速比齿轮4的副外花键6也可加工为具有相同模数和分度圆直径的直齿副外齿圈。

如图1所示，所述内花键套5的内花键也可加工为直齿内齿圈。相应的，与之配合的外花键1以及大速比齿轮3和小速比齿轮4的副外花键6也可以加工为具有相同模数和分度圆直径的直齿副外齿圈，亦可实现相同的功能。

一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构使用方法，其特征在于：具体步骤为：通过转臂一19和转臂二22在短转轴20上的相位角，并调整所述双头关节轴承17的长度，使组合油缸23其中一个油缸杆伸出时，内花键套5正好与外花键1端面齐平且脱离两侧的齿轮，此时输入轴31的两套齿轮只能带动与之啮合的大速比齿轮3和小速比齿轮4空转，无法带动传动轴2转动，换挡机构处于空挡位置；当操作组合油缸23的另一缸杆伸出后，长转轴13带动所述拨叉12转动，带动耳轴11和组合压环8沿着传动轴2的轴向运动，推动内花键套5的一半滑入小速比齿轮4的副外花键6，另一半保持与外花键1啮合；所述瓦环7的端面A和端面B与内花键套5的外环面之间为间隙配合，使之可以相对滑动；在内花键套5转速较大时还可通入循环润滑油，对滑动面A面和B面进行加强的润滑和冷却；所述瓦环7与所述组合压环8之间为紧配合并装配骑缝销，无相对滑动，并与耳轴11和拨叉12同时处于固定状态；此状态下，小速比齿轮4、内花键套5、外花键1和传动轴2组合成同速转动组件，实现向小速比齿轮副换挡的目的；当操作组合油缸23的两个缸杆全部缩回后，内花键套5的一半保持与外花键1啮合，另一半滑入大速比齿轮3的副外花键6，实现向大速比齿轮副换挡的目的。

如图1、图2和图3所示，一种用于厚带重载卷取机减速箱的换挡机构，至少包括外花键1，所述外花键1套装在传动轴2上，并通过平键与传动轴2固定。所述传动轴2上安装有大速比齿轮3和小速比齿轮4，各通过一对圆锥滚子轴承，套装在传动轴2上。所述外花键1与一套花键规格相同且宽度相同的内花键套5啮合并可相对滑动。所述大速比齿轮3和小速比齿轮4侧面均加工有同规格的副外花键6，可以由所述内花键套5滑入并将大速比齿轮3或小速比齿轮4与外花键1组合在一起，使被组合齿轮与传动轴2同转速转动。所述内花键套5的外环面的中段为环状矩形凸缘，在凸缘的两边各套入一个截面为L形的瓦环7。所述内花键套5的凸缘与瓦环7的A面和B面之间为间隙配合，可相对滑动。所述瓦环7由一对组合压环8从两侧扣装固定，相互之间为紧配合并由骑缝销固定，无法相对滑动。所述组合压环8通过一圈均布紧固件实现扣合组装。所述组合压环8扣装在一起后骑缝加工出两个耳轴座9和一个键槽10。所述两个耳轴座9成180°分布，所述键槽10与两个耳轴座9成90°布置。在所述组合压环8的耳轴座9内装有两个耳轴11。上下耳轴11的突出部分分别嵌装到两个拨叉12的U形孔内。所述拨叉12套入一根长转轴13上，并通过键和紧定螺钉固定在长转轴13上。所述长转轴13一般为竖向安装，上下两端通过轴承安装在减速箱的箱盖和箱底的转轴座一14内。位于上部的拨叉12上靠近U形孔附近有销孔，安装有销轴一15。所述销轴一15的另一端套装着一套双头关节轴承16。所述双头关节轴承16两端的间距可以通过中部的调整螺栓17进行调整。所述双头关节轴承16的另一端通过销轴二18连接在转臂一19的一端。双头关节轴承16的特性就是可以使装在上面的销轴轴向360°转动并在一定锥角内摆动，容纳一定范围内的加工和装配累积误差。所述转臂一19的另一端套在短转轴20上并通过圆柱销贯穿固定。所述短转轴20通过两套轴承安装在减速箱盖的转轴座二21内。所述短转轴20的另一端，通过键固定安装有转臂二22，转臂二22的另一端铰接在一对尾部对尾部组合在一起的组合油缸23的一侧缸杆端部。所述组合油缸23的另一侧缸杆端部铰接在减速箱盖顶部的支座24上。

本发明使用瓦环7作为固定换挡内花键套5的推力部件，使得承受振动和冲击的部分，由常规换挡机构中两个轴承的外圈与内花键套的线性接触，改为本发明中瓦环7与内花键套5的整圈面接触，并且使用高强度耐磨材料制作瓦环7，大大提高了推力部件承载冲击的能力。但是由于推力部件是摩擦接触，如果转速过高就会产生过多的热量，导致瓦环7过热失效。故而本发明正好适用于厚带重载卷取机减速箱这种冲击大但转速较低的设备当中。另外，通过将循环润滑油导入瓦环7的摩擦面，对瓦环7加强润滑和冷却，可以在一定范围内提高本换挡机构的转速适用上限。本发明通过转臂一19、转臂二22、短转轴20和双头关节轴承16的组合进行了移轴设计，通过设计转臂一19和转臂二22的长短比例，利用杠杆原理，可以用较小的油缸23推动重载减速箱中更大更重的内花键套5，并可通过调整双头关节轴承16长度更精细地调整内花键套5与齿轮的副外花键6的啮合位置。本发明的方案相比使用较大的油缸直接推动长转轴13和拨叉12进而推动内花键套5的方案，可以更好地消除因制造和装配误差带来的内花键套5与齿轮的副外花键6的啮合位置偏离的问题，也避免使用大油缸驱动而造成材料和能源的浪费。

本发明针对厚带重载卷取机减速箱转速较低但冲击大的工况，使用整圈面接触的瓦环7作为固定换挡内花键套5的推力部件，并使用高强度耐磨材料制作，因而可以承受远大于线接触轴承组件承载极限的振动和冲击，实现重载卷取机减速箱换挡机构的超长维护周期，甚至与传动齿轮同寿命的维护周期。

本发明去除了常规减速箱换挡机构中的轴承组件，大大降低了因轴承破碎引起的故障停机概率，从而减少了设备故障率和停机检修时间。

本发明提供的组合压环8和瓦环7的结构，并将循环润滑油导入瓦环7与内花键套5之间的所有摩擦面，加强对摩擦面的润滑和冷却效果，提高了本换挡机构的转速适用上限。

以上实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。