用于制造具有平坦底部和中央突起的联接器的方法及工具

摘要

描述了一种用于旋转联接的弯曲联接器(400)，所述弯曲联接器包括：多个齿(402、403)，布置成圆，并从在径向方向(407)和周向方向(409)上延伸的圆平面突出(h)，其中，所述多个齿中的齿(403)的侧表面(411)与所述多个齿中的另一齿(402)的侧表面(413)相对，其中所述齿(403)与另一齿(402)相邻，并通过分隔表面(404)与所述另一齿分开，其中，所述分隔表面包括位于所述圆平面中的平坦表面(405)，其中，所述分隔表面(404)包括位于所述齿(403)的侧表面(411)和所述另一齿(402)的侧表面(413)之间的中央突起(423)，其中所述突起(423)从所述圆平面突出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造具有平坦底部和中央突起的两个联接元件的方法。 此外，本发明涉及制造平坦底部和中央突起的磨削工具的形状。

背景技术

两个接合的弯曲联接器(curvic coupling)可用于旋转地联接连接至相应 弯曲联接器的两个元件，比如旋转轴。该弯曲联接器还可以被称为离合器构 件或离合器轮。特别地，该弯曲联接器可以被称为带齿面离合器。

GB 592648公开了一种带齿面离合器及其制造方法，其中离合器构件包 括齿，所述齿具有纵向制做的螺旋侧表面。

GB 572612公开了一种端面离合器及其制造方法，其中两个表面是纵向 凸的或纵向凹的。

GB 1439707公开了一种具有用于减缓周向应力的装置的联接设备，其 中一个联接构件具有带凹的侧壁构造的凸耳元件，而另一联接构件具有带凸 的侧壁的凸耳元件。

具有齿(具有弯曲侧表面)的联接元件或弯曲联接器还可被称为曲齿联 接轮或曲齿联接元件。常规上，弯曲联接器被制成在轮廓(槽)基部具有人 字形角度(gable angle)，以确保具有所制造的一致的齿形，而没有齿的毁损或 所观察到的鳍情况。设计参数的迭代可以用来修改设计，直到已经获得合适 的轮廓为止。

联接元件或弯曲联接器可以通过使用磨削工具进行磨削来制造，比如具 有横截面形状(也称之为磨削轮廓)的圆形磨削工具，其适于从原始的圆形 工件切割出材料，以便制造弯曲联接器。由此，磨削工具或切割器旋转，并 且在轴向方向上下降至原始工件。由此，磨削工具或切割工具可以同时磨削 或机加工在要制造的弯曲联接器中间隔开的两个齿的两个侧表面。当两个相 邻齿之间的一个槽或者特别是当两对相应的相邻齿之间的两个槽(特别是凹 部)已经被磨削出时，切割工具或磨削工具上升以从工件中取出。然后，工 件绕其旋转轴线旋转，以到达另一旋转位置，在该旋转位置，磨削工具再次 下降，以磨削或机加工其他两对或相邻齿之间的两个其它槽。

已经观察到的是，就联接元件的几何形状的精度而言，可以不对联接元 件进行检查或监测，而不会很容易地接近被校准的组的检查主盘(a calibrated  set of inspection masters)。通常，仅有可用于每个联接器几何形状的少量组， 比如由工具供应商例如Gleason Works用于参考所保持的一组和用于校准联 接器制造的具有OEM的一组。

可能需要一种用于旋转联接的弯曲联接器、一种包括两个这样的弯曲联 接器的联接系统以及一种用于制造该弯曲联接器的磨削工具。

发明内容

这种需要可以通过根据独立权利要求所述的主题而得到满足。本发明的 有利实施例由从属权利要求描述。

根据本发明的实施例，提供了一种用于旋转联接的弯曲联接器，所述弯 曲联接器包括：多个齿，即许多个齿，它们布置成圆形，并且从在径向方向 和周向方向上延伸的圆平面突出，其中，所述多个齿中的齿的侧表面与所述 多个齿中的另一齿的侧表面相对，其中所述齿与所述另一齿相邻，并且通过 分隔表面与所述另一齿分开，其中，所述分隔表面包括位于所述圆平面中的 平坦表面，其中，所述分隔表面包括位于所述齿的侧表面和所述另一齿的侧 表面之间的中央突起，其中所述突起从所述圆平面突出。

所述弯曲联接器可以是圆形弯曲联接器。该弯曲联接器可以由金属比如 钢制成。该弯曲联接器可以是两个接合弯曲联接器之一，其允许两个部件的 旋转联接，每个部件连接至相应的弯曲联接器。

例如，所述弯曲联接器可以用来联接两个涡轮机比如燃气轮机、压缩机、 泵或蒸汽轮机的旋转轴。例如，所述弯曲联接器可以联接燃气轮机的压缩机 轴部和涡轮机轴部，或者可以用于联接涡轮机轴的第一部分和涡轮机轴的第 二部分。在涡轮机的特定操作条件下，特定的轴部或轴可以相互连接，而在 其它操作条件下，所述轴部或轴可以彼此分离。

两个弯曲联接器的联接可以包括第一弯曲联接器的齿与第二弯曲联接 器的另一齿联接的接合。特别地，当这两个弯曲联接器相互联接时，第一弯 曲联接器的齿的侧表面可以与第二弯曲联接器的另一齿的侧表面接合。当第 一弯曲联接器联接至第二弯曲联接器时，第一弯曲联接器和第二弯曲联接器 之一的旋转运动被传递为另一弯曲联接器的旋转运动。

所述弯曲联接器可以包括基部结构，所述多个齿从基部结构突出。该基 部结构可以成形为圆环。该基部结构可以与所述多个齿一体地形成。

例如，所述弯曲联接器可以通过铸造原始工作件然后使用根据本发明实 施例的磨削工具加工原始工作件来制造。所述磨削工具可以是具有特定横截 面形状(或轮廓)的圆环结构，以从原始工作件中去除材料，从而在由此演 变的齿之间产生槽。

例如，所述弯曲联接器可以包括30至50个齿，特别是40个齿。所述 圆平面可以垂直于要由两个弯曲联接器联接的两个轴或轴部的旋转轴线。该 旋转轴线可以限定出轴向方向，所述径向方向可以垂直于该轴向方向和所述 周向方向。此外，周向方向可以垂直于轴向方向和径向方向。

特别地，所述多个齿中的所有齿以相同的程度从圆平面突出。特别地， 所述多个齿中的每个齿包括在该齿的侧表面之间的顶表面(其主要从圆平面 突出)。当第一弯曲联接器与第二弯曲联接器接合时，所述顶表面可以接近 属于第二弯曲联接器的两个其他齿的分隔表面。然而，第一弯曲联接器的齿 的顶表面可以不接触第二弯曲联接器的其他齿之间的分隔表面。相反，可以 在第一弯曲联接器的齿的顶表面和第二弯曲联接器的齿之间的分隔表面之 间维持一间隙。由此，可以通过不同弯曲联接器的齿的仅侧表面的相互接触 来实现第一弯曲联接器和第二弯曲联接器的接合。

在常规的弯曲联接器中，所述齿与另一齿之间的分隔表面可以是人字形 表面(gable face)或具有两个相对于圆平面倾斜的表面部分的表面。然而，根 据本实施例，所述分隔表面包括平坦表面(部分)，其位于所述圆平面内。 通过在所述齿与另一齿之间提供平坦表面，可以通过使用测量装置比如坐标 测量机(CMM)来更精准地监测或测量被制造的弯曲联接器，该坐标测量 机能够准确地检查弯曲联接器的形状，特别是所述齿和分隔表面的形状，以 便确定弯曲联接器的几何属性。特别地，可以使用坐标测量机以高精度确定 齿的高度，即从圆平面至齿的顶表面所测量的齿的轴向范围。这使用分隔表 面的常规轮廓或几何形状尚不可能。由此，所述弯曲联接器的制造可以得到 改进。

所述齿与另一齿之间的分隔表面不必全部是平坦的。然而，分隔表面的 一部分是平坦表面。由此，可以通过测量从平坦表面到要测量的齿的顶表面 的距离来很容易地测量齿的高度。

中央突起还可被称为中央尖部。中央突起可以是避免毁损所述齿的侧表 面和所述分隔表面之间的圆角的结果。

特别地，磨削工具(用于制造弯曲联接器)的圆环表面的宽度可以小于 所述齿和所述另一齿在径向中央部分中的周向范围，使得当使用磨削工具来 除去要形成的所述齿和所述另一齿之间的材料时，可以维持(因而不除去) 在所述齿与另一齿之间的中心区域中的一些材料，那么，这些材料最终形成 中央突起。然而，通过将磨削工具的圆环表面的宽度选择成小于在其径向内 端的分隔表面的周向范围，可以避免毁损或磨削或除去所述齿的侧表面和分 隔表面之间的圆角。

根据本发明的实施例，所述分隔表面在该分隔表面的径向内部中是平坦 的，和/或特别地，在该分隔表面的径向外部中是平坦的。由此，特别地，可 以在圆形弯曲联接器的径向内侧区域或径向外侧区域中测量齿的高度。

根据本发明的实施例，所述分隔表面在该分隔表面的与所述齿的侧表面 相邻的部分中和/或在该分隔表面的与所述另一齿的侧表面相邻的另一部分 中是平坦的，其中，特别地，所述分隔表面的与所述齿的侧表面相邻的部分 和/或所述分隔表面的与所述另一齿的侧表面相邻的另一部分的宽度小于所 述分隔表面在该分隔表面的径向最内部中的宽度，特别为该宽度的0.5和0.9 之间。

由此，特别地，可以在所有径向位置精确地测量从分隔表面的径向内端 至分隔表面的径向外端的高度，其中，所述分隔表面的径向内端还可以相当 于齿的径向内端，并且其中，所述分隔表面的径向外端还可以相当于齿的径 向外端。特别地，当分隔表面的与齿的侧表面相邻的部分的宽度小于所述分 隔表面在该分隔表面的径向最内部中的宽度时，可以确保的是，可以避免毁 损所述齿的侧表面和分隔表面之间的圆形边缘。

特别地，所述磨削工具可适配成其环形表面具有特定的宽度，该宽度相 当于或小于该分隔表面的径向内部的宽度，以便不会毁损所述齿的侧表面和 分隔表面之间的圆形边缘。

根据本发明的实施例，一圆角形成在所述分隔表面与所述齿的侧表面之 间和/或所述分隔表面与所述另一齿的侧表面之间，特别地，该圆角具有在 0.2毫米和1.00毫米之间、尤其在0.4毫米和0.75毫米之间的圆角半径。

所述圆角可以是圆形边缘，其主要在径向方向上延伸，但是按照齿的侧 表面的曲率弯曲。具有位于所述分隔表面和所述齿的侧表面之间的圆角可以 减少应力，如果尖锐边缘存在于该位置，则会出现应力。圆角可以沿着从分 隔表面的径向内端至分隔表面的径向外端的整个路径延伸。由此，可以提供 特别稳定的结构，其可以承受高磨损。

根据本发明的实施例，所述圆角形成在分隔表面的径向内部，其中，所 述圆角特别形成在该分隔表面的最内部。特别地，所述圆角不会因使用切削 工具加工或去除要形成的齿与另一齿之间的材料的制造过程而被毁损。特别 地，所述磨削工具构造成，当机加工齿的侧表面时，与该齿相邻的另一齿的 侧表面没有被毁损，特别是其中，至少所述另一齿的侧表面与分隔表面之间 的圆角不会因远离圆角进一步磨削材料而被毁损。由此，可以减小在分隔表 面的径向内部或者在所述齿或另一齿的侧表面的应力。

根据本发明的实施例，所述齿和/或另一齿的侧表面凹入或凸出地弯曲， 具有的曲率半径是所述圆的半径的1.0至5.0倍，特别是1.0至1.5倍，其中， 曲率中心特别布置在所述弯曲联接器径向向外的圆平面中。

向所述齿和/或另一齿的侧表面提供凹入或凸出形状可以允许使用根据 本发明实施例的磨削工具来制造弯曲联接器。特别地，所述磨削工具的半径 可以大于弯曲联接器的半径。由此，制造该弯曲联接器可以得到简化。

根据本发明的实施例，所述突起在轴向方向上从所述圆平面突出所述齿 的范围的1％至10％。

根据本发明的实施例，所述突起具有与所述齿的侧表面相对的侧表面， 其中，所述突起具有与所述另一齿的侧表面相对的另一侧表面，其中，所述 突起的侧表面包括与所述圆平面成5°和45°之间的突出侧角度，其中，所述 突起的另一侧表面包括与所述圆平面成5°和45°之间的另一突出侧角度。

特别地，可以基于分隔表面在径向最内端的宽度、基于在径向内端的平 坦表面的周向方向上的宽度以及基于圆角的特征尤其是其圆角半径来选择 所述突出侧角度。特别地，该角度可被选择成可以通过磨削工具来制造中央 突起，该磨削工具在制造弯曲联接器的操作过程中不会在与可能影响圆角的 制造侧相对的一侧除去材料。

根据本发明的实施例，所述突起的侧表面和所述突起的另一侧表面在所 述齿与所述另一齿之间的中央处、在沿轴向方向从所述圆平面突出所述齿的 范围的1％至10％的尤其径向延伸的顶部处连接起来。

使中央突起的范围保持在这些极限之间可以确保中央突起不会干扰与 接合的第二弯曲联接器的齿的顶表面。由此，不会妨碍联接过程。

根据本发明的实施例，所述齿的侧表面的最靠近所述分隔表面的部分包 括与所述圆平面成150°和110°之间的侧面角度。由此，可以实现齿的侧表面 的特别取向，以便有效地联接弯曲联接器与另一弯曲联接器。

根据本发明的实施例，所述齿的侧表面的最远离所述分隔表面的部分包 括与所述圆平面成小于所述侧面角度、尤其位于170°和140°之间的另一侧面 角度。由此，可以降低齿的相邻表面之间的角度，以尤其避免尖锐边缘。

根据本发明的实施例，包括所述齿、所述另一齿和所述分隔表面的弯曲 联接器的至少一部分呈现镜像对称，其中镜平面位于所述齿与所述另一齿之 间，所述镜平面垂直于所述圆平面。

所述镜像对称可至少大致得到满足。特别地，在第一制造步骤期间，可 以使用磨削工具来机加工所述齿的侧表面。然后，磨削工具可以从弯曲联接 器向上升起，并且可以翻转，使得所述磨削工具的磨削表面与要制造的另一 齿的侧表面接触。镜像对称可由镜像对称制造步骤产生，以便一方面形成所 述齿的侧表面且另一方面形成所述另一齿的侧表面。

根据本发明的实施例，提供了一种联接系统，包括：根据上述实施例的 弯曲联接器，具有带凹侧表面的齿；以及根据上述实施例的另一弯曲联接器， 具有带凸侧表面的齿，其中，所述弯曲联接器和所述另一弯曲联接器构造成 经由所述弯曲联接器的齿的侧表面和所述另一弯曲联接器的齿的侧表面之 间的至少一个接触(点或区域)而相互接合。

所述弯曲联接器可以使用根据本发明实施例所述的磨削工具来制造，所 述另一弯曲联接器可以使用根据本发明实施例所述的另一磨削工具来制造。

根据实施例，提供了一种用于制造弯曲联接器、尤其是根据前述实施例 所述的弯曲联接器的磨削工具。其中，所述磨削工具包括：圆环表面，位于 圆平面中，用于磨削出将弯曲联接器的两个相邻齿分开的分隔表面的平坦表 面；侧表面，连接所述环表面并且相对于所述圆平面倾斜，用于磨削出所述 弯曲联接器的两个相邻齿中的齿的侧表面；以及表面部分，连接所述圆环表 面并且相对于所述圆平面倾斜，用于在所述弯曲联接器的齿之间形成中央突 起。

为了制造具有凸齿的弯曲联接器，可以使用与为了制造具有凹齿的弯曲 联接器不同的磨削工具。

本发明的以上所限定的方面以及其它方面根据下文所要描述的实施例 的各示例而变得显而易见，并且参照实施例的各示例对其进行解释。下面将 参照本发明并不局限于此的实施例的各示例对本发明进行更加详细地描述。

“内”与“外”、“最内”与“最外”应理解为弯曲联接器提供布置成圆形，即 环形或中空柱形的多个齿，所述圆具有中心，“内”是指比“外”更靠近中心的 位置。“内”表面或“内”部是指比表面或部分的其它部分更靠近中心的表面或 部分的部分。

附图说明

下面参照附图，对本发明的实施例进行说明。本发明并不限于所述或所 示的实施例。

图1示出了根据本发明实施例的带有磨削工具的弯曲联接器的示意性透 视图；

图2示出了根据本发明实施例的磨削工具的剖视图，其用于制造图1中 所示的弯曲联接器；

图3示出了图1所示弯曲联接器的位于两个齿之间的径向内部的详细透 视图；

图4示出了根据本发明其它实施例的包括磨削工具的弯曲联接器的透视 图；

图5示出了根据本发明实施例的在图4中所示的磨削工具的剖视图；以 及

图6示出了在图4中所示的弯曲联接器的齿之间的槽以及定位成制造弯 曲联接器的磨削工具的详细视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的弯曲联接器100和磨削工具150的透视 图。弯曲联接器100具有带中心101的圆形形状。弯曲联接器100包括多个 齿102、103，这些齿布置成在具有中心101的圆上彼此相邻。齿102、103 从圆平面突出，该圆平面由相邻齿102、103之间的平坦表面部分105所在 的平面限定。该圆平面沿着都垂直于轴向方向108的径向方向107和周向方 向109延伸。齿103的侧表面111与相邻于该齿103的另一齿102的侧表面 113相对。齿103通过分隔表面与相邻的齿102分开，分隔表面在所示实施 例中由平坦表面105形成，该平坦表面在其位于相邻齿102、103之间的整 个范围内是完全平坦的。齿102、103具有凹形侧表面111和113。

根据另一实施例，弯曲联接器具有凸的侧表面111和113，并且具有凹 的侧表面的弯曲联接器与具有凸的侧表面的弯曲联接器接合，以在连接至相 应弯曲联接器的两个元件之间提供旋转联接。

轴向方向108垂直于径向方向107并且还垂直于周向方向109。在该实 施例中表示相邻齿之间的分隔表面104的平坦表面105适于使用坐标测量 机，其用于测量弯曲联接器100的光学或几何属性，特别是测量齿102、103 的高度h。高度h表示齿102、103在轴向方向108上分别从由平坦表面105 限定的圆平面到齿102、103的上表面115的范围。

侧表面111、113与平坦表面105成角度χ，其中χ(180°-α，参见图2) 在150°和110°之间。窄的连接表面117设置在侧表面111、113和顶表面115 之间，该连接表面与圆平面成170°和140°之间的角度δ(180°-β，参见图2)。 圆角119形成在侧表面111、113和由平坦表面105表示的分隔表面之间， 下面将参照图3对其进行更加详细地描述。

仅其中圆形部分示出在图1中的磨削工具150是圆环结构，其具有特定 的轮廓，用于在弯曲联接器100的齿102、103之间磨削出槽。弯曲联接器 150具有带有中心151的圆形形状。在用于制造弯曲联接器100的机加工或 磨削期间，磨削工具150绕着围绕中心151的轴向方向108旋转。

图2示出了沿着工具150的周向方向观察时，磨削工具150的剖视图。 图2示出轴向方向108。磨削工具150具有位于圆平面155中的圆环表面153， 当使用磨削工具进行的制造或磨削过程结束时，该圆平面对应于由平坦表面 部分105限定的弯曲联接器100(参见图1)的圆平面。因此，特别地，圆 环表面153导致在弯曲联接器100的相邻齿102、103之间形成平坦表面105。

此外，该磨削工具包括经由圆角、尤其是外圆角159连接环表面153的 侧表面157。磨削工具150的侧表面157在制造或磨削过程中形成齿103的 侧表面111或113。另外，在磨削过程中，外圆角159在磨削过程期间在所 述弯曲联接器的平坦表面部分105与侧表面111、113之间形成圆角或边缘 119。

此外，磨削工具150包括另一更窄的侧表面部分161，其最终在弯曲联 接器100的齿103的侧表面111、113与顶表面115之间形成窄的表面部分 117。

图3示出了图1中所示的弯曲联接器100的两个齿103、102之间的槽 的详细视图特别是详细透视图。齿103、102分别包括侧表面111和113。这 些侧表面111、113通过平坦表面105分开，其中圆角119设置在平坦表面 105与侧表面111之间。图3的视图示出了位于两个相邻齿103之间的区域 的径向内部。在由圆圈121所示的区域中，圆形边缘119因磨削工具150的 圆环表面153的磨削动作而被毁损。

图4示出了根据本发明另一实施例的另一弯曲联接器400的透视图，并 且还示出了相应的磨削工具450，其成形为制造联接工具400。

在功能和/或结构上类似的元件或结构在图1、2和4、5中由相同的附图 标记(仅第一个数字不同)表示。

弯曲联接器400包括通过分隔表面404相互分开的多个齿403、402。齿 403、402从由包含在分隔表面404中的平坦表面部分405限定的圆平面突出。 特别地，平坦表面或表面部分405位于分隔表面404的径向内部。此外，分 隔表面404在分隔表面的与齿403的侧表面411相邻的部分中是平坦的，并 且在分隔表面404的与另一齿402的侧表面413相邻的另一部分中是平坦的。 圆角或圆形边缘419设置在侧表面411、413和分隔表面404的平坦部分之 间，以在操作期间减少应力。

中央突起423布置在两个相邻齿403、402之间的中央区域中，该突起 从由平坦表面部分405限定的圆平面突出。

图5示出了沿着磨削工具450的周向方向观察时，磨削工具450的剖视 图。图5示出轴向方向408。磨削工具450包括位于圆平面455中的圆环表 面453，当使用磨削工具450完成了制造弯曲联接器400时，该圆平面对应 于由弯曲联接器400的平坦表面部分405限定的圆平面。此外，磨削工具450 包括侧表面457，其设置用于磨削弯曲联接器400的侧表面411、413。该磨 削工具的侧表面457经由圆角459连接圆环表面453，圆角459(在制造过 程中)将在弯曲联接器400的侧表面411、413和平坦表面部分405之间形 成圆形边缘419。侧表面457与顶表面453成角度360°-χ。因此，齿403的 侧表面111与由平坦表面部分405限定的圆平面成角度χ(例如在110°和150° 之间)。此外，圆环结构453或圆平面455与磨削工具450的侧表面457偏 离角度α。角度α(等于180°-χ)将限定出弯曲联接器400的侧表面411、 413和弯曲联接器400的平坦表面部分405之间的角度。此外，磨削工具450 包括与圆平面455偏离角度β的另一表面部分461。

不同于图2中所示的磨削工具150，图5中所示的磨削工具450具有更 窄的圆环表面453，其中，特别地，圆环表面在该工具径向方向上的宽度w1 小于在分隔表面404的径向内端的相邻齿之间的分隔表面404的周向范围的 宽度w2，如图4和6所示。特别地，磨削工具450包括另一顶表面部分463， 其与圆平面455且由此还与圆环表面453成角度γ(例如，在10°和30°之间)。 特别地，宽度w1和角度γ选择成在磨削过程中，圆形边缘419不会被弄坏 或毁损，使用磨削工具150制造弯曲联接器100时会部分地毁损圆形边缘。

图6示意性地示出了弯曲联接器的相邻齿402、403之间的槽部，在制 造或磨削过程中磨削工具450置于齿402、403之间。相对于图5，磨削工具 450上下颠倒地示出。因为圆环表面453在(磨削工具450的)径向方向上 的宽度w1小于齿403和402之间的分隔表面404、405的(在周向方向409 上的)宽度w2的事实，所以侧表面413、411和分隔表面404或该分隔表面 的扁平部分405之间的圆形边缘419在制造过程中不会被弄坏或除去。

相对于圆环表面453倾斜的磨削工具450的另一顶表面463将会影响中 央突起423的机加工。因此，磨削工具450在其顶部具有如图5所示的倾斜 形状。由此，可以避免毁损圆形边缘419。不过，在相邻齿之间设置有平坦 表面部分405，例如用于精确地测量齿402、403的高度h。例如，为了测量， 可以使用坐标测量机。

应当指出的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”及其变 体不排除多个。此外，结合不同实施例所描述的元件可以组合。还应当指出 的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。