具有偏移构造点的直齿轮的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种绕旋转轴旋转安装并通过旋转配合件传输扭矩的部件。所述部件具有绕旋转轴(R)延伸的第一直齿轮，其与具有与第一直齿轮匹配的合适的第二直齿轮的旋转配合件啮合。第一直齿轮具有多个带有齿尖的齿以及位于各齿尖之间的齿槽，其中各齿尖大体上沿旋转轴方向延伸。第一直齿轮的齿尖分别具有啮合边缘，形成第一线，而位于各齿之间的齿槽定义了第二线。至少两个相邻的第二线相交于虚拟点(S)上，该点位于越过旋转轴(R)且位于旋转轴(R)和第一直齿轮的最大圆周(A)之间的半圆平面上。
【专利说明】具有偏移构造点的直齿轮
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种绕旋转轴旋转安装的部件，尤其是作为轮毂/旋转接合总成的一部分。为了传输扭矩，该部件具有一直齿轮，该直齿轮绕旋转轴延伸并且与具有对应直齿轮的旋转配合件偏置啮合。为了支持该扭矩，该直齿轮具有多个带有基本沿旋转轴方向(例如径向)延伸的齿尖的齿以及位于各齿之间的齿槽。
【背景技术】
[0002]在轮毂/旋转接合总成中提供配对的直齿轮已为公知技术，例如DE19751855C1公开了一种轮毂/旋转接合总成，其中外接合部构造为圆盘形状。一用于向轮毂传输扭矩的环形体，该环形体一方面通过直齿轮连接到外接合部，另一方面通过纵向齿非旋转地连接到轮毂。该外接合部和环形体通过固定环彼此轴向连接。对于轮毂，环形体通过形成轮毂的套筒状部分与通过环形体轴向偏置的轮毂轴承轴向连接。
[0003]DE3636243A1也公开了一种使用直齿轮的轮毂/旋转接合总成，其中该轮毂具有带有珠子的套筒部，该珠子轴向固定轮毂轴承的轴承内圈。在珠子的端部，具有直齿轮，该直齿轮与外接合部上对应的相同和反向的直齿轮哨合，用于传输扭矩。该两直齿轮位于共同的径向平面上。
[0004]通常当设计齿时，会使用一般被称为Hirth型齿轮的构造设计。该种齿轮由艾尔伯特.希斯(Albert Hirth)博士发明，并已获专利授权DE440816。该Hirth型齿轮特征在于该直齿轮的每一个齿均具有一个哨合边缘，形成第一直线，和多个哨合时与各个齿对应的齿槽，每一个形成第二直线，两直线在旋转轴上相交于一点。
[0005]DE102005054283B4同样在轮毂/旋转接合总成的部件上采用了上述Hirth型齿轮。在该申请中，进行啮合的齿轮的齿的径向向外部分沿径向方向突出，这表示在两个齿轮轴向螺旋连接时，它们首先在外侧彼此径向连接，并且仅在定位螺钉完全旋紧后，齿才会完全啮合。其实现方式是上述一个齿轮的直线的交点和反向齿轮的交点不重合，两个交点在旋转轴上位置相互错开。这种方法的缺点在于，径向内部区域的啮合程度很大程度上依赖于两个齿轮彼此偏置的强度，因此就避免不了内部区域的局部过载。经过数次测试，证明了一种齿轮的设计具有尤其惊人的承载能力，其中上述啮合边缘线及齿的齿槽线的交点并不是精确地位于旋转轴上，而是如本发明，与旋转轴错开。
【发明内容】
[0006]在这种背景下，本发明的目的在于，提供一种改进的两个旋转配合件(rotatingpartner)之间的啮合方式，相比于普通的Hirth型齿轮，其通过匹配直齿轮以相互作用的方式啮合。该目的通过权利要求1所述的部件实现。对应的优选总成是等同权利要求的主题。而优选的实施例是各从属权利要求的主题。需要说明的是，在专利权利要求书中分别提及的特征可以以任何技术上有意义的方式进行组合，并且表示本发明的其他实施例。这里的说明，尤其是与附图结合的说明，是进一步说明本发明的特征及详细情况。
[0007]本发明涉及一种绕旋转轴的旋转安装的部件。该部件尤其适用于与旋转配合件一起进行扭矩传输。该部件具有第一直齿轮，该第一直齿轮绕旋转轴延伸并且用于同旋转配合件啮合，优选地为偏向啮合，该旋转配合件具有与第一直齿轮匹配的对应的第二直齿轮。所述第一直齿轮具有多个带有齿尖的齿以及位于各齿之间的齿槽，其中该齿尖基本沿旋转轴的方向延伸。优选地，提供一种绕旋转轴延伸的齿轮。
[0008]在径向方向上，齿轮的齿例如会越过整个半径，从旋转轴延伸到各自的外圆周。优选地，所述齿不是延伸至旋转轴，而是越过一部分半径从内圆周到外圆周，即该齿轮例如以环形方式配置，从而为中央布置装置提供空间，以将部件和旋转配合件固定在一起。根据本发明，第一齿轮也包括多个圆周上间隔开的齿组，当啮合时，该齿组与旋转配合件的第二齿轮匹配。该第一直齿轮具有一啮合边缘，该啮合边缘形成第一线，在下文也称为齿顶线。即该线分别由齿顶上的齿轮的轴向最外面的点限定。位于各齿之间的齿槽分别形成第二线，即齿轮的轴向最下方点限定了第二线，在下文称为齿根线。第一和第二线之间的齿表面的轮廓分别形成了齿侧面。该齿侧面相对于与第一线相交并且平行于旋转轴的垂线的倾斜度可方便地为任意值。齿的侧面例如可以是对称和非对称的倾斜。优选地，设定相对于上述垂线的最大侧面角为19.5°，工艺相关的双边误差偏差最大为0.5°。此外，齿尖和/或齿槽可以是圆形的。
[0009]根据本发明，至少两条相邻的第二线在一虚拟点上相交，该虚拟点位于旋转轴和第一直齿轮的最大外圆周之间，越过旋转轴的对应半圆平面上。虚拟点位于旋转轴外，而非其上，这一事实使得根据本发明解决方案的齿相对于(至少在想象中的)向旋转轴运转的齿而言，在径向方向上的逐渐变细变得不明显。与Hirth型的齿轮相比，通过这种措施可以在径向内部区域获得更大的材料厚度。通过测试，意外地发现，在例如与传统的Hirth型的齿轮无游隙啮合的情况下，可以在不增加齿折断的风险的同时，获得改进的齿轮非旋转啮合。为了在径向内部区域保持或者甚至增加匹配齿轮的穿透深度，齿的第一线例如平行于临近的第二线运转或者甚至在旋转轴的方向上偏移。
[0010]根据本发明，第一直齿轮可配置为螺旋齿轮，即在该实施例中，第一线不与旋转轴相交。然而，优选地，设定第一线与旋转轴相交，那么则导致齿基本为径向指向，因为必须容许工艺相关的误差偏差。
[0011]为了简化设计，设定位于两条第二线之间的第一线还穿过虚拟点。
[0012]优选地，第一线限定了一平面。根据另一实施例，设定第一线位于圆锥体或者截锥体的外围表面。例如，这是一个圆锥体或截锥体的内齿轮，或者是圆锥体或截锥体的外齿轮。
[0013]本发明中的“线”不一定要设定为直的第一和第二线。即使所述线优选为直的，但沿任何方向的弯曲的线也是可以的。优选地，至少第一线沿平行于啮合方向弯曲。换言之，相关的曲率平面平行于旋转轴，或者旋转轴甚至位于曲率平面内。优选地，它们是凹面弯曲的。优选地，至少第一线完全平行于啮合方向弯曲。即其他的线为直的，仅有一个曲率平面平行于旋转轴，或者旋转轴位于曲率平面内。根据一优选实施例，设定第一线在其范围内保持其弯曲方向。
[0014]例如，第一线不是从齿轮的外圆周沿直线方向朝向主要由第二线限定的虚拟点移动，而是在啮合方向上在其径向范围内具有曲率。发现通过在所述方向上的曲率该啮合条件能够更好的重现。因为已经发现，尤其是在中心固定的情况下，在径向方向上的弹性柔度及柔度的变化很大程序上依赖于设计“基础”。当设计齿轮时，一定要考虑到柔度的径向变化。已发现这只适用于构造线(尤其是第一构造线)不足以设计成直线时。而该曲率尤其可以更好地适应于部件的实际设计。
[0015]此外，优选地，第二线也是弯曲的，每个齿的侧面角在其整个径向范围内保持不变。假定穿过齿的切口分别垂直于第一线并平行于旋转轴，则侧面角是在平行于旋转轴并穿过第一线的“垂线”和连接第一、第二线的直线之间的角度。例如，第二线的曲率依照第一线的曲率。根据本发明，要避免齿侧面区域的凸起或者凸起加工。换言之，齿的截面几何情况应该保持不变；仅其径向范围具有背向啮合的曲率或圆形部分。
[0016]因此可以确定，即使存在曲率并假定旋转配合件具有对应的配置，至少可以在一些部分获得与直齿轮的强制啮合。
[0017]本发明还涉及一种用于扭矩传输的总成。该总成包括一绕旋转轴旋转安装的部件以及旋转配合件；该部件配置为上述其中一个实施例，其中每一个都是优选的。根据本发明，旋转配合件的第二直齿轮外周啮合，从而与第一直齿轮匹配，第二直齿轮具有多个带有基本沿旋转轴方向延伸的齿尖的齿以及位于各齿之间的齿槽，并且第二直齿轮的齿尖分别限定了啮合边缘，形成第三线，并且位于各齿之间的齿槽分别形成第四线。只要可以与部件形成外周啮合，旋转配合件的齿轮可以以任何方式配置。优选地，如果能够强制，每个齿至少部分形成无游隙啮合，即至少在一些部分，齿与其两个侧面形成与其他直齿轮的齿的侧面的接触点。根据一优选实施例，第二齿轮配置为Hirth型齿轮，即第三和第四线在位于旋转轴的点上相交。
[0018]优选地，设定至少两条相邻的第四线相交于一虚拟点，该虚拟点位于在旋转轴和第二直齿轮的最大圆周之间的旋转轴一侧上的半圆表面上。因此与齿朝向旋转轴移动(假定至少一部分)相比，本发明的技术方案中齿在径向方向的逐渐变细变得更加明显。与Hirth型齿轮相比，这种措施可以获得的径向内部区域材料厚度更小，因此在第一和第二直齿轮之间的相互作用构成了空间和游隙，从而在固定时，径向外区域能够首先完成并且更强地相互啮合，其中由于径向外区域可以承受更重的负载，因此它对于扭矩传输更为重要；而由于逐渐变细形成的游隙，在径向内部区域，啮合更不容易遇到局部过载的危险。换言之，第一和第二直齿轮之间的游隙总体在增加，其沿径向向内方向上增加；在强制固定两者时，在齿的径向内部区域提供了安全裕度，由于齿具有更小的材料的厚度，因此更加灵敏，这样根据本发明的匹配使得从径向外部沿径向方向强制啮合到径向内部，主要是强制啮合，从而避免对内部区域造成损坏。
[0019]为了作进一步的改进，位于两条第四线之间的第三线也优选地与虚拟点相交。在这种情况下，优选地，第一直齿轮构造为齿的第一线也与该齿相关的各第二线的交点相交。
[0020]优选地，第一直齿轮的虚拟点限定了与旋转轴垂直的第一平面，而第二直齿轮的虚拟点限定了与旋转轴垂直的第二平面，在部件和旋转配合件偏置啮合的情况下，平面彼此间隔平行。例如，这些平面的偏移是通过上述构造线的弯曲程度实现，例如第一和第三线的构造线。
[0021]根据一优选实施例，设定部件的虚拟点以及旋转配合件的各点分别位于与旋转轴同轴的虚拟圆上。优选地，该圆具有同样的半径。在一实施例中，该半径对应于用于在各齿轮之间产生偏置啮合的部件的中心孔半径。
[0022]该总成优选用于机动车，设置在机动车的车轮和侧轴之间。例如，第一和第二直齿轮中的一个直齿轮安装车轮轴承的滚动铆钉套环上，并通过紧固螺丝固定到反向齿轮，该反向齿轮即为第一和第二直齿轮中的另一个，其形成于万向节罩(joint bell)上，与该万向节罩构成与侧轴非旋转连接的旋转接合连接构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面参考附图对本发明及技术背景进行更详细地说明。需要说明的是，附图描述的是本发明的特别优选的实施例，但是本发明并不受附图描述的限制。附图示意性地显示了:
[0024]图1:根据本发明的轮毂/旋转接合总成的局部截面图；
[0025]图2:根据本发明的第一直齿轮的第一实施例的透视俯视图；
[0026]图3:根据本发明的第二直齿轮的第一实施例的透视俯视图；
[0027]图4:根据本发明的第一直齿轮的第二实施例的透视俯视图；
[0028]图5:根据本发明的第二直齿轮的第二实施例的透视俯视图。
【具体实施方式】
[0029]图1所示为根据本发明的包括部件3的轮毂/旋转接合总成I，在本示例中，轮毂包括万向节罩以及旋转配合件2。该轮毂2支撑一未示出的轮。该万向节罩3为接合的一部分，由未示出的侧轴驱动，绕旋转轴R旋转。为了连接部件3与旋转配合件2，连接部件3与旋转配合件2分别设有分别绕旋转轴R延伸的直齿轮10和20。直齿轮10和20相互匹配，如果匹配方式正确，其中一个的齿与另一个的齿槽哨合至少一部分是无游隙的。为了相对于齿轮的啮合产生偏置，合适的装置是中心螺旋接头4。即螺栓4穿过轮毂2的中心孔，并且拧入万向节罩3的螺纹孔，从而将万向节罩一侧的第一直齿轮10固定到轮毂一侧的第二直齿轮20上。本发明直齿轮的齿的构造设计参考下述各附图进行说明，其中构造线分别用来描述齿的图示表征。例如，图2所示为第一齿轮10的第一实施例中的齿13的构造线，例如，如图1所示，它设置在本发明总成I的万向节罩3上。在下面的附图中，只显示了第一直齿轮的一个齿13。而其他与齿13形状相同的各齿配置为在圆周方向上绕旋转轴R沿圆A运转。这同样适用于下述附图，只是细节上进行了必要的变更。构造线12由啮合边缘定义，即齿最外面的点。各构造线11分别由与该齿相邻的齿槽最下方的点定义。齿顶线12和各个齿根线11间的表面限定了齿廓。相应的侧面角为由线12和旋转轴R横跨形成的平面和分别由线12和11横跨形成的平面之间的角。构造线11、12在虚拟点S处相交，该虚拟点位于圆K上并远离旋转轴R，且位于第一齿轮10的外圆周A内。第一直齿轮10的所有的齿的交点S都位于圆K上。交点S是虚拟的，这是因为用于偏置装置4的第一齿轮10的中心孔是齿延伸到旋转轴R的障碍。根据本发明，在本示例中的虚拟点S并不位于旋转轴R上，而是位于远离旋转轴R、位于第一直齿轮10的外圆周A和旋转轴R之间的半圆表面上。因此，齿13的径向内区域的尺寸要大于交点位于旋转轴的传统Hirth型齿轮的内区域。在一未示出的实施例中，提供一第二直齿轮，该第二直齿轮与上述第一直齿轮匹配，并且该第二直齿轮设置在轮毂2上，配置为Hirth型齿轮。
[0030]然而，图3所示为第二直齿轮20的另一实施例，根据图1所示的总成，该第二直齿轮20与第一直齿轮10匹配，并且设置在轮毂2上，即所述旋转配合件。
[0031]例如，图3所示为本发明第二齿轮20的第一实施例的齿23的构造线。不过图中仅示出第二直齿轮20的一个齿23。而其他与齿23形状相同的各齿配置为在圆周方向上绕旋转轴R运转。构造线22由啮合边缘定义，即齿23最外面的点。各构造线21分别由与该齿相邻的齿槽最下方的点定义。齿顶线22和各个齿根线21间的表面限定了齿廓。相应的侧面角为由线22和旋转轴R横跨形成的平面和分别由线22和21横跨形成的平面之间的角。构造线22、21在虚拟点S’处相交，该虚拟点位于圆K上并在旋转轴R的近侧，且位于齿轮的外圆周A内。第二直齿轮20的所有的齿的交点S’都位于圆K上。在本实施例中，该“物理”齿23运转至交点S’结束。根据本发明，在本示例中的虚拟点S’并不位于旋转轴R上，而是位于旋转轴R近侧、位于外圆周A和旋转轴R之间的半圆表面上。因此，齿23的径向内区域的尺寸要小于相交点位于旋转轴R上的传统Hirth型齿轮的内区域。
[0032]图4和图5所示分别为第一直齿轮30和第二直齿轮40的变体。
[0033]例如，图4所示为第一齿轮30的第二实施例的齿33的构造线，例如，如图1所示，它设置在本发明的总成I的万向节罩3上。图中只显示了第一直齿轮30的一个齿33。而其他与齿33形状相同的各齿配置为在圆周方向上绕旋转轴R运转。构造线32由啮合边缘定义，即齿最外面的点。构造线31分别由与该齿相邻的齿槽最下方的点定义。齿顶线32和各个齿根线31间的表面形成了齿廓。齿顶线32和齿根线31分别沿平行于旋转轴的方向弯曲，该方向与啮合方向相反。构造线32、31在虚拟点S处相交，该虚拟点位于圆K上并远离旋转轴R，且位于第一齿轮30的外圆周A内。第一直齿轮30的所有的齿的交点S都位于圆K上。交点S是虚拟的，这是因为用于偏置装置4的第一齿轮30的中心孔是齿延伸到旋转轴R的障碍。根据本发明，在本示例中的虚拟点S并不位于旋转轴R上，而是位于远离旋转轴R、位于第一直齿轮30的外圆周A和旋转轴R之间的半圆表面上，其中在这种情况下，圆K与交点Z间隔开，这使得当使用的是传统的Hirth型齿轮时，其处于与啮合方向相反的方向。因此，齿33的径向内区域的尺寸不仅要大于传统的Hirth型的齿轮的内区域，同时以非线性方式在径向内区域减少啮合，从而更适用于于部件(例如万向节罩3)的弹性柔度的径向变化。需要再次指出，本实施例同样适合匹配传统的Hirth型齿轮，其设置在轮毂2上。
[0034]图5所示为第二直齿轮40的另一第二实施例，该第二直齿轮40与上述实施例中的第一直齿轮30匹配，并且设置在轮毂2上，即旋转配合件。
[0035]例如，图5所示为本发明第二齿轮40的第二实施例的齿44的构造线。图中仅示出第二直齿轮40的一个齿44。而其他与齿44形状相同的各齿配置为在圆周方向上绕旋转轴R运转。构造线42由啮合边缘定义，即由齿44最外面的点定义。构造线41分别由与该齿相邻的齿槽最下方的点定义。齿顶线42和各个齿根线41间的表面限定了齿廓。侧面角在各个齿44的径向范围上是不变的。根据本发明，在本示例中的虚拟点S’并不位于旋转轴R上，而是位于旋转轴R近侧，位于第二直齿轮40外圆周A和旋转轴R之间的半圆表面上。其中在本实施例中，圆K与交点Z间隔开，这使得当使用的是传统Hirth型齿轮时，其处于与啮合方向相反的方向。因此，齿44的径向内区域的尺寸不仅要小于传统Hirth型齿轮的内区域，同时以非线性方式在径向内区域减少啮合，从而更适用于部件(例如轮毂2)的弹性柔度的径向变化。
【权利要求】
1.一种绕旋转轴旋转安装并通过旋转配合件(2)传输扭矩的部件(3)，具有绕旋转轴(R)延伸并且与旋转配合件(2)啮合的第一直齿轮(10、30)，其中旋转配合件(2)具有与第一直齿轮(10、30)匹配的对应的第二直齿轮(20、40)，第一直齿轮(10)具有多个带有大体上沿旋转方向延伸的齿尖的齿(13、33)以及位于各齿之间的齿槽，第一直齿轮的每个齿尖均具有一个形成第一线(12、32)的啮合边缘，位于各齿之间的每个齿槽形成一第二线(11、31)，其中至少两个相邻的第二线(11、31)相交于一虚拟点(S)，该虚拟点(S)位于越过旋转轴(R)且处于旋转轴(R)和第一直齿轮(10、30)的最大圆周(A)之间的半圆平面上。
2.根据权利要求1所述的部件(3)，其中位于两条第二线之间的第一线与旋转轴相交。
3.根据前述任一项权利要求所述的部件(3)，其中位于两条第二线之间的第一线与虚拟点相交。
4.根据前述任一项权利要求所述的部件(3)，其中第一线限定了一平面。
5.根据权利要求1或2所述的部件(3)，其中第一线位于一截锥体的外围表面。
6.根据前述任一项权利要求所述的部件(3)，其中至少第一线沿平行于旋转轴的方向弯曲，优选地与哨合方向相反。
7.根据前述权利要求所述的部件(3)，其中第二线进一步以使各个齿的侧面角在其径向范围内保持不变的方式弯曲。
8.一种传输扭矩的总成(I)，包括根据前述任一项权利要求配置的绕旋转轴旋转安装的部件(3)，以及具有与第一直齿轮(10、30)在外周啮合的第二直齿轮(20、40)的旋转配合件(2)，其中旋转配合件(2)的第二直齿轮(20、40)具有多个带有沿旋转轴方向延伸的齿尖的齿以及位于各齿之间的齿槽，以及第二直齿轮的每个齿尖限定了形成第三线(22、24)的啮合边缘，以及位于各齿之间的每个齿槽形成第四线(21、41)。
9.根据前述权利要求所述的总成(I)，其中至少两条相邻的第四线(21、41)相交于虚拟点(S')，该虚拟点(S’)位于在旋转轴(R)近侧且处于旋转轴(R)和第二直齿(20、40)的最大圆周(A)之间的半圆平面上。
10.根据前述权利要求所述的总成(I)，其中位于两条第四线(21、41)之间的第三线(22,44)也与虚拟点(S')相交。
11.根据前述两个权利要求中的任一项所述的总成(I)，其中第一直齿轮(10、30)的虚拟点(S)限定了垂直于旋转轴(R)的第一平面(El)，而第二直齿轮(20、40)的虚拟点(S')限定了垂直于旋转轴(R)的第二平面(E2)，在部件(3)和旋转配合件(2)偏置啮合的情况下，平面(E1、E2)相互间隔开并且相互平行。
12.根据前述两个权利要求中的任一项所述的总成(I)，其中部件(3)的虚拟点(S)以及旋转配合件(2)的虚拟点(S')分别位于与旋转轴(R)同轴的虚拟圆(K)上。
13.根据前述权利要求所述的总成(1)，其中圆(K)的半径是相同的。
14.根据权利要求8-13中的任一项所述的总成(I)，其中设有用于实现第一直齿轮(10,30)和第二直齿轮(20、40)偏置啮合的装置(4)。
15.根据权利要求8-14中的任一项所述的总成(I)，其中该总成设置在机动车的车轮和侧轴之间。
【文档编号】F16D1/033GK104471265SQ201380038492
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】C·费尔希纳, L·霍克斯, W·雅克尔斯 申请人:尼亚普科欧洲有限公司