专利名称：具有安装在一个轴上的相互啮合的齿轮的变速箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及变速箱，尤其是机动车的变速箱，即一个安装在轴上用于将发动机的驱动转换为可用的动力的齿轮结构。
背景技术：
机动车的变速箱通常包括一个以发动机驱动的输入轴和一个接合到车轴的输出轴。可以利用一个离合器使发动机驱动同输入轴接合和脱开。输入轴和输出轴可以同心地排列，并且在它们旁边间隔一定距离并与它们平行处，可以有另一个通常所知的中间轴或副轴。安装在输入轴上的可以是一个形成所谓的头戴式耳机形齿轮的一部分的齿轮。该头戴式耳机形齿轮可以和中间轴上的一排齿轮中的一个啮合。中间轴齿轮的其余部分(例如，另外四个齿轮)可以和输出轴上的一排齿轮中的相应齿轮啮合。每个中间轴齿轮和它的相应输出轴齿轮提供一个不同的传动比。从输入轴到输出轴的驱动传送链顺序经过头戴式耳机形齿轮、中间轴齿轮和输出轴齿轮。
一些机动车变速箱，尤其是那些例如卡车等用于重载的机动车的变速箱，有多个中间轴。通过经由例如多对中间轴齿轮将驱动从输入轴传送到输出轴，每个中间轴齿轮的总负载、因而其上的应力可以显著地减少，其中，每个中间轴齿轮都安装在两个相对的中间轴中的一个上。
最普遍的是，输出轴齿轮配备有某种形式的离合器机构，通过该机构，输出轴齿轮可以同输出轴接合或脱开。确定了哪个齿轮被接合，就可以通过一个档位选择机构确定输入输出驱动比。在这样的结构里，中间轴齿轮可以同中间轴固定在一起。另外，中间轴齿轮也可以选择性地与中间轴接合，这时，输出轴齿轮可以同输出轴固定在一起。
齿轮可以通过例如机械加工或锻造而形成。被设计成位于一轴上相邻位置的两个或更多的齿轮可以一起成形。相邻齿轮的锻造受尺寸限制。因此，齿轮通常是单独成形的。
可以通过例如过盈配合或压配合或通过将齿轮用键固定或销连接在轴上而使一个齿轮同各自的轴固定在一起。在很大程度上，过盈配合这种方式对于进行固定是完全足够的。但是，它的局限性在于它在所谓的扭矩峰值的情况下可能出现的变化。
扭矩峰值可能由猛烈的档位选择引起，该档位选择可能导致引入突然和意想不到的输入驱动。因此，一个过盈配合齿轮可能被应用于超过配合的摩擦限制的力。结果，齿轮可能滑动并不再随着各自的轴转动。这可以造成可能产生安全隐患的车轴驱动损失例如，一辆爬坡的卡车的驱动损失可能有潜在的危险后果。另外，齿轮可能被错位以致缩短其使用寿命。
发明内容
本发明提供了一个包括至少一个轴和至少两个安装在该轴或每个轴上的齿轮的变速箱，其中，该至少两个齿轮的两个相邻齿轮有相互接合的结构。该相互接合结构限制上述两个齿轮中的一个相对于另一个转动。实际上，两个相邻的齿轮是互锁的。在输出轴齿轮和输出轴脱开以及中间轴齿轮同中间轴固定在一起的情况下，正是相邻的中间轴齿轮将需要有相互接合的结构。该变速箱可以有多个中间轴，并且每个中间轴上的相邻齿轮都可能需要有相互接合的结构。在中间轴齿轮同中间轴脱开以及输出轴齿轮同输出轴固定在一起的情况下，正是相邻的输出轴齿轮将需要有相互接合的结构。
相互接合结构可以包括两个相邻齿轮中的一个的至少一个凸出部分和两个相邻齿轮中的另一个的一个容纳该凸出部分的凹进部分。优选地，该凸出部分是钝锯齿形，而该凹进部分成相应的形状。然而，该凸出部分也可以是正方形、矩形、弓形、锯齿形、渐开线形、摆线形或任何可以通过与凹进部分的相应形状相结合而使两个齿轮相互接合的形状。另外还优选的是，两个相邻齿轮中的每一个都有一个接合表面，该接合表面是轴向端表面，齿轮通过其与相邻齿轮接合，并且，凸出部分从一个齿轮的接合表面延伸，而容纳该凸出部分的凹进部分位于另一齿轮的接合表面内。还优选的是，接合表面和凸出部分之间的接合处是切成圆弧形的。这样的圆弧减少了齿轮上的应力集中。也是为了减少应力集中，可以使接合处切入接合表面。
另外，相互接合结构也可以包括用于将两个相邻齿轮固定在一起的结构。该用于固定的结构可以包括用于螺栓连接、螺钉连接、粘合或焊接两个相邻齿轮的结构。
在两个相邻中间轴齿轮设有相互接合结构的情况下，两个相邻齿轮中的一个可以与输入轴上的一个齿轮相互啮合，而另一个可以与输出轴上的齿轮相互啮合。另一方面，两个相邻齿轮都可以同输出轴上的相应齿轮相互啮合。
两个相邻齿轮中的至少一个可以过盈或压配合在各自的轴上。
可以使两个以上的相邻齿轮具有相互接合的结构。
本发明还提供了一个变速箱，它包括一个轴，至少两个安装在该轴上的齿轮，和用于互锁该至少两个齿轮的两个相邻齿轮以限制两个相邻齿轮中的一个相对于另一个旋转的装置。两个齿轮中的至少一个可以过盈或压配合在各自的轴上。
本发明也提供了一种制造变速箱的方法，包括提供一个轴，在该轴上安装一个第一齿轮，并以和第一齿轮相互接合的方式安装一个第二齿轮。第一和第二齿轮可以被安装成使第一齿轮上的凸出部分能够被第二齿轮的凹进部分容纳。第一和第二齿轮中的至少一个可以被间隙或压配合在该轴上。
另外，本发明还提供了一种制造两个相邻地安装在一个变速箱的一个轴上的齿轮的方法，包括使每个齿轮成形为当两个齿轮被安装到轴上时可以相互接合的形状。优选的是，通过锻造这种有利的方式实现以上成形，因为和机械加工相比，锻造提供了相对更坚实的成品。锻造也是一种更便宜的成形方式。另外优选的是，可以使齿轮中的一个形成一个凸出部分，而使另一个形成有一个容纳该凸出部分的凹进部分。在齿轮通过锻造而成形的情况下，凸出部分可以是一种方便将齿轮从锻模中取出的形状。每个齿轮都可以在锻造后被精加工。
现在将参考下面的附图通过例子对本发明进行描述，其中图1是根据本发明的一个方面的单中间轴机动车变速箱的侧截面视图；和图2是用于图1所示变速箱的两个相邻中间轴齿轮的一个侧视图。
具体实施例方式
参考图1，一个通常用1表示的卡车变速箱有一个输入轴2和一个与输入轴2同心排列的输出轴4。一个中间轴6与输入和输出轴2、4的同心转动的轴平行，并且距其一定距离设置。一个头戴式耳机形齿轮8安装在输入轴2的一端。该齿轮与安装在如图所示的中间轴6的左手端的第一中间轴齿轮10相互啮合。输入轴2通过一个离合器(未示出)接合到发动机(未示出)上。输出轴4被间接地接合到车轴(未示出)上。
第二中间轴齿轮12(图中在右侧)相邻第一中间轴齿轮10安装，并与第三和第四中间轴齿轮14a，14b邻接。因此，该四个中间轴齿轮10、12、14a，14b按以下顺序安装并排成一行第一齿轮与第二齿轮12相邻，第二齿轮12与第三齿轮14a相邻。第三齿轮和第四齿轮14a，14b作为一个整体一起成形。第一、第二、第三和第四齿轮中间轴齿轮10、12、14a，14b中的每个都压配合在中间轴6上，并利用摩擦来保持定位。一个作为中间轴的一部分而形成的第五齿轮15与第三齿轮和第四齿轮齿轮14a，14b相邻。第二、第三、第四和第五中间轴齿轮12，14a，14b，15分别与安装在输出轴4上的相应齿轮16、18、20、21相互啮合。一个通常以22表示的档位选择装置决定输出轴齿轮16、18、20、21中的哪一个被锁在输出轴4上，并因而对应于输出轴齿轮16、18、20、21中被选择的齿轮，经由头戴式耳机形齿轮8，第一中间轴齿轮10，和中间轴齿轮12，14a，14b，15传送驱动。中间轴齿轮12、14a，14b、15和输出轴齿轮16、18、20、21的每一个组合都提供了一个不同的传动比。因此，输入驱动和输出驱动的比率由档位选择决定。
参考图2，第一中间轴齿轮10有一个轴向端接合表面26，该表面与第二中间轴齿轮12的轴向端接合表面28接合。第一中间轴齿轮10有一个从接合表面26向相邻齿轮12的方向延伸的凸出部分24。在第二齿轮12的接合表面28内有一个通常是凸出部分24的互补形状的容纳凸出部分的凹进部分30。该凸出部分24是一个被称作钝锯齿形状的部分，因为从侧面看时(如图2所示)，它的形状看起来像其顶端变钝了的锯齿。
因为凸出部分24延伸进凹进部分30，所以第一和第二齿轮10，12相互接合。有效地是，它们被互锁。这具有防止第一和第二中间轴齿轮10，12中的一个相对于另一个绕中间轴6旋转的效果。因此，例如，在输入轴2的驱动里具有可能超出第一和第二齿轮10，12之一的摩擦限制的扭矩峰值的情况下，使两个齿轮相互接合有阻止任何这种倾向的效果。第一和第二齿轮10，12的互锁导致各个齿轮的摩擦限制相结合以用于阻止任何扭矩峰值。
第一和第二中间轴齿轮10，12通过锻造成形。选择凸出部分24以及因而凹进部分30的形状，以使其容易从锻模(未示出)中取出。锯齿形、斜边型形状尤其有助于从锻模中容易地取出。此外，凸出部分和第一齿轮10的接合表面26之间的接合处32是切成圆弧形的，也就是说，锻造时在接合处32的区域内形成一个大的半径，以减少使用时的应力集中。而且，为了有利于减少应力集中，可以在锻造后使接合处32的圆弧切入接合表面26，并分别机械加工第一和第二齿轮10，12的接合表面26，28以使其提供平滑的表面。
权利要求
1.一种包括至少一个轴和至少两个安装在该轴或每个轴上的齿轮的变速箱，其特征在于，该至少两个齿轮的两个相邻齿轮有相互接合的结构。
2.一种根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，上述轴或每个轴是一个中间轴，而上述至少两个齿轮是同该中间轴固定在一起的中间轴齿轮。
3.一种根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，上述轴或每个轴是一个输出轴，而上述至少两个齿轮是同该输出轴固定在一起的输出轴齿轮。
4.一种根据权利要求1到3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，上述相互接合的结构包括上述两个相邻齿轮中的一个的至少一个凸出部分，和上述两个相邻齿轮中的另一个的一个容纳该凸出部分的凹进部分。
5.一种根据权利要求4所述的变速箱，其特征在于，上述凸出部分是钝锯齿形、锯齿形、正方形、矩形、弓形、渐开线形或摆线形，而上述凹进部分是与上述凸出部分的相对应的形状。
6.一种根据权利要求4或5所述的变速箱，其特征在于，上述两个相邻齿轮中的每一个都有一个接合表面，该接合表面是轴向端表面，且齿轮通过该面与相邻齿轮接合，并且，上述凸出部分从上述齿轮中的一个的接合表面延伸，而容纳该凸出部分的上述凹进部分位于上述齿轮中的另一个的接合表面内。
7.一种根据权利要求6所述的变速箱，其特征在于，上述接合表面和上述凸出部分之间的接合处是圆弧形的。
8.一种根据权利要求6或7所述的变速箱，其特征在于，上述接合处切入上述接合表面。
9.一种根据权利要求1到3中的任一项所述的变速箱，其特征在于，上述相互接合的结构包括用于将上述两个相邻齿轮固定在一起的装置。
10.一种根据权利要求9所述的变速箱，其特征在于，上述用于固定的装置包括用于螺栓接连、螺钉连接、粘合或焊接上述两个相邻齿轮的装置。
11.一种根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，它包括一个输入轴和一个输出轴，并且，上述两个相邻齿轮中的一个同该输入轴上的一个齿轮相互啮合，而上述两个相邻齿轮中的另一个同该输出轴上的齿轮相互啮合。
12.一种根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，它还包括一个输出轴，上述两个相邻齿轮都同该输出轴上的相应齿轮相互啮合。
13.一种根据权利要求1到12中的任一项所述的变速箱，其特征在于，上述两个相邻齿轮中的至少一个通过过盈或压配合安装。
14.一种根据权利要求1到13中的任一项所述的变速箱，其特征在于，它包括具有相互接合装置的两个以上相邻齿轮。
15.一种变速箱，它包括一个轴，至少两个安装在该轴上的齿轮，和用于互锁该至少两个齿轮的两个相邻齿轮以限制两个相邻齿轮中的一个相对于另一个旋转的装置。
16.一种制造变速箱的方法，包括提供一个轴，在该轴上安装一个第一齿轮，并以和第一齿轮相互接合的方式安装一个第二齿轮。
17.一种根据权利要求16所述的变速箱，其特征在于，上述第一和上述第二齿轮被安装成使上述第一齿轮上的凸出部分能够被上述第二齿轮的凹进部分容纳。
18.一种制造两个相邻地安装在一个变速箱的一个轴上的齿轮的方法，包括使每个齿轮成形为当两个齿轮被安装到轴上时可以相互接合的形状。
19.一种根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过锻造进行上述成形。
20.一种根据权利要求18所述的方法，其特征在于，使上述齿轮中的一个形成一个凸出部分，而使上述齿轮中的另一个形成一个容纳该凸出部分的凹进部分，并且，该凸出部分可以是一种方便将上述齿轮从锻模中取出的形状。
全文摘要
一种有一个输入轴2，一个输出轴4和一个中间轴6的变速箱1。一个安装在输入轴2上的头戴式耳机形齿轮8与安装在中间轴6上的第一中间轴齿轮10相互啮合。第二中间轴齿轮12与安装在输出轴4上的一个相应的齿轮16相互啮合。第一、第二中间轴齿轮10、12通过相互接合结构互锁，该接合结构包括例如两个齿轮10、12中的一个的凸出部分，和两个齿轮10、12中的另一个的一个容纳该凸出部分的凹进部分。互锁上述两个齿轮可以防止在例如扭矩峰值的情况下，其中的一个齿轮相对于另一个齿轮旋转。
文档编号F16H57/00GK1491327SQ02804528
公开日2004年4月21日 申请日期2002年1月3日 优先权日2001年1月4日
发明者A·莫森, D·泰勒, D·科恩斯, G·霍金斯, A 莫森, 魉, 鹚 申请人:伊顿公司