用于传递扭矩的轮毂的制作方法
【专利摘要】带有用于啮合到套管内啮合部中的外啮合部（4）以及用于与轴接触的中央凹部（23）的轮毂（2、22），其中，外啮合部（4）由多个啮合部区段形成，这些啮合部区段通过啮合部开口（7）彼此分隔开，并且其中，未装在轴上的轮毂（2、22）具有节距误差，其在从啮合部开口（7）离开的方向上降低。
【专利说明】用于传递扭矩的轮毂
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有用于啮合到套管内啮合部中的外啮合部以及用于与轴接触的中央凹部的轮毂，其中，外啮合部由多个啮合部区段形成，这些啮合部区段通过啮合部开口彼此分隔开。
【背景技术】
[0002]这种类型的轮毂在本领域中以极不相同的应用形式，例如作为传动齿轮所公知。轮毂的啮合部具有啮合部区段，在这些啮合部区段中，齿等距离地彼此相间隔。此外还具有如下区域，在这些区域中啮合部例如通过用于预同步元件的凹部被中断或者更宽地去掉若干单个齿，它们啮合到对应啮合部中的相应的更宽的齿槽中，以便使彼此啮合的构件可以正确地相互定位。
[0003]由DE38 17 767A1公知了一种套筒状的滑动套管，其以内啮合部啮合到柱体状同步载体的外啮合部中。为了减小通过淬火变形产生的滑动套管倾斜，啮合部的齿直径如下这样地匹配，即，在维持限定的间隙的情况下保障滑动套管的精确的滑动引导。
[0004]DE100 18 094A1公开了一种滑动套管，其带有非切削地制成的、波纹状的、具有内啮合部的套管体和作为换挡拨叉引导装置的盘形件。盘形件以向内伸入的楔形部啮合到套管体中。在这种情况下，具有相同的或有偏差的齿距的套管体和盘形件的型面可以相互啮
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[0005]由此，轮毂经常是非旋转对称的，这例如是因为啮合部不是全环绕的，而是划分成啮合部节段，或者出于其他的功能性原因有不同的力作用到各单个齿上。特别是啮合部的那些与齿开口相邻的齿经受 很强的齿力过度曾高，而其余的齿则传递明显较小的负荷。这种效果如下这样被加强，即，特别是当轮毂借助于压配合与轴固定连接时，轮毂的啮合部由于装配在轴上而稍微变形。轮毂越不圆或者径向凹部从外啮合部向轮毂中心延伸得越深，变形行为就越显著。由此，特别是与径向凹部相邻的齿经受很强的负载。
[0006]因此，在轮毂中形成不期望的应力集中，其可能导致失效以及阻碍轮毂进一步的质量减少。在轮毂带有齿开口的情况下，特别是啮合部节段的第一个和最后一个齿关键性地被加载，这是因为作用到它们上的齿力特别强地确定了齿开口中的缺口应力以及进而整个构件的缺口应力。
[0007]为了解决这个问题，在节段的第一个和最后一个齿的不同的结构中，由于厚度减小完全脱离啮合，由此到对应构件中的负载输入被齿开口移走。但是在此，在齿之间的不均匀的负荷分布的问题原则上仍然存在并且仅以一个齿推移。此外，提供了更少地承载的齿以传递扭矩。
【发明内容】
[0008]因此本发明的任务是，提供一种用于轴的轮毂，其在相同的结构空间的情况下可以传递更1?的扭矩或者提1? 了它 的使用寿命。[0009]根据本发明，这个任务在根据权利要求1的前序部分的轮毂中通过以下方式来解决，即，未装在轴上的轮毂具有节距误差，其在从啮合部开口离开的方向上降低。由此，各单个齿在几何结构上并不是彼此间等间隔地构造，而是朝向齿开口以与几何结构上的理想齿距递增地错开的方式构造。节距误差如下这样确定规格，即，轮毂在特别是通过压连接与轴连接之后不具有或者具有很小的节距误差。由此，由通过装配造成的在切向方向上不均匀的结构产生的变形在制造啮合部时在结构上被考虑到。因此，通过过盈配合导入轮毂中并使轮毂变形的力并没有被消除，而是被利用以克服之前人工地引入的节距误差。附加地，轮毂可以制造成不圆的，以便通过压配合获得在齿根的高度上的圆柱形周边。
[0010]因此，单个齿彼此间的齿布置和/或齿延伸的、通过不对称性、布置错位或齿廓改变(以下称为节距误差)造成的、借助本身公知的有限元法计算出的偏差有针对性地被用于抵抗由轮毂与轴的连接产生的变形。人工引入的节距误差通过轮毂在其装配时的变形被减小，从而轮毂在安装好的状态下不具有值得注意的节距误差的啮合部。因此，轮毂的齿区域由于装配变形得越强烈，节距误差就越显著。通过在轮毂在其他方面具有相同的结构形式的情况下引入人工的特别匹配的节距误差，提高了力矩传递可靠性。
[0011]以下结合同步化单元描述本发明。同步化单元同样可以用在其他传动机构应用中以及通常用在轴轮毂连接装置上。在同步化单元中，同步载体设有具有人工节距误差的轮毂。
[0012]优选地，节距误差不仅涉及单个的齿，而且涉及至少两个相邻的齿或者所有相邻的齿。如果功能元件构造为凹部或者构造为齿开口，那么减负的区域大多为直接与凹部邻接的齿。
[0013]在变型方案中设置，每个或者几乎每个齿都设有节距误差，从而最强地负载的齿与最小地负载的齿相比仅略微更强地负载。理想地，负载差通过节距误差以至少80%减小。因此，通常节距误差的计算将会导致确保在同步化单元运行中到所有齿上的在很大程度上均匀的力分布的啮合部。
[0014]备选地也可以想到，关于啮合部可以有针对性地引入不均匀的力分布，但是这种力分布会导致在与啮合部连接或者协同作用的构件中的特别低的应力。由此可以设计出具有较少材料的同步化单元，这导致重量优点以及结构空间优点。
[0015]在试验中已经证实，在根据本发明的同步载体中的应力以最多30%下降。这在必要时甚至允许在同步化单元中使用仅由板材材料构建成的同步载体，随之而来的是相对于实心的同步载体的显著的材料节约和重量节约。
[0016]在节距误差的设计中，可以根据所使用的构件的类型要么考虑到对整体同步化单元进行优化。要么备选地使各单个构件或区域有针对性地稍微更高地负载，以便另外地如下这样减负，即，产生了在制造中例如通过节约生产步骤、材料或者通过实现备选的生产工艺的额外的优点。
[0017]人工节距误差的调整可以通过改变齿厚度、通过不同的齿廓和/或通过在啮合部中的齿布置来实现。因此，啮合部并不是在几何结构上理想地实现的，而是各单个齿或较厚或较薄地实施，并且啮合部具有不同的横截面或型面或者是关于几何结构上理想的位置稍微错开。显而易见的是，节距误差也可以由这些措施的组合来组成。
[0018]通过在运行中调整出的优化的齿力分布，啮合部及其对应啮合部以及承载它们的构件明显更低地被加载。已经证实，节距误差在用于载客机动车的传动同步的情况下在数微米到最大百分之几毫米的范围中。在任何情况下，节距误差以一个或多个数量级小于齿本身的尺寸。
[0019]为了将通过再加工带来的制造成本或者对生产精度的过高的要求保持在可接受的范围内，最小的节距误差不应低于由生产技术限定的下限。在计算节距误差时，对于其余的齿应当考虑该下限。
[0020]原则上，在同步构件的啮合部上设定的节距误差是足够的。但是，不仅啮合部而且还有对应啮合部也可以含有节距误差。
[0021]如果第一同步化构件为同步载体而第二同步构件为滑动套管，那么当滑动套管与离合器体的齿啮合不应当受到影响时，在同步载体的啮合部中设置节距误差是有利的。
[0022]在啮合部内制造出节距误差可以用简单的方式如下这样来实现，S卩，特别是在啮合部通过冷成型技术制成的情况下，生产工具设有不协调的齿几何结构。
[0023]根据本发明的啮合部可以设置有第二节距误差。之前提到的根据本发明的(第一)节距误差设置仅与几何结构位置偏离的齿布置，而作为第二节距误差可以设置齿侧后退或者其他几何结构上的错开，其依赖于引入到轮毂上的负荷和/或转动方向。该第二节距误差导致不协调的齿啮合，也就是说，齿不是在每个负载情况下都同时啮合，而是由于所需的弹性变形在特定的负荷分布下才啮合，该负荷分布超出在预定的可根据节距误差的类型和大小设定的阈值。如果在传递微小的扭矩的齿上的负荷过大，那么这些齿会稍微变形，从而使更多的齿起作用。因此，在负载不断增加的情况下，越来越多的齿参与扭矩传递，直至在最大的扭矩输入的情况下所有齿都对扭矩传递做出贡献。由此得到了依赖于负载的负荷分布。结果这会导致，各单个齿虽然在特定的或者所有运行条件下比几何结构上理想的啮合部的齿更高地负载；但是同步化构件的在最不利的可能的运行条件下最强地被加载的齿或啮合部区段的峰值负荷降低。因为同步化单元根据这种峰值负载来设计，所以通过有针对性的第二节距误差额外提高了使用寿命或所能传递的扭矩。
[0024]因此，具有之前提到的两个节距误差的轮毂在装配在轴上之后还不能立即获得几何结构上理想的啮合部，而是在带有轮毂的设备的运行中负载的情况下才获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]以适宜的方式结合附图详细阐述本发明。在附图中:
[0026]图1示出了根据本发明的轮毂及作为带有对应啮合部的构件的滑动套管的横截面图，该轮毂的形式为同步载体；
[0027]图2示出了图1中的同步化单元的立体图；
[0028]图3示出了第二个根据本发明的轮毂的横截面的局部截段，带有投影的几何结构上理想的啮合部；
[0029]图4a示出了在装配之前根据现有技术的轮毂的啮合部区段的节距误差的图表；
[0030]图4b示出了在将轮毂装配到轴上之后，单个齿的由根据图4a的齿几何结构造成的节距误差；
[0031]图5a示出了在装配之前根据图3的根据本发明的轮毂的啮合部区段的齿的节距误差；以及[0032]图5b示出了在装配之后根据图3的根据本发明的轮毂的啮合部区段的齿的节距误差。
【具体实施方式】
[0033]图1和图2示出了根据本发明的轮毂22，其作为同步化单元I的同步载体2。轮毂22在其向外指向的表面3上具有外啮合部4。轮毂与外啮合部4同中心地具有中央凹部23,轮毂可通过该中央凹部抗相对转动地(drehfest)固定。为了这个目的，轮毂22在中央凹部23中具有轴啮合部8，通过该轴啮合部轮毂可以啮合到未示出的传动轴的对应啮合部中。
[0034]构造为同步载体2的轮毂22用外啮合部4啮合在互补的内啮合部14中，该内啮合部在同中心地包围同步载体2的作为第二构件的滑动套管12的向内指向的表面13上地布置。滑动套管12在外侧具有由环状轮缘16形成的换挡拨叉槽17，其用于与操纵同步化单元I的未示出的滑档拨叉进行啮合。同步载体2和滑动套管12通过它们在轴向方向上延伸的哨合部4、14形状锁合地(formschluessig)连接并且可轴向相对彼此移动。
[0035]同步载体2是非旋转对称的构件。具体而言，同步载体2的外啮合部4在周侧通过用于锁定的形式为留空部7的三个啮合部开口 10被划分成三个啮合部区段24、25、26，它们在端侧分别具有各一个锁定开口齿18。锁定装置(未示出)用于导入预同步过程。啮合部区段24、25、26具有定位齿9，其构造成明显比其余的齿5更宽。借助于定位齿9，在装配时确保了两个构件，即滑动套管12和同步载体2的正确的角定位。此外，在轴啮合部8上还布置有凹部11。
[0036]同步载体2的齿5具有与其负载相协调的、例如在齿顶和齿根之间的中部测得的、单个的齿厚度di并因此具有节距误差。滑动套管12的齿15等距离地布置并且具有保持不变的齿厚度。
[0037]在这种实施方式中，同步载体2的齿5基本上都具有相同的(渐开线的)基本形状。为了更好地比较，在图3中，如在齿具有在几何结构上相等的间距的情况下所产生那样的啮合部投影到具有节距误差的齿5上。节距误差由定位齿9开始向锁定开口齿18单调递
[0038]图4a和图4b涉及现有技术的同步化单兀。在图4a中，针对同步载体2的每个齿，示出了在其装配到轴上之前各齿布置与在啮合部区段具有在几何结构上相等节距的情况下通过12个齿产生的位置的偏差。由于所有相邻的齿都具有相同的构造和间距，所以偏差为零或者处于可在生产技术上产生影响的范围之下。在图4b中示出的在将同步载体2压入之后的重新定位配属于这种类型的啮合部区段。位于外侧的锁定开口齿(第一和第十二齿)最强地从其几何结构上的理想位置脱离。
[0039]图5a和5b示出了图1至图3中的根据本发明的同步化单元中的情况。在此情况几乎是相反的:在装配前锁定开口齿最远地离开它在几何结构上的理想位置地制成，而在装配之后(图5b)产生了相等的齿距。
[0040]附图标记 列表
[0041]I) 同步化单元
[0042]2) 同步载体[0043]3)向外指向的表面
[0044]4)外啮合部
[0045]5)齿
[0046]6)(未说明)
[0047]7)留空部
[0048]8)轴啮合部
[0049]9)定位齿
[0050]10)功能元件
[0051]11)凹部
[0052]12)滑动套管
[0053]13)向内指向的表面
[0054]14)内啮合部
[0055]15)齿
[0056]16)环状轮缘
[0057]17)换挡拨叉槽
[0058]18)锁定开口齿
[0059]19)间隙
[0060]20)齿侧减小部
[0061]21)齿侧
[0062]22)轮毂
[0063]23)中央凹部
[0064]24)啮合部区段
[0065]25)啮合部区 段
[0066]26)啮合部区段
【权利要求】
1.一种具有用于啮合到套管内啮合部中的外啮合部(4)以及用于与轴接触的中央凹部(23)的轮毂(2、22)，其中， -外啮合部(4)由多个啮合部区段(24、25、26)形成，所述啮合部区段通过啮合部开口(10)彼此分隔开， 其特征在于，未装在轴上的轮毂(2、22)具有几何结构上的节距误差，所述节距误差在从啮合部开口(10)离开的方向上降低。
2.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，外啮合部(4)为直齿啮合部。
3.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，轮毂(22)是用于同步化装置的(I)的同步体(2)。
4.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，啮合部开口(10)构造为至少两个齿那么宽的径向凹部。
5.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，最大节距误差小于100微米。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮毂，其特征在于，轮毂(2、22)的外啮合部(4)具有另一节距误差，以便使通过啮合部开口(10)或构件(2、12)的几何结构产生的、不同的、瞬时引起的负载被平衡。
7.根据权利要求6所述的轮毂，其特征在于，所述另一节距误差构造为特定的齿的厚度减小(8)或者齿侧后退。
8.一种带有轴和根据前述权利要求中任一项所述的轮毂(2、22)的结构单元，其特征在于，轮毂(2、22)利用过盈配合的方式压在轴上。
9.根据权利要求8所述的结构单元，其特征在于，轮毂(2、22)在装配在轴上之后在无负荷或者有负荷的情况下都具有近似等距离的齿距。
【文档编号】F16D23/06GK103890432SQ201280036942
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2011年8月5日
【发明者】亚历克斯·尼古拉斯奎克, 福尔克哈德·瓦尔特, 鲁道夫·弗尔克 申请人:舍弗勒技术有限两合公司