CN101132934A - 用于可驱动的轮毂的端面齿部 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位于车轮轴承结构(1)上的齿环的用于可驱动的轮毂(2)的端面齿部(9)，所述齿环在圆周方向上围绕一旋转轴线(1a)延伸，其中端面齿部(9)设置用于无间隙地啮合到一个面对所述端面齿部(9)的对应齿部(10)内，并且在此端面齿部(9)的各齿(13)如此楔形构成，使得端面齿部(9)的各几何直线在中心处在旋转轴线(1a)上的一个共同的点上相交并且因此各齿(13)在径向方向上朝旋转轴线(1a)延伸。

Description

用于可驱动的轮毂的端面齿部
技术领域
本发明涉及一种位于车轮轴承结构上的齿环的用于可驱动的轮毂的端面齿部，所述齿环在圆周方向上围绕一旋转轴线延伸，其中端面齿部设置用于无间隙地啮合到一个面对所述端面齿部的对应齿部内，并且在此端面齿部的各齿如此楔形构成，使得端面齿部的各几何直线在中心处在旋转轴线上的一个共同的点上相交并且因此各齿在径向方向上朝旋转轴线延伸。
背景技术
在DE 3116720C1中详细描述了这种类型的端面齿部。汽车的驱动轴的相应的对应齿部嵌入端面齿部内。对应齿部通常构成在同步万向节的钟形槽或钟形槽的自由端部上。
在将驱动元件安装到轮毂结构中时驱动元件和轮毂基于Hirth齿部的几何形状相对于旋转轴线彼此定心。因此确保了在行驶过程中的连接的高同心度。铰接件组装至轮毂一方面基于自身定心构成为简单的，然而另外一方面需要非常高的轴向预紧力。
端面齿部的所有齿的齿面与对应齿部的所有齿的两个齿面啮合。齿部借助于一个或多个螺旋元件在轴向上预紧。扭矩通过由表面压紧产生的力-形封闭传递至轮毂。
铰接件与轮毂的连接特别是有利的，当高力矩应当从驱动装置传递至车轮或者可能以相反的力矩流传递时。通常普遍应用的由内外齿部构成的配对在构造空间技术上并且因此在刚度方面是捉襟见肘的，从而端面齿部是其可靠的且节省空间的代替。用于将高扭矩传递至车轮的刚性布置可能产生不利的影响，当在过载的情况下轮毂的断裂在最不利的情况下导致汽车轮子的丢失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种端部齿轮，利用其构造克服上述的缺点。
上述目的这样实现，即端面齿部的各齿的设置用于啮合的齿面分别以一个大于20°且小于30°的齿面角倾斜。齿面角在齿部对称构成的情况下是齿角的一半。齿面以齿面角相对于一个假想的、离开旋转轴线的划分平面倾斜。
端面齿部的尺寸和尺寸的变化在车轮轴承上由于构造空间原因受到限制。齿部的(端面齿部围绕旋转轴线的中间圆周的)分度圆直径因此通常规定在非常狭小的范围内。因此齿部的例如克服由驱动扭矩形成的负载的特性几乎不受或不受齿部的分度圆的变化的影响。利用本发明，齿部的各单个齿的几何形状经由齿面角这样被影响，使得可以鉴于安装以及由扭矩导致的负载，确定在预定的圆周上的齿的最佳数量。与对应齿部处于无间隙地有效的啮合的齿面的齿面角优选为22.5°。通过这个构造，安装时的预紧力由于在齿部中相对较低的轴向力分量保持较小。各单个齿在齿根中的横截面如此布置，使得端面齿部在额定工作状态下传递高的扭矩，然而在规定的断裂力矩时屈服。
利用本发明的构造设置成，端面齿部的各齿槽至少在各两个在齿槽处彼此对置的齿面(从齿面到齿面)之间以至少一个齿根半径凹形地倒圆，并且相应的齿的齿顶至少从相应的齿的一齿面至另外的齿面以至少一个凸形的齿顶半径倒圆。此外设置成，齿顶半径始终大于齿根半径。基于此，对应齿部的齿顶不接触端面齿部的齿槽的底部，并且端面齿部的齿顶不接触对应齿部的齿槽的底部。有效的齿面的无间隙的贴靠被确保。端面齿部和对应齿部根据本发明可以相同地构成。当齿部优选无切屑地通过变形利用所谓的冲压工具进行加工时，可以为两个齿部使用相同的工具。
各半径的大小此外影响齿部的齿的高度并因此齿部对于负载的阻力。本发明的构造因此设置成，相应的齿的最大的理论的齿高度和齿顶半径之商至少为数值5并且最大为数值9：
5≤Hth/R≤9。
对称面或划分平面内的理论的齿高度是齿顶平面内的一第一相交边缘和齿根平面内的一第二相交边缘之间最大的轴向距离。在相交边缘内各两个彼此相对的几何平面相交，通过该几何平面至少描述齿面的与对应齿部啮合的部分。因此在第一相交边缘内一齿的各齿面的几何平面在齿顶侧相交，所述几何平面在齿顶侧彼此围成一个双倍的齿面角。在第二相交边缘内彼此相邻的各齿的各两个在各一个齿槽上对置的齿面的几何平面在齿根侧相交。
同时或替换地，相应的齿的最大的理论的齿高度和齿根半径之商至少为数值7并且最大为数值11：
7≤Hth/r≤11。
同时地或替换地，相应的齿的最大的理论的齿高度和理论的齿根宽度之商至少为数值0.9并且最大为数值1.3：
0.9≤Hth/Bth≤1.3。
理论的齿根宽度分别是两个彼此相邻的齿根侧的第二相交边缘之间的间距。
利用上述的几何形状在轮毂轴承上在铰接轴和车轮之间的扭矩连接中提供在端面齿部中的额定断裂点，其远离与安全性相关的部件例如车轮轴承设置。端面齿部的材料的被围绕旋转轴线的扭矩加载的总横截面对于变形具有较小的阻力，其在过载的扭矩时符合目的地导致齿部的屈服变形。轮毂的材料的每个其它的被相同的扭矩加载的且远离端面齿部的横截面具有较高的阻力力矩。总横截面在此是齿、齿根的所有同时参与总扭矩作用的、被扭矩加载的各单个横截面和/或轮毂与齿过渡处的材料的横截面的总和。在过载时因此通过破坏齿啮合在最糟糕的情况下中断对轮毂的驱动，然而车轮支承保持完好。
替换地，由端面齿部构成的配对构成为保险-棘轮机构。轮毂和驱动元件借助于至少一个螺栓在轴向上利用预紧力彼此夹紧。与车轮轴承单元的每个任意的通过扭矩或通过由扭矩引起的力加载的部段相比，螺栓总体上或者在其材料的每个任意的部段/横截面上，然而在任何情况下在一个最弱的位置上-至少一个任意的横截面-对通过扭矩负载导致的变形具有较小的阻力。这个措施特别是在这种情况下适合，即端面齿轮或端面齿轮配对基于较大的分度圆直径如此刚性地构成，使得它不适合作为额定断裂点。
中心螺栓或多个围绕旋转轴线设置的螺栓具有一个总横截面，其根据所需要的断裂力矩的大小进行设计。在过载时作用在齿部上的扭矩在齿部中基于本发明的齿面几何形状转换成轴向力，其将螺栓在轴向上如此拉长，使得齿面彼此上升并且最后彼此松开，从而取消了旋转固定的连接。螺栓在轴向上至少弹性地但是也塑性屈服地如此变形，使得其与齿部的通过轴向预紧和扭矩同时受载的总横截面相比，至少在轴向方向上对塑性和弹性变形具有较小的阻力。阻力是小于等于轴向松脱力的作用在螺纹连接上的轴向力，在轴向松脱力的情况下相啮合的各齿部开始克服预紧力彼此松开。
也可以考虑的是，在一端面齿部上实现在端面齿部以及螺栓应变部段中的额定断裂点的组合。
阻力在本发明中理解成材料的表面部段阻止由于弯曲带来的负载的能力(阻力力矩、扭转、拉伸和挤压)。负载首先作为围绕旋转轴线的力矩导入并且而后在齿部上转换成轴向和切向力分量。
附图说明
图1示出了一个车轮轴承结构1，其具有一个轮毂2、两个滚动体列3和一个汽车法兰4。轮毂2具有一个用于固定一个未示出的汽车车轮的法兰5并且经由滚动体3围绕旋转轴线1a可旋转地朝固定在汽车上的汽车法兰4支承。一个内圈6坐落在轮毂2上，一列滚动体3在所述内圈上滚动。内圈6借助于一轴环7在轴向上保持在轮毂2上。此外角接触球轴承结构借助于轴环7预紧。轴环7与轮毂2的空心部段8材料一体地构成并且从该部段径向向外翻出。
在轴环7的朝向轴向方向的侧面上无切削地通过变形，如冷挤压、冲压或轧制，制成本发明的端面齿部9的一个实施例。端面齿部与一个在未进一步示出的驱动元件11上的相对应的对应齿部10配对。齿部9和10彼此具有相同数量的齿13，在轴向上彼此面对，无间隙地相啮合并且借助于螺栓12在轴向上相互地且相对地夹紧。
齿部9、10的实施例在图2、2a和3中简化示出。在图2中透视地示出齿部9、10并且在此各单个的楔形构成的齿13在齿顶、齿根和齿面上通过径向定向的几何直线14、15、16描述，它们在相交点P处相交。相交点P是齿环的所有径向延伸的几何直线的共同的相交点。齿角β，双倍的齿面角α，在此在每个单个的齿13的整个径向延伸上是恒定的。
如特别是由图2a可以看出，齿面通过一个平面描述，其相对于假想的平面E倾斜齿面角α。平面E在朝与两个在圆周侧上相邻的齿槽17的间距A逐渐减小的方向上延伸。所述间距越接近旋转轴线越小。平面E在P处与描述齿面18、19的走向的平面Z1相交。直线15从最高的齿高度H出发在外部朝P的方向下降。因此齿高度H从外部随着与旋转轴线1a的径向距离的减小而减小。
图3示出齿部的齿13在具有最高齿高度H的位置的横向剖视图。端面齿部9的齿槽17几乎完全通过对应齿部10的齿填满，并且对应齿部10的齿槽几乎完全通过端面齿部9的齿13填满。在齿顶22和齿槽的中心23之间存在轴向间隙。相应的各齿13的各共同的平面Z1在齿顶侧在相交边缘20中彼此相交并且分别与平面E倾斜角度α。相交边缘20以相同的间距T彼此设置。平面Z1在齿根侧在相交边缘21中相交。相交边缘20或21位于平面K或F内。在齿部9的周长U恒定时，在径向的齿顶平面K和径向的齿根平面F之间的理论的齿顶高度Hth与α相关。当齿顶高度Hth不变时，在附图中垂直的且在端面齿部9上的轴向距离H与齿顶半径R和齿根半径r的半径相关。R大于r(R＞r)。齿部9和10的无间隙的配对如此确保，即在齿槽17中总是在齿顶22和齿槽17的中心23之间存在间距。围绕轴线1a的扭矩Md在齿部中形成力分量FR、FA和FU。FA被另外一个轴向力分量叠加，该轴向力分量在各齿部借助于螺栓12相对预紧被夹紧时产生。
附图标记清单
1    车轮轴承结构
1a   旋转轴线
2    轮毂
3    滚动体
4    汽车法兰
5    法兰
6    内圈
7    轴环
8    部段
9    端面齿部
10   对应齿部
11   驱动元件
12   螺栓
13   齿
14   几何直线
15   几何直线
16   几何直线
17   齿槽
18   齿面
19   齿面
20   相交边缘
21   相交边缘
22   齿顶
23   中心

Claims (9)

1.位于车轮轴承结构(1)上的齿环的用于可驱动的轮毂(2)的端面齿部(9)，所述齿环在圆周方向上围绕一旋转轴线(1a)延伸，其中端面齿部(9)设置用于无间隙地啮合到一个面对所述端面齿部(9)的对应齿部(10)内，并且在此端面齿部(9)的各齿(13)如此楔形构成，使得端面齿部(9)的各几何直线(14、15、16)在中心处在旋转轴线(1a)上的一个共同的点上相交并且因此各齿(13)在径向方向上朝旋转轴线(1a)延伸，其特征在于，端面齿部(9)的各齿(13)的设置用于啮合的齿面(18、19)分别以一个大于20°且小于30°的齿面角(α)相对于一假想的、离开旋转轴线的以及将相应的齿(13)对称地划分的划分平面倾斜。
2.如权利要求1所述的端面齿部，其特征在于，端面齿部(9)的各齿槽(17)至少在各两个在齿槽(17)处彼此对置的齿面(18、19)之间以至少一个齿根半径凹形地倒圆。
3.如权利要求2所述的端面齿部，其特征在于，相应的齿(13)的齿顶至少从相应的齿(13)的一齿面(17)至另外的齿面(17)以至少一个凸形的齿顶半径倒圆，其中齿顶半径大于齿根半径。
4.如权利要求1所述的端面齿部，其特征在于，相应的齿(13)的理论的最大齿高度和齿顶半径之商至少对应于数值5并且最大为数值9，其中划分平面内的理论的齿高度是一第一相交边缘(20)和一第二相交边缘(21)之间的最大轴向距离，并且各两个彼此相对的几何平面在相交边缘(20、21)内相交，并且其中每个平面在几何上限定其中一个齿面(18、19)，其中在第一相交边缘(20)内一齿(13)的齿面(18、19)的几何平面在齿顶侧相交，并且在第二相交边缘(21)内彼此相邻的各齿(13)的各两个在各一个齿槽(17)上对置的齿面(18、19)的几何平面在齿根侧相交。
5.如权利要求1所述的端面齿部，其特征在于，相应的齿的理论的最大齿高度和齿根半径之商至少对应于数值7并且最大为数值11，其中划分平面内的理论的齿高度是一第一相交边缘(20)和一第二相交边缘(21)之间的最大的轴向距离，并且在相交边缘(20、21)内各两个彼此相对的几何平面相交，并且其中每个平面在几何上限定其中一个齿面(18、19)，其中在第一相交边缘(20)内一齿(13)的齿面(18、19)的几何平面在齿顶侧相交，并且在第二相交边缘(21)内彼此相邻的各齿(13)的各两个在各一个齿槽(17)上对置的齿面(18、19)的几何平面在齿根侧相交。
6.如权利要求1所述的端面齿部，其特征在于，相应的齿的理论的最大齿高度和理论的齿根宽度之商至少对应于数值0.9并且最大为数值1.3，其中划分平面内的理论的齿高度是一第一相交边缘(20)和一第二相交边缘(21)之间的最大的轴向距离，并且在相交边缘(20、21)内各两个彼此相对的几何平面相交，并且其中每个平面在几何上限定其中一个齿面(18、19)，其中在第一相交边缘(20)内一齿(13)的齿面(18、19)的几何平面在齿顶侧相交，并且在第二相交边缘(21)内彼此相邻的各齿(13)的各两个在各一个齿槽(17)上对置的齿面(18、19)的几何平面在齿根侧相交，并且理论的齿根宽度分别是两个彼此相邻的第二相交边缘(21)之间的距离。
7.如权利要求1所述的端面齿部，其特征在于，端面齿部(9)的材料的被围绕旋转轴线(1a)的扭矩加载的总横截面与轮毂(2)的材料的每个其它的任意的被相同的扭矩加载的横截面相比，对于由于扭矩导致的变形具有较小的阻力，其中总横截面是端面齿部(9)的与轮毂(2)一体构成的材料的所有参与被扭矩加载的各单个横截面的总和。
8.车轮轴承结构(1)，包括一根据权利要求1的端面齿部(9)，其中对应齿部(10)构成在一个与轮毂(2)在轴向上夹紧的驱动元件上，其中轮毂(2)和驱动元件借助于至少一个螺栓(12)在轴向上利用预紧彼此夹紧，其特征在于，轴向夹紧的螺栓(12)的至少一个任意的应变部段与轮毂(2)的材料的每个其它的任意的被相同的扭矩加载的横截面相比，对于由于作用在端面齿部(9)的扭矩导致的变形具有较小的阻力。
9.如权利要求1所述的车轮轴承结构，其特征在于，端面齿部(9)构成在轮毂(2)的一轴环(7)上，利用该轴环至少一个坐落在轮毂(2)上的用于至少一列滚动体的内圈至少在轴向上保持在轮毂(2)上，其中轴环(7)由轮毂(2)的一中空部段径向向外成型。
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