CN102112706B - 花键连接结构以及具有这种结构的气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种花键连接结构，该花键连接结构设置在具有内齿部(10)的空心轴(4)或毂件与具有外齿部(12)的轴(3)之间。为实现花键连接结构中的径向间隙补偿或者实现空心轴或毂件(4)在轴(3)上的径向支承和定心而提出，所述内齿部(10)和外齿部(11)在其长度的一部分上在所述外齿部(11)的齿顶圆直径(18a)和/或齿根圆直径(18b)的区域中以间隙配合(SP)相对置，而在所述内齿部(10)和外齿部(11)的相邻的齿面(20，19)的区域中以更大的距离(A)对置，以及，所述内齿部(10)和外齿部(11)在其长度的另一部分上在所述内齿部(10)和外齿部(11)的相邻的齿面(20，19)的区域中以间隙配合(SP)对置，而在所述外齿部(11)的齿顶圆直径(18a)和齿根圆直径(18b)的区域中以径向间隙(KS，FS)对置。优选地，根据本发明的花键连接结构设在凸轮轴(3)与用于发动机的换气门的气门机构的可在该凸轮轴(3)上移动的凸轮支承件(4)之间。

Description

花键连接结构以及具有这种结构的气门机构
技术领域
本发明涉及一种花键连接结构（Zahnwellenverbindung）和一种用于发动机换气门（进、排气门）的气门机构/配气机构（Ventiltrieb），其中，该花键连接结构设置在具有内齿部的空心轴或毂件与具有外齿部的轴之间，其中，该气门机构包括一至少逐段具有外齿部的凸轮轴以及多个具有内齿部的、以不能相对转动而能轴向移动的方式在所述凸轮轴上引导的凸轮支承件，其中在凸轮轴和多个在凸轮轴上以不能相对转动而能轴向移动的方式引导的凸轮支承件之间分别设有所述的花键连接结构。
背景技术
花键连接结构是形状锁合的（formschlüssig）轴、毂连接结构，其设计成在两个绕公共旋转轴线旋转的部件之间传递转矩，其中通常一个部件是轴件而另一部件是毂件。在花键连接结构中通过齿面将转矩传递给相邻的齿，所述齿面在两个部件能沿轴向相对运动的情况下、在可能情况下以间隙配合的方式相互贴靠，以避免由于负载波动或转矩波动在两个部件之间引起沿旋转方向或周向方向的相对运动。两个啮合的齿部、即轴的外齿部和空心轴或毂件的内齿部通常是渐开线齿（DIN 5480）或直齿形齿部（DIN 5481）。
已知的花键连接结构是齿形定心（按照齿形定心）的连接结构，其中齿面除了用于传递转矩，还用于使空心轴或毂件定心在轴上。特别是对于滚压的齿廓，却可能由于制造公差而在两个啮合的齿部之间引起较大的径向间隙，这在齿形定心的连接结构中还会在内、外齿部的齿的对置齿面之间引起较大的间隙，进而在负载波动或转矩波动时沿部件旋转方向或周向方向引起相对运动。
发明内容
因此本发明的目的是：改进开头所述类型的花键连接结构和气门机构，从而实现花键连接结构中的径向间隙补偿，或者实现空心轴或毂件在轴上的径向支承和定心。
根据本发明，所述目的以下述方式实现：内齿部和外齿部在其长度的一部分上在外齿部的齿顶圆和/或齿根圆的区域中以间隙配合相对置，而在内齿部和外齿部的齿面的区域中以更大的距离对置，以及，内齿部和外齿部在其长度的另一部分上在内齿部和外齿部的齿面的区域中以间隙配合对置，而在外齿部的齿顶圆和齿根圆的区域中以径向间隙对置。
本发明基于以下构想：通过根据本发明的措施使两个齿部的用于传递转矩的区域与用于定心的区域在轴向方向上退耦或彼此分开。
因为外齿部比内齿部更容易加工，所以本发明的一种优选设计方案提出，内齿部在其整个长度上具有相同的廓形，而外齿部在所述轴的轴向方向上分成至少两个具有不同廓型的部段。
优选地，在两个部段中齿数相同的情况下，这个或每个用于传递转矩的部段与这个或每个用于定心的部段相比，外齿部的齿的宽度更大而高度更小，以便能安装空心轴。
本发明的另一种优选设计方案提出，外齿部在所述轴的轴向方向上分成三个具有不同廓形的部段，其中优选一中间部段用于传递转矩，而设置在该中间部段两侧的两个部段用于直接支承和径向定心。但也可能是，外齿部在所述轴的轴向方向上分成四个成对地具有不同廓形的部段，其中各有两个部段用于传递转矩，两个部段用于支承和径向定心，其中用于传递转矩的部段与用于径向定心的部段彼此交替。
其中轴的外齿部具有不同廓形的部段有利地通过无齿的窄柱形部段分开，以方便对各部段的不同加工。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例详细阐述本发明。其中：
图1示出气门机构的多个部分的上侧视图，该气门机构用于6缸V型发动机的三个气缸的进气门对并且具有多个可在凸轮轴上移动的凸轮支承件；
图2示出沿着凸轮轴的中轴线的水平纵向剖视图；
图3示出图2中的凸轮轴的局部放大图，其具有凸轮支承件；
图4示出与图3相应的视图，其示出了凸轮轴的外齿部；
图5示出在凸轮轴的外齿部的第一和第三部段中、该外齿部的齿在凸轮支承件的内齿部的两个齿之间的啮合的详细视图；
图6示出在凸轮轴的外齿部的第二和第四部段中、该外齿部的齿在凸轮支承件的内齿部的两个齿之间的啮合的详细视图。
具体实施方式
在附图中仅部分示出的气门机构1中，能够调节每个气缸2的由凸轮轴3致动的两个进气门的行程和正时，该气门机构1用于V型6缸柴油发动机的三个气缸2的进气门对并具有位于上方的、可旋转地支承在柴油发动机的气缸盖壳体中的凸轮轴3。
此外，气门机构1针对每个气缸2或每对进气门包括一以不能相对转动而能轴向移动的方式安装在凸轮轴3上的凸轮支承件4和一用于使凸轮支承件4在两个沿轴向彼此间隔开的确定移动位置之间移动的执行器5（图1）。三个空心柱形的凸轮支承件4各自在外周上具有两个沿轴向彼此间隔开的凸轮对6、7，其中每个凸轮对包括两个具有不同行程轮廓的凸轮8、9（图2）。两个凸轮对6、7各自与相关进气门的可摆动地支承的滚轮随动杆（未示出）的滚轮共同作用。通过凸轮支承件4的轴向移动，能根据需要使滚轮与凸轮对6或7的两个凸轮8，9中的一个接触，使所述滚轮在凸轮轴3的每一转期间经过凸轮8、9的行程轮廓一次，在此使滚轮随动杆在打开气门的情况下摆动。通过两个凸轮8、9的不同行程轮廓，可以使每个气门的行程和正时与凸轮支承件4的移动位置相关而与其它气缸2的气门的行程和正时无关地、例如与转速相关地改变。
为了使凸轮支承件4能在凸轮轴3上沿轴向移动，空心柱形凸轮支承件4在其内周上具有内齿部10，该内齿部10与在凸轮轴3上的外齿部11啮合并且在凸轮轴3和每个凸轮支承件4之间形成一能沿轴向相对移动的花键连接结构，该花键连接结构用于在凸轮轴3和凸轮支承件4之间传递转矩并且使凸轮支承件4直接在凸轮轴3上支承或定心。
为了将转矩传递功能与支承定心功能分开，凸轮轴3的外齿部11对于每个凸轮支承件4具有四个在轴向方向上彼此分开的部段12、13、14、15，所述部段成对地具有不同齿廓，这一点在图3和图4中最佳示出。所述四个部段12、13、14、15各自具有不同的长度并且总共延伸过一总长度，该总长度基本上相当于凸轮支承件4的长度，其中所述部段全部与内齿部10相啮合，该内齿部在其整个长度上具有相同的齿廓。
通过部段14分开的两个部段13和15用于转矩传递，而通过部段13分开的两个部段12和14用于使凸轮支承件4直接沿径向支承在凸轮轴3上以及使凸轮支承件4和凸轮轴3关于凸轮轴3的旋转轴线定心。两个部段的齿廓优选同时制成或滚压成。
如最佳在图5中示出，外齿部11在部段13和15中的齿廓这样匹配于内齿部10的齿廓，使得凸轮轴3的外齿部11的齿16与每个凸轮支承件4的内齿部10的相邻的齿21沿彼此面对的齿面19、20以间隙配合对置，而沿外齿部11的齿顶圆直径18a在齿16的齿顶17与内齿部10的对置区域之间通常存在一顶隙KS，使得在那里齿16与21不接触。此外，沿外齿部11的齿根圆直径18b在内齿部10的齿21的齿顶与外齿部11的对置区域之间通常存在一根隙FS，使得在那里齿21与16同样不接触。如在传统的齿轮中，顶隙KS和根隙FS为m的0.1～0.3倍，其中“m”是外齿部11的模数。
如最佳在图6中示出，外齿部11在部段12和14中的齿廓这样匹配于内齿部10的齿廓，使得外齿部11的齿16利用其齿顶17沿着外齿部11的齿顶圆直径18a的一部分以间隙配合SP与内齿部10对置，而齿16沿其（彼此）背对的齿面19与内齿部10的齿21的相应对置的齿面20相距一较大的距离A。这样确定该距离A的尺寸，使得齿16、21不在齿面19、20上接触。在任何情况下，距离A都明显大于间隙配合SP的上限或上间隙（最大间隙）并且优选还大于顶隙KS，即大于m的0.1～0.3倍。
替代地或附加地，内齿部10的齿21能以相应的方式利用其齿顶沿着外齿部11的齿根圆直径18b的一部分以间隙配合SP与内齿部10对置，而齿21沿其（彼此）背对的齿面20与外齿部11的齿16的相应对置的齿面19相距一较大距离A。同样确定该距离A的尺寸，使得齿21、16不在齿面20、19上接触。在任何情况下，距离A都明显大于间隙配合SP的上限或上间隙并且优选还大于根隙FS，即大于m的0.1～0.3倍。
在所有部段中都存在的、在两个齿部10、11之间的间隙配合SP允许凸轮支承件4在凸轮轴3上轴向移动。分别相邻的部段12、13或13、14或14、15通过凸轮轴3的无齿窄环部段22分开。
通过下述方式在凸轮轴3上形成外齿部11：首先以不同的廓型滚压出两对部段12和14以及13和15，其中齿16的两个彼此背对的齿面19间的距离在部段13和15中比在部段12和14中大。
在沿凸轮轴3的外齿部11的齿顶圆直径18径向支承凸轮支承件4的情况下，在部段13和15中进行滚压后，附加地磨削齿16的齿顶17，这是因为在滚压中不能足够精确地制成凸轮轴3的外齿部11的齿顶圆直径18。
出于这个原因，凸轮支承件4优选沿凸轮轴3的外齿部11的齿根圆直径18b径向支承，因为凸轮轴3的外齿部11的齿根圆直径18b和各凸轮支承件4的内齿部10的对置的齿顶圆直径能被完好地滚压成。
在需要时，使凸轮支承件7在凸轮轴4上沿轴向移动到两个确定的移动位置之一以调节相关进气门2的行程和/或正时，并且总是当凸轮对8、9的基圆部段与相关随动杆的滚轮对置时进行所述移动。为了移动分别操纵执行器5，该执行器5具有两个并排设置的传动件/驱动件23（图1），该传动件23可以从执行器5伸出。在操作执行器5时，两个传动件23之一在伸出时接合到在凸轮支承件4的外周中的左旋或右旋的螺旋形槽24中，该螺旋形槽24在两个移动位置之一中与接合的传动件23对置，以使凸轮支承件4在凸轮轴3随后的一转中由于传动件23的运动而通过螺旋形槽24向左或向右移动到另一移动位置中。
两个移动位置间的距离相当于每个凸轮对8、9的两个凸轮10、11的中心距以及两个锁止槽25，26的轴向距离（图3），所述锁止槽形成在每个凸轮支承件4的端部附近的内周中。两个锁止槽25、26用于将凸轮支承件4锁止在两个确定的移动位置中。所述锁止通过下述方式实现：通过螺旋压力弹簧29的力将设置在凸轮轴4的横向孔27中的锁止球28压靠在两个槽25、26之一的倾斜侧面上，从而将轴向力分量引导到凸轮支承件4中，进而将凸轮支承件4压靠在相邻转动轴承31的用作止挡部的端面30上，如最佳在图3和图4中示出。
凸轮轴4通过在凸轮轴4的端部上的链轮32来驱动，而在相反的端部上的齿轮33驱动一A轴。
附图标记列表
1    气门机构
2    气缸
3    凸轮轴
4    凸轮支承件
5    执行器
6    凸轮对
7    凸轮对
8    凸轮
9    凸轮
10   内齿部
11   外齿部
12   外齿部的部段
13   外齿部的部段
14   外齿部的部段
15   外齿部的部段
16   外齿部的齿
17   齿顶
18a  外齿部的齿顶圆直径
18b  外齿部的齿根圆直径
19   外齿部的齿面
20   内齿部的齿面
21   内齿部的齿
22   环形部段
23   执行器的传动件
24   螺旋形槽
25   锁止槽
26   锁止槽
27   凸轮轴的横向孔
28   锁止球
29   螺旋压力弹簧
30   止挡面
31   转动轴承
32   链轮
33   齿轮

Claims (13)

1.一种花键连接结构，该花键连接结构设置在具有内齿部（10）的空心轴（4）或毂件与具有外齿部（11）的轴（3）之间，其特征在于，所述内齿部（10）和外齿部（11）在其长度的一部分上在所述外齿部（11）的齿顶圆直径（18a）和/或齿根圆直径（18b）的区域中以间隙配合（SP）相对置，而在所述内齿部（10）和外齿部（11）的相邻的齿面（20，19）的区域中以更大的距离（A）对置，以及，所述内齿部（10）和外齿部（11）在其长度的另一部分上在所述内齿部（10）和外齿部（11）的相邻的齿面（20，19）的区域中以间隙配合（SP）对置，而在所述外齿部（11）的齿顶圆直径（18a）和齿根圆直径（18b）的区域中以径向间隙（KS，FS）对置。
2.根据权利要求1所述的花键连接结构，其特征在于，所述距离（A）大于所述间隙配合（SP）的上限和/或大于所述径向间隙（KS，FS）。
3.根据权利要求2所述的花键连接结构，其特征在于，所述径向间隙（KS，FS）是m的0.1～0.3倍，其中所述m是所述外齿部（11）的模数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的花键连接结构，其特征在于，所述内齿部（10）在其整个长度上具有相同的廓形。
5.根据权利要求1或2所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）沿轴向方向分成至少两个具有不同廓形的部段（12，13，14，15）。
6.根据权利要求5所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）的齿（16）的宽度在两个部段的一个（12，14或13，15）中比在所述两个部段的另一个（13，15或12，14）中更大。
7.根据权利要求5所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）的齿（16）的高度在两个部段的一个（12，14或13，15）中比在所述两个部段的另一个（13，15或12，14）中更小。
8.根据权利要求1或2所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）在轴向方向上分成三个或四个部段（12，13，14，15），其中，在其中所述内齿部（10）和外齿部（11）在所述内齿部（10）和外齿部（11）的相邻齿面（20，19）的区域中以间隙配合（SP）对置的一部段（13）的两侧，设有其中所述内齿部（10）和外齿部（11）在所述外齿部（11）的齿顶圆直径（18a）和/或齿根圆直径（18b）的区域中以间隙配合（SP）对置的一部段（12，14）。
9.根据权利要求1或2所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）在轴向方向上分成三个或四个部段（12，13，14，15），其中，在其中所述内齿部（10）和外齿部（11）在所述外齿部（11）的齿顶圆直径（18a）和/或齿根圆直径（18b）的区域中以间隙配合（SP）对置的一部段（14）的两侧，设有其中所述内齿部（10）和外齿部（11）在所述内齿部（10）和外齿部（11）的相邻齿面（20，19）的区域中以间隙配合（SP）对置的一部段（13，15）。
10.根据权利要求1或2所述的花键连接结构，其特征在于，所述外齿部（11）在所述轴的轴向方向上分成四个部段（12，13，14，15），其中每两个具有不同廓形的部段（12，14；13，15）成对地交替。
11.根据权利要求5所述的花键连接结构，其特征在于，相邻的部段（12，13，14，15）通过窄的柱形部段（22）分开。
12.根据权利要求5所述的花键连接结构，其特征在于，所述各部段（12，13，14，15）至少部分具有不同的轴向长度。
13.一种用于发动机的换气门的气门机构（1），包括一至少逐段具有外齿部（11）的凸轮轴（3）以及多个具有内齿部（10）的、以不能相对转动而能轴向移动的方式在所述凸轮轴（3）上引导的凸轮支承件（4），其特征在于，在形成轴的主凸轮轴（3）和每个形成空心轴或毂件的所述凸轮支承件（4）之间设有根据前述权利要求中任一项所述的花键连接结构。
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