CN102165180A - 减速器以及内燃机起动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于内燃机起动装置(1)的减速器(3)，该减速器用于借助于至少两个相互啮合的齿轮(11)以降低转速的方式连接驱动轴和输出轴(5，7)。在此规定，所述齿轮(11)是直齿啮合的，并且齿部(30)为加大齿顶高的齿(31)。本发明还涉及一种内燃机起动装置(1)。

Description

减速器以及内燃机起动装置
技术领域
本发明涉及一种特别是用于内燃机起动装置的减速器，该减速器用于借助于至少两个相互啮合的齿轮以降低转速的方式连接驱动轴和输出轴。此外，本发明还涉及一种内燃机起动装置。
背景技术
由现有技术已知开始所述类型的减速器。所述减速器通常被应用在内燃机的起动装置中，用于提高例如电动机的扭矩，由此使所述电动机保持小的结构尺寸和小的重量。若需起动或发动内燃机，则为此使所述电动机运转，所述电动机的扭矩通过减速器(在降低转速的条件下)得以提高并且由此使内燃机运转。所述内燃机可以从与所使用的内燃机有关的一个转速开始转入独立工作状态。在起动内燃机时的这个过程是必要的，因为内燃机通常不能自行起动。对于所述减速器例如行星齿轮变速器经常使用具有常规齿部的齿轮。这具有如下缺点：在工作时引起振动，这导致减速器不利的声学特性。由此产生的噪声有时可能相对较大，并且由此是干扰性的。为了避免产生这种振动，在此期间部分地为所述减速器设置斜齿。这些措施改善了啮合情况并且防止产生振动以及伴随出现的噪声级。这意味着改善了声学特性。然而所述斜齿还意味着在具有斜齿的齿轮上产生轴向推力。这导致必须根据产生的推力设置齿轮以及分配给所述齿轮的轴的相应支承结构。同样地，必须在考虑推力的条件下对壳体的刚度进行设计。这导致复杂的轴承和壳体设计，从而使成本增加。在具有斜齿的齿轮上还存在更大的摩擦，从而使减速器的效率降低并由此使起动机的功率降低。这意味着，起动装置或电动机的起动能力降低。因此，需提高电动机的功率，以获得需要的起动能力。这又导致电动机的磨损，特别是换向系统的磨损增加，并且因此减少电动机的使用寿命。此外，还存在一种可能方案，即，给齿轮配备双斜齿。通过所述双斜齿可以避免产生轴向推力，因为这些轴向推力由双斜齿本身相互抵消。然而所述双斜齿可能产生其他的摩擦力，并且由此造成效率进一步降低。此外，加工复杂并且由此非常昂贵。因此，斜齿或双斜齿的有利的振动特性要面临效率降低和结构复杂的问题。
发明内容
与此相比，具有权利要求1所述特征的减速器具有下列优点：减速器的噪声和振动特性得到改善，同时基本上保持获得直齿啮合的高效率。本发明的其他目的还包括实现所述减速器的紧凑结构形式、显著提高的使用寿命以及低成本的构造。这通过齿轮是直齿啮合以及使齿部为加大齿顶高的齿得以实现。因此提出使所述减速器具有优化的齿部，所述减速器特别地被构造为行星齿轮变速器并且用于降低电动机的转速并将所述电动机的扭矩传输到起动机的输出轴上。在此，所述齿部可以具有特殊齿廓，用于降低例如在内燃机的起动过程中在减速器上产生的噪声级。所述减速器的这种设计具有下述优点：由于优化的齿部在工作中声音明显更小，因此具有改善的声学特性。此外，还实现了一种紧凑并且节约成本的结构。节约成本的结构主要是通过使用直齿得以实现。因此，不会产生需通过减速器的结构措施来承受的轴向力。因此可以将例如齿轮的驱动轴和输出轴的支承结构设计为不承受轴向力或仅承受小的轴向力。因此还可以将减速器的壳体构造得更轻且更节约空间。通过将齿部构造为加大齿顶高的齿实现对声学特性的改善。因此，可以显著提高啮合重合度，这使得噪声和振动特性得以改善。通过减少振动还可以对得到的所述减速器齿部的使用寿命产生积极的影响。在此，所述齿部应被设计为符合应用场合，特别是应考虑需传输的扭矩以及转速。加大齿顶高的齿应被理解为一种齿部，在所述齿部中，通过减小标准啮合角(小于20°)而提高啮合重合度(大于等于2.0)。因此产生较陡的齿面，更大的齿廓重合度以及更小的作用在齿轮支承结构上的径向力。也就是说，所述加大齿顶高的齿相对于常规的几何结构对轴间距偏差和径向振摆误差不敏感，并且还使得运转平稳性得到改善。所述加大齿顶高的齿与也同样被称作人字齿的双斜齿相比具有下列优点：在这里使用的直齿齿轮可以借助于常规的加工过程来制造，并且因此可以保留现有的装配过程。
本发明的一种改进方案规定，所述减速器是行星齿轮变速器，所述行星齿轮变速器具有一个太阳轮、一个齿圈和至少一个设置在所述太阳轮和齿圈之间并且与它们相啮合的行星轮。行星齿轮变速器具有下列优点：能够实现大的传动比并且可以传输大的扭矩，因为这些扭矩通过使用多个行星轮被分配到这些行星轮上。所述太阳轮、齿圈以及行星轮的轴线或轴通常相互平行，其中，所述太阳轮和齿圈的轴线或轴可以是同轴的。有利的是，所述太阳轮，所述齿圈和所述至少一个行星轮都具有加大齿顶高的齿。在此，所述太阳轮、齿圈和行星轮构成本发明的齿轮。
本发明的一种改进方案规定，所述太阳轮不可相对转动地设置在驱动轴上并且/或者齿圈被设置为位置固定。因此，所述太阳轮被分配给驱动轴并且被固定在该驱动轴上，从而能够将驱动扭矩传输到减速器。那就是说，所述驱动轴与太阳轮作用连接。可以将齿圈设置为位置固定，就是说不可转动的。因此，通过与太阳轮相连接的驱动轴实现对减速器的驱动。通过所述至少一个行星轮提供输出，所述行星轮可转动地设置在行星轮支架上。所述行星轮支架可以与输出轴作用连接，即不可相对转动地连接。还可以规定，所述行星轮支架与输出轴被构造为一体。
本发明的一种改进方案规定，所述太阳轮与所述驱动轴被构造为一体。例如可以在制造所述驱动轴时就已将所述太阳轮构造在该驱动轴上。通过这种方式无需设置任何固定机构来将所述太阳轮固定在所述驱动轴上。这会对驱动轴的重量减轻以及由此对减速器的重量减轻有益。
本发明的一种改进方案规定，所述至少一个行星轮可转动地设置在行星轮支架上。所述行星轮支架用于所述至少一个行星轮的可转动的支承。所述行星轮支架可以是位置固定的或者可转动地支承。在行星齿轮变速器中，总是要么齿圈要么行星轮支架需被设置为可转动的。所述行星轮支架将至少一个行星轮保持在太阳轮和齿圈之间，从而使行星轮的齿部既与太阳轮啮合又与齿圈啮合。
本发明的一种改进方案规定，所述行星轮支架可转动地支承并且与输出轴不可相对转动地连接，特别的是与所述输出轴构成为一体。也就是，通过所述行星轮支架实现减速器例如在内燃机一侧上的输出。为此，所述行星轮支架可转动地支承并且具有与输出轴的不可相对转动的连接结构。可以特别有利的是，将所述行星轮支架与输出轴构成为一体，用于实现减速器的重量减轻。例如，所述减速器可以具有太阳轮和驱动轴之间以及行星轮支架和输出轴之间的不可相对转动的连接结构，而齿圈被设置为位置固定。
本发明的一种改进方案规定，所述加大齿顶高的齿在所述太阳轮和行星轮之间以及/或者在齿圈和行星轮之间具有大约为2或者大于2的最小有效齿廓重合度。设计加大齿顶高的齿的主要目的在于，将齿高设计成，使得未经修正的渐开线区域在所述太阳轮和所述至少一个行星轮之间以及在所述至少一个行星轮和齿圈之间分别实现大于等于2的最小有效齿廓重合度。当选择成形圆直径dFa，使得啮合长度ga满足关系式ga＝2*pe时，满足上述条件，其中pe表示(端面基圆)齿距；所述齿廓重合度εa是啮合长度与端面基圆齿距pe之比。所述端面基圆齿距pe＝m*π/cos(α)是在两个右齿面或左齿面在啮合线上的距离。这也可以例如在承载能力优化过程中力争达到。因此一方面满足对优化的噪声和振动特性的要求，另一方面满足对齿轮足够强度的要求。对齿廓重合度的提高尤其是通过对于齿轮对上的一个确定的传动比采用减小的模数得以实现，所述模数借助于下述考虑得出：所采用的模数需被选择为满足强度要求，并且因此可以构造有承载能力的齿根。根据经验，可采用的最小模数是0.5mm。然而，这个值应仅被理解为参考值，因为通过使用更好的原料也可以实现更小的模数。
本发明的一种改进方案规定，所述加大齿顶高的齿具有10°至20°的标准啮合角，优选的是大约10°或大约16°。通过减少加大齿顶高的齿的标准啮合角产生更陡的齿面，更大的齿廓重合度以及更小的径向力。因此，所述加大齿顶高的齿与常规的几何结构相比对轴间距偏差和径向振摆误差不敏感，并且还使得运转平稳性得到改善。在经无切屑加工的齿部中，可以将啮合角减少到例如大约10°，特别是在齿廓重合度≥2的情况下。若所述齿部通过滚铣加工，那么可以将啮合角例如减少到16°。通过适当的措施，例如通过选择其他材料提高强度，标准啮合角也可以采用小于10°的值。
本发明的一种改进方案规定，所述加大齿顶高的齿的齿根具有与长短辐旋轮线形状不同的形状。通过采用更小的模数可以减小所述齿部的齿根半径。这通过适当的措施得以补偿。例如为了改善齿根强度可以有利地用经修正的齿根形状代替齿根的常规倒圆。这在优选地保持齿轮对的无干扰啮合的条件下得以实现。在此，优化的齿根形状可以与之前的长短辐旋轮线形状不同。
本发明的一种改进方案规定，所述加大齿顶高的齿的齿顶具有经修正的齿顶区域。在所述齿顶区域中，齿面例如可以通过与采用的模数相适应的(稍微的)齿顶倒圆构成。同样地，可以设有齿顶修缘。两种措施均可实现在传力齿面之间很好地形成润滑油膜。这导致更小的磨损并可避免噪声产生。
本发明的一种改进方案规定，所述加大齿顶高的齿可借助于常规的加工过程制成。具有加大齿顶高的齿的齿轮相对于例如双斜齿具有下列优点：可以保留现有的装配过程。因此，不需要执行或者说采用额外的加工步骤。这使所述减速器可以低成本地进行制造。
本发明的一种改进方案规定，为输出轴分配一个自由轮。通过所述自由轮可以避免已起动的内燃机对减速器的驱动轴施加高的转速并因此对例如通过所述驱动轴连接的电动机造成损害。因此，借助于所述自由轮，可以实现单侧的扭矩传输，也就是说，所述扭矩仅能从驱动轴传输到输出轴上。
本发明的一种改进方案规定，所述减速器具有特别是带有斜齿的起动小齿轮，所述小齿轮可以与另一个齿轮啮合。所述小齿轮优选地设置在输出轴上。因此并不是想要使减速器或这说其输出轴持久与内燃机或与一个另外的装置处于作用连接，所述另一个齿轮可以被分配给所述内燃机。而是规定，通过所述起动小齿轮可以中断连接。因此，可以例如在内燃机的起动过程中，提供从减速器的驱动轴到内燃机的扭矩传输，而在该起动过程后中断这个连接。这可以通过所述起动小齿轮实现，所述起动小齿轮可以与例如分配给内燃机或者另外的装置的另一个齿轮相啮合。所述起动小齿轮特别有利地具有斜齿，用于使在工作期间的啮合变得容易。可以为所述起动小齿轮配备例如自由轮，或者可以将所述两个元件在结构上集成在一起。
本发明的一种改进方案提供至少一个减震装置，所述减震装置被分配给驱动轴以及/或者输出轴以及/或者齿轮。为了进一步改善声学特性，可以为所述减速器配备至少一个减震装置。所述减震装置用于显著地减少例如由于内燃机引起的振动激励。因此，这样的装置可以对降低噪声级以及减少振动起主要作用。在此，为所述减速器的驱动轴以及/或者输出轴以及/或者齿轮分配至少一个减震装置。有利的是将所述减震装置设置在减速器和内燃机或者所述另外的装置之间，从而振动在到达减速器前就已被衰减。这对齿轮的使用寿命有益。通过使用多个减震装置可以实现对声学特性进一步改善。
此外，本发明还涉及一种具有电动机的内燃机起动装置，通过所述电动机可以使所述内燃机起动。在此，在电动机和内燃机之间设有减速器，所述减速器特别是根据上述实施方式实施。
附图说明
下面将借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细阐述，而不对本发明进行限制。其中：
图1示出了具有减速器的内燃机起动装置，
图2以立体图示出了被实施为行星齿轮变速器的减速器，以及
图3以侧视图示出了行星齿轮变速器。
具体实施方式
图1示出了内燃机(未示出)的起动装置1，也被称为起动机，所述起动装置具有电动机2。所述起动装置1用于借助于电动机2来起动内燃机。因此，在电动机2和内燃机之间提供至少是暂时的作用连接。所述起动装置1具有减速器3，所述减速器被构造为行星齿轮变速器4。该减速器设置在电动机2和内燃机之间。所述行星齿轮变速器4的驱动轴5因此与电动机2更确切地说与电动机2的电枢轴6作用连接并且可以特别地与所述电枢轴构成为一体。在行星齿轮变速器4的分配给内燃机的一侧上设置了输出轴7。所述驱动轴5和输出轴7通过太阳轮8、齿圈9以及三个行星轮10相互处于作用连接。因此，所述太阳轮8、齿圈9和行星轮10构成减速器3的齿轮11。这些齿轮的特征在于，它们都是直齿啮合的并且具有加大齿顶高的齿作为齿部。所述太阳轮8不可相对转动地与驱动轴5相连接并且在示出的实施例中与所述驱动轴构成为一体。与此相反，所述齿圈9位置固定地，也就是说不可转动地固定在所述起动装置1的壳体12中。为此，将所述齿圈9设置在中间支承装置13中，所述中间支承装置位置固定地并且不可相对转动地设置在驱动端轴承盖14或极壳15中。所述中间支承装置13可以具有例如塑料或金属支承件33以及/或者轴承34，其中，后者用于将输出轴7可转动地导向。驱动端轴承盖14和极壳15构成所述壳体12的组成部分。在所述极壳15中还设置了电动机2。所述齿圈9可以直接构造在中间支承装置13中，用于实现行星齿轮变速器4的低成本的实施方式。然而所述齿圈9也可以是单独部件并且安装在中间支承装置13中。在此，可以在齿圈9和中间支承装置13之间设置减震装置16，用于避免或减少振动从行星轮变速器4传输到壳体12。所述减震装置16可以被构造为例如减震橡胶17。在所述行星齿轮变速器4中设置至少一个行星轮10，在本实施例中为三个。行星齿轮变速器4的行星轮10的数量和布置是可以自由选择的，并且例如与需传输的扭矩有关。对行星轮10的数量进行选择，使得在所要求的使用寿命期间确保齿轮11的齿部和行星轮10的行星轮支架18的强度。所述行星轮10可转动地设置在行星轮支架18上。为此，所述行星轮支架18构成例如销形元件19，所述行星轮10支承在所述销形元件上。所述行星轮支架18与输出轴7不可相对转动地连接并且在绘出的实施例中与所述输出轴构成为一体。在所述输出轴7中设有轴承20，所述轴承用于支承驱动轴5。在所述输出轴7上还设置了带动件21，所述带动件以斜齿或直齿结构形式的花键连接部22为特征。将所述输出轴7和带动件21相互连接的花键连接部22表示所谓的啮合传动部23。在所述带动件21中安装了夹紧体(未示出)和起动小齿轮24。所述带动件21因此构成起动装置1的自由轮。所述起动装置1通过起动继电器26激活，所述起动继电器将所述自由轮25压向齿圈27并且同时通过接触桥29激活电动机2的电源28。因此，所述起动继电器26闭合接触桥29，从而给电动机2供电。所述齿圈27被分配给内燃机，也就是，通过所述齿轮圈可以对内燃机进行驱动。当所述自由轮25被压向齿圈27时，所述起动小齿轮24啮合到所述齿圈27中，并且因此建立电动机2和内燃机之间的连接。在此，所述起动小齿轮24在输出轴7转动时要么通过输出轴7或带动件21上的斜齿啮合的花键连接部22要么通过起动小齿轮24上的斜齿获得进给。
图2示出了行星齿轮变速器4形式的减速器3的等轴图。示出了驱动轴5，所述驱动轴同时还构成在此未示出的电动机2的电枢轴6。所述驱动轴5与行星齿轮变速器4的太阳轮8构成为一体。所述太阳轮与三个行星轮10处于啮合，所述行星轮可转动地设置在行星轮支架18或者说其销形元件19上。所述行星轮支架18与输出轴7被构造为一体，并且因此不可相对转动地与所述输出轴连接。此外，所述行星轮10与齿圈9啮合，所述齿圈设置在中间支承装置13中，其中，所述减震橡胶17用于减少传输到未示出的壳体12上的振动。
图3示出了从电动机2的角度看的行星齿轮变速器4的侧视图。还可以看到，所述驱动轴5具有构造在其上的太阳轮8并且所述行星轮支架18具有固定在其上的销形元件19，行星轮10可转动地设置在所述销形元件上。此外，还示出了设置在中间支承装置13中的带有减震橡胶17的齿圈9。所述行星轮支架18被构造为与所述输出轴7一体。在该图中可以看出，所述齿轮11具有齿部30，所述齿部被实施为加大齿顶高的齿31。所述加大齿顶高的齿31的特征在于，它具有大于等于2的最小有效齿廓重合度，这是通过10°到20°的标准啮合角实现的。在这里，齿根32不同于长短辐旋轮线形状。所述齿根32被示为属于齿圈9，然而也可以设置每一个所述齿轮11上。
所述起动装置1具有下列功能：为了起动内燃机，需首先接通起动继电器26，所述起动继电器通过接触桥29给起动装置1的电动机2供电。其结果是：由所述电动机2产生扭矩，所述扭矩使电枢轴6做旋转运动。在此，所述电枢轴6构成行星齿轮变速器4的驱动轴5，从而驱动所述行星齿轮变速器。上述过程是通过驱动轴5驱动与三个与行星轮10啮合的太阳轮8实现的。所述行星轮又与齿圈9相啮合并且固定在行星轮支架18上，所述行星轮支架随后被置于旋转运动。所述行星轮支架18与输出轴7构成为一体，从而驱动这个输出轴。所述起动继电器26还将所述自由轮25朝齿圈27的方向压，从而使起动小齿轮24能够啮合在所述齿圈27中。通过这种方式建立电动机2和内燃机之间的作用连接，并且所述电动机2的扭矩可以驱动内燃机。内燃机通过这种方式被起动，并且随后，如果所述起动继电器26被取消激活，则通过所述起动小齿轮24从所述齿圈27中脱离啮合又使所述电动机2和内燃机之间的作用连接中断。

Claims (15)

1.一种特别是用于内燃机起动装置(1)的减速器(3)，该减速器用于借助于至少两个相互啮合的齿轮(11)以降低转速的方式连接驱动轴(5)和输出轴(7)，其特征在于，所述齿轮(11)是直齿啮合的，并且齿部(30)为加大齿顶高的齿(31)。
2.按照权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述减速器(3)是行星齿轮变速器(4)，所述行星齿轮变速器具有一个太阳轮(8)、一个齿圈(9)以及至少一个设置在所述太阳轮(8)和所述齿圈(9)之间并与所述太阳轮(8)和所述齿圈(9)啮合的行星轮(10)。
3.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述太阳轮(8)不可相对转动地设置在所述驱动轴(5)上并且/或者所述齿圈(9)被设置为位置固定的。
4.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述太阳轮(8)与所述驱动轴(5)构造为一体。
5.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述至少一个行星轮(10)可转动地设置在行星轮支架(18)上。
6.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述行星轮支架(18)可转动地支承并且与所述输出轴(7)不可相对转动地连接，特别是与所述输出轴构造为一体。
7.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述加大齿顶高的齿(31)在所述太阳轮(8)和行星轮(10)之间以及/或者在所述齿圈(9)和行星轮(10)之间具有大约为2或大于2的最小有效齿廓重合度。
8.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述加大齿顶高的齿(31)具有10°至20°的标准啮合角，优选的是大约10°或大约16°。
9.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述加大齿顶高的齿(31)的齿根(32)具有与长短辐旋轮线形状不同的形状。
10.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述加大齿顶高的齿(31)的齿顶具有经修正的齿顶区域。
11.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述加大齿顶高的齿(31)能够借助于常规的加工过程进行制造。
12.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，给所述输出轴(7)分配一个自由轮(25)。
13.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，所述减速器(3)具有特别是带有斜齿的起动小齿轮(24)，所述起动小齿轮能够与另一个齿轮(27)啮合。
14.按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器，其特征在于，设有至少一个减震装置(16)，所述减震装置被分配给所述驱动轴(5)以及/或者所述输出轴(7)以及/或者所述齿轮(11)。
15.一种内燃机起动装置(1)，该起动装置具有电动机(2)，借助于所述电动机能够起动所述内燃机，其特征在于，在电动机(2)和内燃机之间设置特别是按照上述权利要求中任意一项或多项所述的减速器(3)。
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