CN103775610A - 齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮装置（1），包括主齿轮（2）和相对于主齿轮沿圆周方向（3）可旋转的齿轮（4）以及多个弹簧元件（8），借助各弹簧元件，可旋转的齿轮（4）沿圆周方向（3）相对于主齿轮（2）预张紧，其中，弹簧元件（8）在一侧与主齿轮（2）连接并且在另一侧与可旋转的齿轮（4）连接，并且其中，各弹簧元件（8）分别具有一个纵向中轴线（19），各纵向中轴线相对于可旋转的齿轮（4）的轴向端面（18）倾斜地设置。

Description

齿轮装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮装置，包括主齿轮和相对于主齿轮沿圆周方向可旋转的齿轮以及多个弹簧元件，借助各弹簧元件，可旋转的齿轮沿圆周方向相对于主齿轮预张紧，其中弹簧元件在一侧与主齿轮连接并且在另一侧与可旋转的齿轮连接。另外，本发明涉及一种齿轮传动装置，包括第一齿轮和第二齿轮，其中第一齿轮无间隙地设置在轴上。

背景技术

由现有技术已知各种不同结构方式的所谓的“拼合齿轮”。这种齿轮结构的目的在于在齿轮彼此啮合时减小齿侧间隙。

由G.Niemann、H.Winter的“机械元件，卷二，一般传动装置，齿轮传动装置－基础，圆柱齿轮传动装置，施普林格出版社，1989年，第366页”公开了一种这样的拼合齿轮，其包括主齿轮和设置在主齿轮上的可旋转的齿轮。这两个齿轮通过两个螺旋弹簧彼此连接，其中，螺旋弹簧的纵向中轴线垂直于承载齿轮的轴，并且因此螺旋弹簧平行于轴向端面定向。

EP0079184A1也公开了一种这样的齿轮装置。该齿轮装置构成具有三个齿轮的齿轮传动装置的一部分，所述三个齿轮分别设置在一个轴线上。为了无间隙地传递转矩，在该装置中必须使用两个这样的齿轮装置。为了避免这点，在根据该EP0079184A1的齿轮传动装置中设定，拼合齿轮带有径向间隙地设置在其轴上。因此，该张紧齿轮以齿侧支撑在两个配合齿轮上并且由此允许无间隙的力矩传递。由于张紧齿轮构造成可径向移动的，所以该拼合齿轮仅适用于三轴布置的齿轮传动装置并且仅适合于较小的载荷。出于此原因该齿轮装置也仅设置用于电动打字机的打字头。

发明内容

本发明的目的在于简化开头所提到的齿轮装置以便传递大的力矩，这种大的力矩通常例如出现于机动车中。

本发明的该目的一方面在开头所提到的齿轮装置中以下述方式得以解决，即所述弹簧元件分别具有一个纵向中轴线，各纵向中轴线相对于可旋转的齿轮的轴向端面倾斜地设置，并且另一方面在开头所提到的齿轮传动装置中这样得以解决，即所述齿轮之一根据本发明构造。

在此有利的是，通过弹簧元件的倾斜位置不仅沿圆周方向张紧而且同时沿轴向方向张紧。基于可旋转的齿轮（即张紧齿轮）的轴向力分量可改善齿轮装置的轴向振摆。因此与单弹簧系统相比更好地避免了可旋转的齿轮的孔表面的单侧支承，由此可减少磨损。另外，可简化主齿轮或可旋转的齿轮的几何形状，从而也可实现更低成本的生产。另外可通过轴向力产生抑制用的摩擦力矩，由此抑制可旋转的齿轮的振动。该抑制也可减少运行中的损耗功率。与现有技术的这种齿轮装置相比，也可通过更简单的结构降低齿轮装置在轴向方向上的安装空间，因为不再需要其它轴向固定装置。

为了加强这些效果，根据一种实施方案规定，各弹簧元件的纵向中轴线与轴向端面成一角度地延伸，该角度从下限为3°且上限为80°的范围中选出。借助该范围之外的弹簧元件角度位置，虽然也可观察到上述效果，但在该优选的角度范围中可提高所产生的轴向力分量并且因此实现齿轮装置在轴上更好的配合。

可进一步规定，各弹簧元件的纵向中轴线在可旋转的齿轮的轴向端面的平面上的投影线彼此成一角度设置，该角度不等于90°或90°的整数倍。在此有利的是可更好地调节弹簧元件的作用力分量。

根据齿轮装置的一种优选的实施方案，设置至少两个、尤其是至少三个或四个弹簧元件。由此可实现可旋转的齿轮相对于主齿轮的更好的定向。

优选地，弹簧元件构造成螺旋弹簧。由此通过简单地挂入弹簧并旋转可旋转的齿轮直到可能存在的止挡止动，可简单地安装齿轮装置。另外，由于可使用各种具有不同弹簧特性曲线的螺旋弹簧，预张紧力可在很大的范围中变化，而不因此显著影响齿轮装置所需的安装空间。

虽然对于本发明而言并非是强制的（这对于构件简化构成另一优点），但主齿轮和/或可旋转的齿轮可具有至少一个用于可旋转的齿轮或主齿轮的轴向止挡，由此一方面可实现两个齿轮彼此间的定位可能性并且另一方面可实现两个齿轮彼此间沿圆周方向相对的可旋转性。后者也可用作弹簧断裂时的安全措施。

可旋转的齿轮可部分地贴靠在主齿轮的一个区域上，主齿轮和/或可旋转的齿轮在该区域中设有改变摩擦的涂层。因此如上所述可影响基于弹簧轴向力分量产生的摩擦力矩，从而也可通过该涂层调整两个齿轮半部之间的阻尼。

表述“改变摩擦”在此可理解为主齿轮和/或可旋转的齿轮的基本材料的摩擦。

另外可能的是，一些弹簧元件与其余弹簧元件相比具有不同的弹簧特性和/或其纵向中轴线与轴向端面成不同的角度设置。因此可更好地调节在主齿轮和可旋转的齿轮之间作用的张紧力矩，尤其是由此可实现相对小的、如2牛米的张紧力矩。

附图说明

为了更好地理解本发明，借助下述附图详细说明本发明。附图如下：

图1为齿轮装置的沿轴向方向的视图；

图2为根据图1中的线II-II截取的根据图1的齿轮装置的剖视图；

图3为齿轮装置的一种变型方案的沿轴向方向的视图；

图4为根据图2的齿轮装置的剖视图；

图5为齿轮传动装置。

具体实施方式

首先要指出，在不同的实施方式中相同部件使用相同的附图标记或相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容可以按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。同样，在说明中选择的位置说明如上面、下面、侧面等涉及直接描述的以及所示的附图并且在位置改变时按意义转用到新的位置。

图1和2示出齿轮装置1。该齿轮装置1（又称为拼合齿轮）包括主齿轮2和相对于该主齿轮沿圆周方向3可旋转的齿轮4。主齿轮2可具有轮毂5，该轮毂可优选与主齿轮2一体地构造。但也可将主齿轮2和可旋转的齿轮4直接设置在一个共同的轴6（图4）上。

可旋转的齿轮4可旋转地设置在主齿轮2的轮毂5或轴6（图4）上或者可旋转地设置在轴6（图4）上。

当主齿轮2具有轮毂5时，在该轮毂中构造有用于容纳轴6的呈孔形式的缺口7。

可旋转的齿轮4借助弹簧元件8沿圆周方向3相对于主齿轮2预张紧。在所示的齿轮装置1的优选实施方案中设置四个弹簧元件8。但也可仅设置三个或多于四个（如五个、六个等）弹簧元件8。无论如何设置至少两个弹簧元件8。

每个弹簧元件8在一侧与主齿轮2连接并且在另一侧与可旋转的齿轮4连接。为此，在齿轮装置1的最简单的实施方案中，各弹簧元件8构造为拉力弹簧并且分别以弯曲的弹簧端部区域11、12挂入主齿轮2中的缺口9中和可旋转的齿轮4中的缺口10中，这尤其是在图2中示出。弹簧端部区域11、12在此分别指向齿轮装置1的内部、即朝向相应另一子齿轮的方向。缺口9、10例如可由主齿轮2上的和可旋转的齿轮4上的向弹簧元件8的方向伸出的接片13、14上的孔构成。但缺口9、10也可具有其它形状和类型。

但也可以采用其它固定方式，例如可将弹簧元件8与主齿轮2和可旋转的齿轮4焊接在一起。

另外，主齿轮2和可旋转的齿轮4具有缺口15、16（尤其是通孔），各弹簧元件8分别部分地容纳在所述缺口中，其中，只要可能的话，在组装状态下弹簧元件8优选不突出于主齿轮2的外侧轴向端面17和可旋转的齿轮4的外侧轴向端面18。缺口15、16可构造成至少近似矩形且必要时具有倒圆的角部。但其它形状也是可能的。

在齿轮装置1的组装状态下，缺口15、16优选沿齿轮装置的轴向方向彼此不对齐地设置，这由图2可见。因此缺口15、16可构造得较小。但原则上缺口15、16可构造得一样大并且具有相同的形状。

基于弹簧元件8与主齿轮2和可旋转的齿轮4的连接方式，弹簧元件8的纵向中轴线19相对于可旋转的齿轮4的轴向端面18（或相对于主齿轮2的轴向端面17）倾斜地、即呈角度20地延伸（在图2中以虚线示出）。

角度20在此优选从＋3°至＋80°的范围、尤其是从＋10°至＋70°的范围或从－3°至－80°的范围、尤其是从－10°至－70°的范围中选出。关于角度的不同符号参见下述说明。

弹簧元件8可这样设置在齿轮装置1中，即弹簧元件沿圆周方向3交替地与主齿轮2连接之后与可旋转的齿轮4连接，如由图1可见。因此在该实施方案中安装方向不颠倒。

但根据另一实施方案，颠倒的安装方向恰恰是有利的。通过使至少一个弹簧元件8与其余弹簧元件8相比（相对于端面18）向另一方向倾斜以致沿圆周方向3至少一个弹簧元件8与主齿轮2连接之后另一弹簧元件8与主齿轮2连接，产生不同的力矩，这些力矩不相加而是沿圆周方向相减，或者说在至少一个由弹簧元件8产生的张紧力矩相对于其它张紧力矩为负之后，沿圆周方向由各弹簧元件8产生的总张紧力矩小于当所有弹簧元件8沿相同方向倾斜时产生的总张紧力矩。因此可更好地调节所希望的张紧力矩的大小。在该实施方案中，沿轴向方向弹力也相加，因而即使沿圆周方向的力矩减小，相应的沿轴向方向的张紧也保持不变。

优选地使用如下实施方案，即，在齿轮装置1中设置偶数个弹簧元件8，从而例如两个弹簧元件8沿一个方向倾斜而两个弹簧元件8沿另一方向倾斜。在此优选地，各两个相对置的弹簧元件8沿相同方向倾斜，因此弹簧元件8的倾斜方向沿圆周方向3交替。

在一种特殊的实施方案中，虽然弹簧元件8的倾角（角度20）一样大，但至少一个弹簧元件8的倾角的值相对于参考点为正并且至少另一弹簧元件8的倾角的值相对于参考点为负。为了在此由弹簧元件8产生一个总张紧力矩，如下设定：至少一些弹簧元件8的弹簧特性（尤其是弹簧常数）与其它弹簧元件8不同。在此又优选地，各弹簧元件8沿圆周方向交替设置，以致沿圆周方向一个弹簧常数较高的弹簧元件8跟随一个弹簧常数较低的弹簧元件。当在齿轮装置1中设置四个弹簧元件8时，例如沿圆周方向以下述顺序这样布置：较高的弹簧常数——较低的弹簧常数——较高的弹簧常数（尤其等于该顺序中的第一弹簧常数）——较低的弹簧常数（尤其等于该顺序中的第二弹簧常数）。

因此可在齿轮装置1中组合所谓的硬弹簧元件8和软弹簧元件8。软弹簧在此在相同的力下比硬弹簧储存更多的能量。如果预先给定变形，则硬弹簧吸收更多的能量。

该实施方案尤其是被选择用于调节出较小的张紧力矩。在此，弹簧常数较小的弹簧元件8与弹簧常数较大的弹簧元件8相反地工作，因而总体上产生减小的总张紧力矩。

根据另一种实施方案，也可设置混合方案，即一方面弹簧特性不同并且另一方面倾角不同，在此倾角并非必须相对于弹簧元件8的其它倾角为负，而是也可仅在倾角的大小上有所区别，即例如一个弹簧元件8具有3°的倾角并且另一弹簧元件8具有5°的倾角。

在所示的实施方案中，弹簧元件8这样安装在齿轮装置1中，使得各弹簧元件8的纵向中轴线19在可旋转的齿轮的轴向端面18的平面上的投影线彼此呈角度21或22设置，该角度不等于90°或90°的整数倍。但也可这样构造齿轮装置1，其中角度21或22为90°。

由于仅具有两个弹簧元件8的实施方案也是可能的，对此要指出，在一种特殊的实施方案中，弹簧元件8的两个纵向中轴线19彼此平行设置。

在具有四个弹簧元件8的实施方案中，角度21优选从95°至140°的范围、尤其是从95°至110°的范围中选出。与此互补的角度22具有与此相应的值。

原则上角度21可从60°至180°的范围、尤其是从95°至130°的范围中选出。与此互补的角度22具有与此相应的值。基本上角度21取决于所设置的弹簧元件8的数量。

通过角度20（所谓的弹簧位置角）可影响弹簧元件8的轴向力分量，由此可调整可旋转的齿轮4相对于主齿轮2的轴向张紧的大小。

弹簧元件8优选构造为螺旋拉力弹簧。但原则上也可使用其它弹簧元件8。

优选地，弹簧元件8由弹簧钢制成。

在图3和4中示出齿轮装置1的一种实施方案，其中为相同构件使用与前面图1和2中相同的附图标记或构件名称。为避免不必要的重复，参见前面图1和2的详细说明。

与齿轮装置1的上述实施方案不同，在该方案中设置三个弹簧元件8，其与主齿轮2和与可旋转的齿轮4的连接以上述方式进行。

投影的纵向中轴线19的角度21在该实施方案中为至少近似60°。

图3示出齿轮装置1的另一种实施方案。因此存在这样的可能性，即，在可旋转的齿轮4上构造至少一个轴向突出部23（轴向止挡），也可构造多于一个、例如两个或三个轴向突出部，所述轴向突出部向主齿轮2的方向延伸并且至少部分地容纳在缺口24中——但该可能性基于可旋转的齿轮4的轴向张紧并非是强制的。通过优选与可旋转的齿轮4一体构造的轴向突出部23，可旋转的齿轮4沿圆周方向3的可旋转性受到限制。

颠倒的实施方式也是可能的，即在主齿轮2上设置所述至少一个轴向突出部23并且在可旋转的齿轮中设置所述至少一个缺口24。

另外由图4可见，可旋转的齿轮4可以仅部分地贴靠在主齿轮2的一个区域25上。该区域25例如可构造成至少一个环形接片的形式，该环形接片设置在主齿轮2（和/或可旋转的齿轮4）上。通过该构造实现可旋转的齿轮4在主齿轮2上更好的导向或更好的定位。

在此，区域25和可旋转的齿轮4（或主齿轮2）的相互接触的表面中的至少一个可设有减小摩擦的涂层、如由PTFE制成的滑动漆层（Gleitlack）。

另一方面也可在该贴靠区域中有针对性地通过增大摩擦的涂层增加摩擦，例如借助具有摩擦颗粒（金刚砂、石英等）的涂层。

为完整起见，在图5中示出原则上由现有技术已知的具有两个啮合齿轮的齿轮传动装置26，其中各齿轮之一由根据本发明的齿轮装置1构成。齿轮装置1和另一齿轮不可相对旋转地且无间隙地分别被固定在轴6、27上。

齿轮装置1与齿轮传动装置的配合齿轮的无力作用的组装例如可借助销或开口销实现，所述销或开口销嵌入主齿轮2和可旋转的齿轮4中的相应的缺口中并且在组装后被再次卸除。

通过弹簧元件8的位置也可在一定限度内调节轴向的预张紧。

最后还应指出，主齿轮2和/或可旋转的齿轮4优选由烧结钢制成，并且也可构造为冲压件，尤其是可旋转的齿轮2。

所述实施例示出齿轮装置1的可能的实施方案。

最后按规定要指出：为了更好地理解齿轮装置1的结构，其组成部分局部未按比例和/或放大和/或缩小地示出。

附图标记列表

1   齿轮装置

2   主齿轮

3   圆周方向

4   齿轮

5   轮毂

6   轴

7   缺口

8   弹簧元件

9   缺口

10  缺口

11  缺口

12  缺口

13  接片

14  接片

15  缺口

16  缺口

17  端面

18  端面

19  纵向中轴线

20  角度

21  角度

22  角度

23  轴向突出部

24  缺口

25  区域

26  齿轮传动装置

27  轴

Claims (9)

1.一种齿轮装置（1），包括主齿轮（2）和相对于主齿轮沿圆周方向（3）可旋转的齿轮（4）以及多个弹簧元件（8），借助各弹簧元件，可旋转的齿轮（4）沿圆周方向（3）相对于主齿轮（2）预张紧，其中，弹簧元件（8）在一侧与主齿轮（2）连接并且在另一侧与可旋转的齿轮（4）连接，

其特征在于，各弹簧元件（8）分别具有一个纵向中轴线（19），各纵向中轴线相对于可旋转的齿轮（4）的轴向端面（18）倾斜地设置。

2.根据权利要求1所述的齿轮装置（1），其特征在于，各弹簧元件（8）的纵向中轴线（19）与轴向端面（18）成一角度（20）地延伸，该角度从下限为±3°且上限为±80°的范围中选出。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮装置（1），其特征在于，各弹簧元件（8）的纵向中轴线（19）在可旋转的齿轮（4）的轴向端面（18）的平面上的投影线彼此成一角度（21或22）设置，该角度不等于90°或90°的整数倍。

4.根据权利要求1至3之一所述的齿轮装置（1），其特征在于，设置至少两个、尤其是至少三个或四个弹簧元件（8）。

5.根据权利要求1至4之一所述的齿轮装置（1），其特征在于，各弹簧元件（8）构造成螺旋弹簧。

6.根据权利要求1至5之一所述的齿轮装置（1），其特征在于，主齿轮（2）具有至少一个用于可旋转的齿轮的轴向止挡，和/或可旋转的齿轮（4）具有至少一个用于主齿轮的轴向止挡。

7.根据权利要求1至6之一所述的齿轮装置（1），其特征在于，可旋转的齿轮（4）部分地贴靠在主齿轮（2）的一个区域（25）上，主齿轮（2）和/或可旋转的齿轮（4）在该区域（25）中设有改变摩擦的涂层。

8.根据权利要求1至7之一所述的齿轮装置（1），其特征在于，一些弹簧元件（8）与其余弹簧元件（8）相比具有不同的弹簧特性和/或其纵向中轴线（19）与轴向端面（18）成不同的角度（20）设置。

9.一种齿轮传动装置（26），包括第一齿轮和第二齿轮，其中，第一齿轮无间隙地设置在轴（6）上，其特征在于，第一齿轮构造为根据权利要求1至8之一所述的齿轮装置（1）。

Images