CN104919200B - 联接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联接系统，其包括：第一轴、优选内燃机的曲轴；与第一轴同轴设置的第二轴、优选电机的电枢轴；以及用于无间隙地连接第一轴和第二轴的联轴器，按照两个同轴的轴定义旋转轴线，围绕该旋转轴线定义圆周方向并且垂直于该旋转轴线定义径向方向，所述联轴器具有至少一个运动元件和至少一个可相对于两个轴沿圆周方向和/或径向方向运动的联接元件，并且所述运动元件构造用于将联接元件沿圆周方向和/或径向方向无间隙地压紧到第一和/或第二轴上，以便补偿两个轴之间沿圆周方向的间隙以及制造技术上不可避免的关于两个轴的轴错位和角错位的公差。同样也能实现运行期间例如基于热膨胀的轴向补偿。

Description

联接系统

技术领域

本发明涉及一种用于同轴地连接两个轴的联接系统。尤其是将内燃机曲轴与电机电枢轴同轴地连接。本发明还涉及一种用于安装联接系统的方法。

背景技术

现有技术已知用于连接机动车中内燃机与电机的不同结构。在现有技术中，通常使用皮带传动机构来连接曲轴与电枢轴。皮带轮在此确保扭矩波动的补偿以及无间隙的力传递。皮带传动机构的使用和因此电机与内燃机的非同轴设置导致不节省空间的设计。另外，皮带传动机构需要经常维护。

发明内容

本发明任务在于，提供一种用于同轴地连接两个轴的联接系统，该联接系统可在廉价制造和安装的情况下少维护且低噪声地运行。本发明任务还在于，提供一种用于安装联接系统的相应方法。这种连接还有补偿内燃机和电机之间的同轴度误差(角错位和轴错位)的任务。

所述任务通过独立权利要求的特征解决。从属权利要求构成本发明的有利扩展方案。

因此，所述任务通过一种包括第一轴、第二轴和联轴器的联接系统来解决。第一轴尤其是机动车中的内燃机的曲轴。第二轴尤其是电机的电枢轴。电机优选作为用于产生电能的高电压发电机运行。另外，电机也可用作用于起动内燃机的电动机。电机壳体优选直接与曲轴壳体或内燃机壳体连接。两个轴同轴设置。内燃机和电机的这种极为紧凑和节省空间的布置结构需要特殊的联轴器设计。为了实现联轴器低噪声且少维护地运行，应确保两个轴之间、尤其是沿两个转动方向的无间隙的力传递。联轴器因此具有至少一个运动元件和至少一个联接元件。联接元件可沿圆周方向和/或径向方向运动地设置。运动元件确保联接元件沿圆周方向或径向方向无间隙地贴靠或压紧到相应轴上。通过使联接元件无间隙地贴靠在相应轴上，扭矩可无间隙地在两个轴之间传递。

尤其是规定，所述运动元件是弹簧和/或液压腔。弹簧和/或液压腔设置在联轴器中并且将联接元件压紧到第一或第二轴上，从而可实现无间隙的贴靠和因此无间隙的力传递。轴向运动也是可能的。

关于联接系统的具体设计，根据本发明规定三种方案：

根据第一种方案，联轴器包括第一花键轴、第二花键轴和第三花键轴。三个花键轴构成联接元件。第一花键轴与第二花键轴隔开设置。在第一花键轴和第二花键轴之间设置第三花键轴。三个花键轴同轴地沿旋转轴线设置。第一花键轴通过扭转弹簧与第二花键轴连接。与此相应，第一花键轴和第二花键轴分别抗扭地、例如通过多边形与扭转弹簧连接。扭转弹簧在本方案中构成运动元件。扭转弹簧使第一花键轴无间隙地贴靠在第一轴上并且使第二花键轴无间隙地贴靠在第二轴上。这以下述方式实现：两个轴的力流通过第三花键轴闭合。

尤其是规定，第一轴具有第一轴齿部并且第二轴具有第二轴齿部。两个轴齿部尤其是曲轴上和电枢轴上的内齿部。在联接系统的安装状态中，第一轴齿部既与第一花键轴又与第三花键轴啮合，第二轴齿部与第二花键轴并且同时与第三花键轴啮合。

为了补偿由制造技术决定的关于轴错位和角度的误差，齿部是齿面对中的，并且在花键轴3的两个端部上构造成球形的。

第三花键轴优选构造成内部中空的。由此扭转弹簧可穿过第三花键轴。第一花键轴和第二花键轴装在扭转弹簧的两个端部上。第三花键轴优选可相对于扭转弹簧旋转地设置。

优选相对扭转第一花键轴和第二花键轴，使得扭转弹簧张紧。第一轴、尤其是第一轴齿部根据转动方向的不同情况贴靠在第一花键轴上或第三花键轴上。同样第二轴齿部可贴靠在第二花键轴上或第三花键轴上。根据电机作为发电机或电动机运行产生不同的转动方向。通过将第一花键轴和第三花键轴的齿面或第二花键轴和第三花键轴的齿面提供给轴齿部，可实现曲轴和电枢轴之间的无间隙的力传递。

在第二种方案中，联轴器构造为十字联轴器。十字联轴器又称为“欧式联轴器”。为此联轴器具有基体。该基体在两侧分别具有一个突出部。第一突出部插入第一轴的凹槽中。第二突出部插入第二轴的凹槽中。插入凹槽的突出部能够在有限的程度上补偿两个轴之间的径向和轴向错位。

在第二种方案中，运动元件优选是弹簧和/或液压腔。联接元件构造为至少一个活塞。该活塞可在基体中线性运动地被导向。弹簧和/或液压腔确保将活塞压离基体。由此活塞贴靠在相应轴的凹槽中并且确保无间隙的力传递。

尤其规定，在基体的朝向第一轴的一侧即第一突出部上设有至少一个活塞，并且在朝向第二轴的一侧即第二突出部上也设有至少一个活塞。

在特别优选的实施方式中，在基体的两个突出部中分别设置多个活塞。每个活塞至少通过一个弹簧加载并且另外可借助自己的液压腔被压向外部。

基体中相应的液压通道确保为液压腔供应压力。尤其是为此利用内燃机润滑剂供应装置的液压压力。

优选的在液压通道中的止回阀确保充分维持各个活塞下方的液压腔中的压力。在活塞中优选设置小出口。通过这些小出口液压油从液压腔流到活塞表面上。这导致液压腔中的压力节流地排出并且同时能够润滑联轴器和两个轴之间的滑动面。

弹簧的力或液压腔的力不必大到总是将活塞压离基体，而只需至少在转动方向变化时使活塞贴靠到两个轴上。随着扭矩的增大活塞被压入基体中。在此液压油优选通过出口从液压腔流向外部。

根据第三种方案，联轴器构造为爪齿式联轴器。该联轴器在此包括抗扭地设置在第一轴上的第一环、抗扭地设置在第二轴上的第二环和设置在这两个轴之间的补偿环。补偿环在此构成可运动的联接元件。第一环具有第一爪齿。第二环具有第二爪齿。补偿环具有补偿爪齿。补偿环可在有限的程度上相对于两个轴运动。第一爪齿、第二爪齿和补偿爪齿彼此嵌接。因此可根据爪齿的尺寸有限地补偿径向和轴向的错位。在沿圆周方向观察所述布置结构时，每一个补偿爪齿设置在一个第一爪齿和一个第二爪齿之间。至少在一个第二爪齿和一个补偿爪齿之间设置一个构造为螺旋压簧或碟簧的弹簧。该弹簧以一个端部支撑在第二爪齿上并且以另一端部支撑在补偿爪齿上。补偿爪齿被压紧到第一爪齿上，由此该第一爪齿又被压紧到下一第二爪齿上。弹簧因此用于将第二爪齿沿所发出的有效扭矩的方向压紧到第一爪齿上。

尤其是在补偿爪齿中设置凹窝，从而弹簧可部分设置在所述凹窝中。在扭矩方向变化时弹簧被压缩，以致它们完全处于凹窝中，由此补偿爪齿贴靠在第二爪齿上。

为了将第二环安装在第二轴上，优选使用锥形夹紧元件。

第一轴优选构造成锥形的。与此匹配的内锥优选构造在第一环上。除了所述锥形连接外，优选使用夹紧螺钉和垫片。夹紧螺钉优选在端面旋入第一轴中，以便将第一环保持在第一轴上。

本发明优选包括用于控制和/或调节电机的控制器，该控制器构造用于控制电机，以便补偿转动不均匀性。例如根据内燃机中的气缸数在曲轴上出现转动不均匀性。这种转动不均匀性可通过相应控制电机来补偿。

本发明还包括一种用于安装根据上述第一种方案的联接系统的方法。该方法包括下述步骤：(i)通过相对于第二花键轴扭转第一花键轴来张紧扭转弹簧，(ii)安装第一抗扭器和第二抗扭器，第一抗扭器使第一花键轴相对于第三花键轴固定，第二抗扭器使第二花键轴相对于第三花键轴固定，(iii)将第一花键轴安装在第一轴上并且将第二花键轴安装在第二轴上，并且(iv)释放两个抗扭器。

本发明联接系统的从属权利要求和有利方案可相应有利地用于本发明方法。

尤其是优选规定，两个抗扭器的释放与第一和第二花键轴在第一和第二轴上的安装同时进行。在此通过将相应花键轴推入曲轴或电枢轴上的内齿部中来推动抗扭器。由此释放抗扭器。

抗扭器有两种优选可能性：一方面抗扭器可构造为轴环。另一方面抗扭器可构造为销。

在张紧扭转弹簧之后套上轴环，使得轴环上的内齿部同时与第一花键轴和第三花键轴或与第二花键轴和第三花键轴啮合。在将联轴器安装到两个轴上时，轴环优选被推向内部。在安装之后轴环优选完全装在第三花键轴上。在安装之后轴环不再继续起作用，但优选保留在第三花键轴上。

代替轴环，可使用销。销在端面被插入花键轴中。在张紧扭转弹簧这后这样定位这些销，使得销将第一花键轴相对于第三花键轴固定或将第二花键轴相对于第三花键轴固定，从而扭转弹簧不再能释放。在安装联接系统时，销被推动、尤其是向内推入第三花键轴中。

但也可能的是，在联轴器的一侧上使用轴环并且在另一侧上使用销作为抗扭器。

为了张紧扭转弹簧，尤其是规定下述方法过程：通过扭转第一和/或第二花键轴来张紧扭转弹簧，直至测到希望的弹力。为了精确调节弹力，有利的是利用材料塑化(类似于膨胀螺钉)。弹力在很大的“张紧角度”上几乎保持恒定并且主要由弹簧直径决定。接着进一步转动或向回旋转第一花键轴和/或第二花键轴，直至三个花键轴的齿部一致，从而可套上轴环。在使用销的情况下，向前或向回旋转，直至销的孔对齐并且因此可插入销。

附图说明

本发明其它细节、特征和优点由以下说明和附图给出。附图如下：

图1为根据第一种实施例的本发明联接系统；

图2和3为根据第一种实施例的本发明联接系统的联轴器；

图4至6为根据第二种实施例的本发明联接系统的联轴器；

图7为根据第三种实施例的本发明联接系统；

图8和9为根据第三种实施例的本发明联接系统的联轴器；

图10为根据第四种实施例的本发明联接系统的联轴器；

图11为根据第五种实施例的本发明联接系统的联轴器；

图12为根据第六种实施例的本发明联接系统；

图13为根据第六种实施例的本发明联接系统的联轴器的分解图。

具体实施方式

下面参照图1至13说明联接系统1的六种实施例。相同的或功能相同的部件在此设有相同附图标记。

根据图1，联接系统1包括构造为机动车中的内燃机2的曲轴的第一轴3。第一轴3设置在发动机壳体4中。在发动机壳体4中，第一轴3通过至少一个轴承5支承。

另外，联接系统1包括构造为电机6电枢轴的第二轴7。电机6主要作为高电压发电机运行。此外，电机6也可作为电动机运行，以便起动内燃机2。电机6包括发电机壳体8。在发电机壳体8中支承有第二轴7。

通过仅示意示出的螺纹联接装置9，发电机壳体8与发动机壳体4固定连接。两个轴3、7同轴设置。该布置结构在此尽可能节省空间地设计。为了同轴地连接两个轴3、7，设置联轴器10。联轴器10伸入第一轴3上的内齿部和第二轴7上的内齿部中。发电机壳体8这样紧靠发动机壳体4定位，使得联轴器10沿轴向方向延伸直至轴承5。

按照两个轴3、7和联轴器10的旋转，定义旋转轴线17。围绕旋转轴线17定义圆周方向18。垂直于旋转轴线17是径向方向19。

联轴器10的具体结构在图2和3中示出。图3在此示出剖面图。联轴器10包括第一花键轴11、第二花键轴12、第三花键轴13和扭转弹簧14。第三花键轴13沿旋转轴线17设置在第一花键轴11和第二花键轴12之间。扭转弹簧14在其端部上通过多边形20与第一花键轴11和第二花键轴12抗扭连接。第三花键轴13是内部中空的，从而扭转弹簧14可穿过第三花键轴13。

图2和3示出联轴器10被安装到两个轴3、7中之前的状态。根据图2和3，在联轴器10的两侧套上构造为轴环的抗扭器15。在安装联轴器10之前，第一花键轴11和第二花键轴12相对旋转，使得扭转弹簧14张紧。为了保持该张紧状态，在两侧套上抗扭器15。抗扭器15在此嵌入花键轴11、12、13的齿部中。在安装联轴器10时，抗扭器15朝内被推套到第三花键轴13上。由此第一花键轴11和第二花键轴12不再相对于第三花键轴13固定并且扭转弹簧14可起作用，由此借助弹力将曲轴内齿部的输出齿面压到花键轴13的驱动齿面上并且将花键轴13的输出齿面压到电枢轴内齿部的要被驱动的齿面上。

两个抗扭器15可在安装后不起作用地保留在第三花键轴13上。根据图2，在两个抗扭器15上构造有多个突起16。须在第一轴3上和/或在第二轴7上设置作用于所述突起16的装置，以便在安装时将抗扭器15推向内部并且将预紧保持力从轴环转移到内齿部上。

图4至6示出另一种实施例，其中，联轴器10包括三个花键轴11、12、13和扭转弹簧14。图4示出联轴器10的分解图。图5和6示出处于不同安装状态中的联轴器10剖面图。

在第二种实施例中，抗扭器构造为销21。在为了张紧扭转弹簧14扭转第一花键轴11和第二花键轴12之后，推入销，以便使扭转弹簧14保持张紧。该状态在图5中示出。

在将联轴器10安装到两个轴3、7中时，在端面推入安装销22。所述安装销22将销21进一步朝内推入第三花键轴13中。由此抗扭器释放并且扭转弹簧14可起作用。

为了推入安装销22，在两侧示出端面安装板23。所述安装板23也可以是轴3、7的组成部分，以便能够在安装联轴器10的同时释放销21。

图7至11示出这样的实施例，其中，联轴器10构造为十字联轴器(欧式联轴器)。

图7示出包括联轴器10的联接系统1。该联轴器10具有基体24。所述基体24在其两个轴向端部上分别具有一个突出部27、28。第一突出部27插入第一轴3的第一凹槽25中。第二突出部28插入第二轴7的第二凹槽26中。

图8详细示出基体24的第一突出部27。第二突出部28结构相同，但正好围绕旋转轴线17旋转90°。

在第一突出部27上有两个相对置的表面，它们根据转动方向的不同情况贴靠在第一凹槽25中，以便传递转矩。在两个表面上分别设有一个活塞29。所述活塞29构成用于无间隙贴靠的平坦表面。

在活塞29的内侧上分别设有四个栓柱30。所述栓柱30分别嵌入一个液压腔31中。在液压腔31中分别有一个构造为碟簧的弹簧32。弹簧32和液压腔31中的相应压力将活塞29压离第一突出部27。

图9以剖面图示出用于为液压腔31供应压力的液压通道33。止回阀34确保液压腔31中保持足够的压力。经由止回阀34，优选液压油从内燃机2被输送到液压通道33和因此输送到液压腔31中。

图10示出根据另一种实施例的基体24设计。在该实施例中，在每个突出部27、28上分别设有一个大活塞29。所述大活塞29也通过弹簧32加载并且位于液压腔31中。图10示出，在每个突出部27、28上分别仅在一侧设置活塞29。但作为替代方案也可在每个突出部27、28上分别设置两个相对置的活塞29。

图10还示出，在活塞29中设有出口35。液压油可通过该出口35从液压腔31流向外部。出口35分别构成节流阀以调节液压腔31中的压力。流出的油同时用于润滑联轴器10和两个轴3、7之间的表面。

图11示出十字联轴器的另一种实施例。根据图11，在两个突出部27、28中设有多个并排设置的小活塞29。每个活塞29装在自己的液压腔31中并且通过自己的弹簧32加载，所述弹簧构造为螺旋弹簧。在所示实施例中为每个突出部27、28使用四个活塞29。

在钻液压通道33时产生的多余开口通过封闭球36封闭。

图12示出根据另一种实施例的联接系统1的组装状态。图13示出相应联轴器10的分解图。

联轴器10包括第一环37、第二环39和补偿环41。第一环37具有内锥，该内锥推套到第一轴3的外锥上。另外，夹紧螺钉49旋入第一轴3中，该夹紧螺钉经由垫片48将第一环37固定到第一轴3上。

第二环39借助锥形夹紧元件46和夹紧套筒45抗扭地安装在第二轴7上。卡环47固定补偿环41相对于第二环39的轴向位置。

第一环37具有第一爪齿38。第二环39具有第二爪齿40。第一和第二爪齿38、40优选沿轴向方向延伸。补偿环41具有补偿爪齿42。补偿爪齿优选沿径向方向19延伸。

第一爪齿38、第二爪齿40和补偿爪齿42彼此嵌接。沿圆周方向18观察，各一个补偿爪齿42位于第一爪齿38和第二爪齿40之间。

在补偿爪齿42上构造沿圆周方向18开口的凹窝44。在凹窝44中分别设有弹簧43、尤其是螺旋压簧。相应弹簧43以一个端部支撑在凹窝44中并以另一端部支撑在第二爪齿40上。弹簧43将相应补偿爪齿42压离第二爪齿40，由此补偿爪齿42被压到第一爪齿38之一上，该第一爪齿38又由此被压到下一第二爪齿40上。从而第一爪齿38无间隙地贴靠在第二爪齿40上并因此也能实现无间隙的扭矩传递。

总之，本发明涉及一种联接系统1，其包括：第一轴3、优选内燃机2的曲轴；与第一轴3同轴设置的第二轴7、优选电机6的电枢轴；以及用于无间隙地连接第一轴3和第二轴7的联轴器10，在此按照两个同轴的轴3、7定义旋转轴线17，围绕该旋转轴线17定义圆周方向18并且垂直于该旋转轴线17定义径向方向19，所述联轴器10具有至少一个运动元件14、31、32、43和至少一个可相对于两个轴3、7沿圆周方向18和/或径向方向19运动的联接元件11、29、41，并且所述运动元件14、31、32、43构造用于将联接元件11、29、41沿圆周方向18和/或径向方向19无间隙地压紧到第一和/或第二轴3、7上，以便补偿两个轴3、7之间沿圆周方向18的间隙以及制造技术上不可避免的关于两个轴3和7的轴错位和角错位的公差。同样也能实现运行期间例如基于热膨胀的轴向补偿。

附图标记列表

1 联接系统 26 第二凹槽

2 内燃机 27 第一突出部

3 第一轴(曲轴) 28 第二突出部

4 发动机壳体 29 活塞

5 轴承 30 栓柱

6 电机 31 液压腔

7 第二轴(电枢轴) 32 弹簧

8 发电机壳体 33 液压通道

9 螺纹联接装置 34 止回阀

10 联轴器 35 出口

11 第一花键轴 36 封闭球

12 第二花键轴 37 第一环

13 第三花键轴 38 第一爪齿

14 扭转弹簧 39 第二环

15 抗扭器 40 第二爪齿

16 突起 41 补偿环

17 旋转轴线 42 补偿爪齿

18 圆周方向 43 弹簧

19 径向方向 44 凹窝

20 多边形 45 夹紧套筒

21 销 46 锥形夹紧元件

22 安装销 47 卡环

23 安装板 48 垫片

24 基体 49 夹紧螺钉

25 第一凹槽

Claims (13)

1.联接系统(1)，其包括：第一轴(3)、第二轴(7)和联轴器(10)，所述第二轴与第一轴(3)同轴设置，所述联轴器用于无间隙地连接第一轴(3)和第二轴(7)，

按照同轴的第一轴(3)和第二轴(7)定义旋转轴线(17)，围绕该旋转轴线(17)定义圆周方向(18)并且垂直于该旋转轴线(17)定义径向方向(19)，

所述联轴器(10)具有至少一个运动元件和至少一个可相对于所述第一轴(3)和第二轴(7)沿圆周方向(18)运动的联接元件，并且

所述运动元件构造用于将联接元件沿圆周方向(18)无间隙地压紧到第一轴(3)和/或第二轴(7)上，以便补偿所述第一轴(3)和第二轴(7)之间沿圆周方向(18)的间隙，所述运动元件是扭转弹簧，

所述联轴器(10)包括以下联接元件：第一花键轴(11)、第二花键轴(12)和设置在第一花键轴(11)和第二花键轴(12)之间的第三花键轴(13)，这三个花键轴同轴于旋转轴线(17)设置，第一花键轴(11)通过扭转弹簧(14)与第二花键轴(12)连接，

所述联轴器(10)具有第一抗扭器和第二抗扭器，第一抗扭器能够使第一花键轴(11)相对于第三花键轴(13)固定，第二抗扭器能够使第二花键轴(12)相对于第三花键轴(13)固定，并且所述第一抗扭器和第二抗扭器能够不起作用地保留在第三花键轴(13)上或中。

2.根据权利要求1所述的联接系统，其特征在于，所述第一抗扭器和第二抗扭器构造为轴环。

3.根据权利要求1所述的联接系统，其特征在于，所述第一抗扭器和第二抗扭器构造为销。

4.根据权利要求1至3之一所述的联接系统，其特征在于，所述第一轴(3)具有第一轴齿部，并且第二轴(7)具有第二轴齿部，第一轴齿部与第一花键轴(11)并且同时与第三花键轴(13)啮合，并且第二轴齿部与第二花键轴(12)并且同时与第三花键轴(13)啮合。

5.根据权利要求1至3之一所述的联接系统，其特征在于，所述第一花键轴(11)和第二花键轴(12)分别与扭转弹簧(14)抗扭连接，并且第三花键轴(13)相对于扭转弹簧(14)可旋转地设置。

6.根据权利要求1至3之一所述的联接系统，其特征在于，所述第三花键轴(13)是内部中空的，并且扭转弹簧(14)穿过第三花键轴(13)。

7.根据权利要求1至3之一所述的联接系统，其特征在于，所述第一轴是内燃机(2)的曲轴。

8.根据权利要求1至3之一所述的联接系统，其特征在于，所述第二轴是电机(6)的电枢轴。

9.用于安装根据权利要求1至8之一的联接系统(1)的方法，包括下述步骤：

通过相对于第二花键轴(12)扭转第一花键轴(11)来张紧扭转弹簧(14)；

安装第一抗扭器和第二抗扭器，第一抗扭器使第一花键轴(11)相对于第三花键轴(13)固定，第二抗扭器使第二花键轴(12)相对于第三花键轴(13)固定；

将第一花键轴(11)安装在第一轴(3)上并且将第二花键轴(12)安装在第二轴(7)上；并且

释放第一抗扭器和第二抗扭器。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，套上作为第一抗扭器的第一轴环，该第一轴环为了固定而同时嵌入第一花键轴(11)和第三花键轴(13)的齿部中；和/或套上作为第二抗扭器的第二轴环，该第二轴环为了固定而同时嵌入第二花键轴(12)和第三花键轴(13)的齿部中。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，第一轴环在第一花键轴(11)被安装在第一轴(3)上时完全推套到第三花键轴(13)上，和/或第二轴环在第二花键轴(12)被安装在第二轴(7)上时完全推套到第三花键轴(13)上。

12.根据权利要求9的方法，其特征在于，推入作为第一抗扭器的至少一个第一销(21)，该第一销为了固定而同时插入第一花键轴(11)和第三花键轴(13)中；和/或推入作为第二抗扭器的至少一个第二销(21)，该第二销为了固定而同时插入第二花键轴(12)和第三花键轴(13)中。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述至少一个第一销(21)在第一花键轴(11)被安装在第一轴(3)上时完全推入第三花键轴(13)中，和/或所述至少一个第二销(21)在第二花键轴(12)被安装在第二轴(7)上时完全推入第三花键轴(13)中。