CN106051091B - 变速器 - Google Patents

Abstract

一种变速器具有用于保持齿环的齿(1)的齿座(40)，该齿围绕变速器的旋转轴线(5)设置，其中齿(1)以可移动且被在径向方向上引导的方式设置在齿座(40)中。变速器还具有可绕旋转轴线(5)旋转的驱动元件(20)以在径向方向上驱动齿(1)，其中驱动元件(20)具有带有在径向方向上的凸角的凸轮外形。转动段设置在齿(1)和驱动元件(20)之间。止推垫圈(50、51)在转动段(3)的轴向上的至少一侧上设置在齿座(40)中。进一步描述了一种用于生产根据本文中所述的实施例的变速器的方法。

Description

变速器

技术领域

本发明涉及一种变速器以及一种用于生产或操作变速器的方法。

背景技术

现有技术已知的变速器包括齿段，其以径向可移动的方式安装在齿座中。为驱动齿段，使用具有轮廓的驱动元件，诸如凸轮盘。齿段的齿啮合在装齿中，从而引起具有齿段的齿座和装齿之间的相对移动。本文中，装齿和齿段之间的相对移动比具有轮廓的驱动元件的移动小至少一个数量级。通过这种方式有可能获得高传动比，在DE 10 2007 011 175A1中公开了这种变速器的一个实例。

例如，齿段可设置在转动段上。转动段可在轴向方向上沿着齿段延伸并且在径向方向上设置在轴承和齿段之间。在这样的设置中，必须为转动段提供轴向支撑。在已知的系统中，轴向轴承垫圈用于将转动段轴向地支撑在驱动元件上。但是，已知的解决方案显示出不期望的高磨损。

发明内容

本发明的目的在于详细说明一种与现有技术中已知的变速器相比被改良的变速器，特别是在磨损和使用寿命方面。本发明的目的进一步在于详细说明一种用于生产这类变速器的生产方法。

上述目的通过一种变速器(特别地，通过根据本申请的同轴变速器或线性变速器)以及通过根据本申请的的用于生产变速器的方法实现。从本申请和此描述中，有利的发展和实施例将变得显而易见。

变速器的典型实施例具有在齿座中被径向引导且可在径向方向上被驱动元件驱动的齿。驱动元件通常是具有外轮廓或内轮廓的凸轮盘，其中，外轮廓和内轮廓均具有径向凸角。通常连同具有外装齿的齿轮或齿条实施后者实施例，其中，该齿可被径向向内驱动以使它们在齿轮或齿条的外装齿中接合。前者实施例通常通过具有内装齿的环形物实施，其中，齿可被径向向外驱动以使它们在内装齿中接合。

根据本发明的变速器的实施例，转动段设置在齿座中的齿与驱动元件之间。例如，转动段可允许齿的被限定的移动，并且特别地，可允许齿根据凸轮盘的形状移动。转动段通常在径向方向上位于齿和驱动元件之间。由在齿的至少一侧上的止推垫圈为转动段提供轴向支撑。根据本文中所述的实施例，止推垫圈被布置在齿座中。止推垫圈通常被压入，特别地被轻轻压入。止推垫圈相对于齿座的轻微空隙也是可能的。

例如，通过特别地以压入配合或如过渡配合或如粘合的形式将止推垫圈紧固或固定在齿座上可实现止推垫圈在齿座上的用于共同旋转的布置。例如，在这种情况下，止推垫圈可被直接地或间接地固定在齿座上。例如，如果诸如用于止推垫圈的接收件、紧固装置、分离垫圈等的其它元件被布置在止推垫圈与齿座之间，则可执行间接紧固。在一个实施例中，止推垫圈可通过与齿座一体成型而设置在齿座中和/或为了共同旋转而设置在齿座上。在其他实施例中，止推垫圈被放置在定心装置中。

本文中所述的变速器使其可为转动段提供足够支撑，该变速器仅支撑转动段的相对冲程运动。止推垫圈在齿座上的用于共同旋转的布置使得转动段和止推垫圈之间的摩擦损失显著地低于止推垫圈随驱动元件移动的情况。与已知布置相关联的冲程运动的更低的滑动速度和短滑动距离仅具有较差的增强负载润滑膜的能力并且因此经受高磨损，这导致了支撑件寿命的缩短。根据本发明的实施例的变速器消除了这些缺点。

根据一个实施例，止推垫圈可设置在齿座中和/或可用于共同旋转而在转动段的两个轴向相对侧的每一侧上设置在齿座上。因此，有可能提供在转动段的两侧上的轴向支撑，从而进一步增加变速器的操作可靠性。

在一个实施例中，根据本发明的变速器可具有直接地邻接转动段设置的止推垫圈。例如，在变速器的操作期间，止推垫圈可与转动段接触。通常，当具有带有凸角的凸轮外形的驱动元件旋转时，转动段和齿一起执行冲程运动。根据本文中所述的实施例，如将在下面更详细地描述，在整个冲程高度上方，即，在由凸轮外形的凸角导致的高度上的差别上方，转动段可与止推垫圈接触。在其他实施例中，止推垫圈可直接地邻接转动段设置，其中止推垫圈与转动段之间在轴向方向上的间隔或空隙不大于2mm或不大于1mm。

根据本发明的变速器的一个实施例中，滚动元件被设置在驱动元件和转动段之间。本文中，驱动元件可提供用于滚动元件的轴向支撑的凸缘。通常地，凸缘在滚动元件的两侧上设置在驱动元件上。这样，实现了在两个方向上的用于滚动元件的轴向支撑。例如，可以滚针的形式提供滚动轴承，滚针被轴向支撑在驱动元件的凸缘上。这表现了用于转动段和滚动轴承的分别的轴向支撑并且因此允许单一的轴承元件最佳地适应于具体要求。例如，用于支撑转动段的止推垫圈可经受一种表面处理(如将在下面进行详细的描述)，而驱动元件的用于支撑滚动元件的凸缘可经受不同的表面处理或甚至不经受表面处理。这有助于减小生产成本，因为分别支撑是指仅给予在变速器的操作期间得益于表面处理的那些部件特殊处理。

根据一个实施例，用作支撑滚动元件的凸缘可与驱动元件一体成型。在另一实施例中，凸缘可被直接地或间接地固定在驱动元件上。通常地，凸缘在轴向方向上设置在驱动元件的两侧上。

本领域的技术人员将理解，根据本发明的变速器不限制于滚动轴承组件，但是，例如，变速器还设置有用于转动段的磁性轴承组件或滑动轴承组件。

在根据本发明的变速器的一个实施例中，止推垫圈具有至少相当于驱动元件的半径之间的差别减去转动段的厚度的径向伸长。在进一步典型的实施例中，径向伸长至少相当于转动段在径向方向上的冲程运动。在进一步典型的实施例中，径向伸长至少相当于转动段在径向方向上的冲程运动加上转动段的厚度。因此，止推垫圈可具有取决于驱动元件的凸角的径向伸长。例如，止推垫圈可具有径向伸长从而使得在变速器操作期间转动段与止推垫圈连续地接触或转动段无需在其冲程运动中滑过任何边缘。这允许转动段在不需要完全地滑过边缘的情况下执行冲程运动。如果没有滑过边缘的需要，则变速器的操作会更加平稳且经受更少的磨损。在其他实施例中，转动段的相应的侧面与止推垫圈全表面接触。

根据本发明的变速器的一个实施例，止推垫圈可设计为环形止推垫圈，特别地设计为用于变速器的所有转动段的环形止推垫圈。

根据本发明的变速器的止推垫圈可以比转动段的面向止推垫圈(或整个转动段)的侧面更光滑和/或更硬的方式实施。特别地，止推垫圈的表面可以这样的方式配置或至少止推垫圈的面向转动段的一侧的表面可以比转动段的面向止推垫圈的侧面更光滑和或更硬的方式被构造。在一个实例中，止推垫圈的表面可通过后整理工艺修改，并且额外地或可选地通过以使止推垫圈的表面更光滑，具有相对良好的表面接触区域并且比与抵抗其行进的转动段更硬的方式的涂层修改。与此相反，止推垫圈的芯部硬度可相对低，这减少了生产成本。在一个实施例中，止推垫圈在生产工艺期间可经受若干工艺，例如按照以下工艺步骤：车削、滚筒抛光、涂层。作为滚筒抛光的可替代方案，通常可使用其他后整理方法，例如，滚压抛光。

在一个实施例中，止推垫圈的涂层可包括：例如DLC(类金刚石)层的无定形碳层、铬层、由PVD涂层施加的层、晶体碳层和/或金刚石涂层。根据本发明的实施例，无定形碳层可包括a-C、ta-C、a-C:Me、a-c:H、ta-C:H、a-C:H:Me和/或a-C:H:X，其中，Me表示金属掺杂元素且X表示非金属掺杂元素。在一些可与其他实施例结合的实施例中，由PVD涂层施加的层可包括TiN、CrN、TiAlN、TiCN、TiSiN、ZrN和/或AlTiN。这些层可以较低的成本且容易地生产出来。

根据本发明的实施例，在各种情况下的转动段和/或在各种情况下的齿均具有适于允许齿相对于转动段倾斜和/或适于防止齿相对于转动段滑动的结构。因此，在一方面，转动段被保持在齿下方是有可能的，并且在另一方面，由于变速器的几何结构有可能需要倾斜移动。

根据一个实施例，本发明包括一种用于生产本文中描述的变速器的方法。例如，该方法包括可用于生产本文中描述的变速器的单一部件的步骤或可用于装配本文中描述的变速器的步骤。本领域的技术人员将理解，用于生产变速器的方法可包括的步骤的范围从单一零件的形成至(表面)处理和装配或仅仅其部分方面。

在根据本发明的方法的一个实施例中，例如，该方法包括在形成止推垫圈之后并且在将其安装在变速器中之前执行用于止推垫圈的后整理工艺。特别地，该方法包括涂层工艺(例如，在后整理工艺之后)。涂层工艺可以如上所描述的涂层形成在止推垫圈的表面上的方式实施。特别地，有可能(仅)在止推垫圈的面向转动段的一侧上执行涂层工艺以减少成本。

附图说明

下面参照附图解释本发明的优选实施例的进一步的优势和特征，其中，附图示出了：

图1是根据本发明的变速器的部件的典型实施例的示意性透视图；

图2是变速器的典型实施例的在径向方向上的示意性截面图；以及

图3是变速器的典型实施例的在轴向方向上的示意性截面图。

具体实施方式

以下参照附图描述典型实施例。尽管本发明并不局限于说明性实施例，但是，相反地，本发明的范围由本申请限定。

图1示出了根据一个实施例的变速器的部分，其中，该变速器包括具有齿1的齿环。

为了更清楚地显示元件，图1未显示齿座。此外，仅显示了齿的一个环绕列。通常地，具有两个邻近的轴向平行的环绕列，其中，在转动段上彼此邻近地安装两个齿。这增加了转动段的运转的稳定性。

此外，为了更加清楚，在图1中，不是每一个齿都设置有参考标号。这也同样地适用于在实施例中具有若干个的其它部件元件。齿被设置在转动段3上。转动段3包括滚珠7，滚珠7与旋转轴线5同轴地对齐并且在齿1中的相应的凹陷部中接合。

如图2或专利申请WO 2008/028540 A1中类似地示出，齿1在齿座中被径向地引导。齿1被驱动元件20在径向方向上驱动。在其周界上，驱动元件20被设计成具有两个凸角的凸轮盘，结果，在驱动元件20的一个回转期间，每个齿1在径向方向上被径向向外驱动两次。

图1中还描述了驱动元件20的第一半径61和不同于第一半径61的第二半径62。在示出的实例中，第一半径61和第二半径62代表凸轮外形或驱动元件的轮廓的极点。

在径向方向上，在根据本发明的变速器的实施例中的止推垫圈的伸长至少相当于第一半径61和第二半径62之间的差减去转动段的厚度。因此，转动端始终被轴向地支撑在止推垫圈上。

在示出的实例中，驱动元件20具有固定至驱动元件的两个凸缘22、23，但是，如上所述，两个凸缘22、23还可与驱动元件一体成型。

凸缘用作驱动元件和转动段之间的滚动元件的轴向支撑，其中，在图1中未示出滚动元件。

齿1中的凹陷部依靠在转动段3的滚珠7上，从而允许齿1相对于转动段3旋转。

在典型的实施例中，滚珠具有部分的圆柱形，其中心线至少基本上与转动段的邻近滚动元件的一侧相一致，或者，通常，不大于滚动元件的远离邻近滚动元件的一侧的直径的10％、20％或50％。这样，产生了用于每个转动段的用于至少在邻近滚动元件一侧的周围的被支撑的齿的齿旋转的轴线。这样，可避免转动段由于沿驱动元件的轮廓行进的额外移动。

如在图2中可知，由于齿1以圆环的形式在齿座40中被径向引导而轴承环的段必须适应于驱动元件20的凸轮路径，因此这样的旋转自由度是必要的。转动段3的相对于齿1的移动也被称为倾斜。滚珠7和凹陷部防止每个转动段3相对于相关齿1的滑脱或滑动。

在其它实施例中，可设置关节轴承或其它结构以允许倾斜或防止段相对于齿滑动。

图2示出了以同轴变速器的形式的根据本发明的变速器1的实施例的截面图。图2中的截面图示出了近似地在齿的中心中在径向方向上截取的的截面，其结果是用于转动段的止推垫圈未在图2中示出。由图3提供的在轴向方向上的截面图显示了止推垫圈。在图2中的实施例中，齿1由分段的轴承组件支撑。

在图2示出的实例中，分段的轴承组件包括不同于图1中的转动段的转动段3，并且转动段3的每一个都具有凹槽，在不同情况下齿1的滚珠26啮合在凹槽中。尽管这意味着在不同情况下在每个凹槽中的齿的旋转轴线位于齿1内并且因此不具有上述的接近转动段的滚动轴承表面的齿旋转轴线的优势，但是这样的实施例更容易制造。为齿1的每一个设置转动段3。在典型的实施例中，为精确的两个、精确的三个或精确的四个平行齿提供精确的一个转动段，其中，齿平行地布置并且通常具有相同的齿旋转轴线。齿1被布置在齿座40中，特别地被布置成可在齿座40中径向移动。

转动段3可相对于彼此移动，因此允许根据齿1的径向位置改变转动段3之间的间距。这允许引导很大程度上不受约束并且允许转动段3以很大程度上不受驱动元件20的轮廓的约束的方式径向驱动。为了使上述轮廓和转动段3之间的摩擦阻力最小化，提供滚针作为滚动元件。在另一实施例中，提供球或其它滚动元件以支撑转动段。典型的转动段至少部分地依靠在凸缘上从而防止转动段的过度倾斜。

就像变速器的其他部件一样，齿1由钢生产并且具有抗弯刚度。还有可能使用不同的钢种或其他金属合金，诸如钛或镍合金，并且塑料变速器也通常作为实施例。

在根据本发明的实施例的变速器中，可减小对转动段的轴向支撑的磨损和划伤趋势。图3示出了根据本发明的变速器的细节，其中，仅转动段的冲程运动被支撑而没有在止推垫圈和齿座之间的旋转运动。

图3示出了根据本发明的变速器在轴向方向上的截面图的细节。在示出的实施例中，驱动元件20具有一体形成的凸缘22、23，其可用于滚动元件28的轴向支撑。在滚动元件28上设置有转动段3，转动段3可如上述设计，并且例如包括滚珠，滚珠在图3的截面图中未被示出。齿1位于转动段3上并且可执行基本上垂直于驱动元件20的冲程运动。

通常地，齿1的旋转中心可位于转动段3的背向齿的轴承侧上。

在图3示出的实施例中，转动段3由两个止推垫圈50和51轴向支撑。图3中示出的实施例示出了将止推垫圈50和51直接固定或紧固或定心在齿座40上。

通常地，止推垫圈至少为了共同旋转被连接至齿座或带有较小间隙地插在齿座中从而使转动段和止推垫圈之间的相对移动最小化。例如，止推垫圈50和51中的一者或两者可通过焊接、螺丝接合、粘合、销接等直接固定到齿座上。例如，在一个实施例中，止推垫圈可与齿座一体成型。

如上所解释，转动段可与两个止推垫圈中的一个或两个连续接触，特别地确保在转动段的冲程运动期间没有需要克服的边缘。在示出的实例中，通过固定或定心元件52来确保一个止推垫圈51与转动段3接触，而另一个止推垫圈50相对于转动段3具有间隔。

止推垫圈通常具有相当于驱动元件的不同半径之间的差别的径向伸长，在一些实施例中，例如如图1所示，由于第一半径61和第二半径62之间具有差别，因此还减去转动段厚度或加上转动段厚度。通常地，在各种情况下，半径之间的差别可最多是驱动元件的最大直径的20％或最多10％或最少2％或最少5％。本领域的技术人员将理解，这些数值还可适用于第二止推垫圈51。由于确保的转动段的持续轴向支撑或由于在冲程运动期间没有必须由转动段跨过的边缘，因此根据半径之间的差别选择的止推垫圈的径向伸长确保了变速器的平稳操作。

根据本发明的变速器的一个实施例，止推垫圈可由淬火钢和回火钢生产，特别地，通过从淬火钢和回火钢转变而生产。在一个实例中，可通过滚桶抛光执行上述精整工艺以至少将止推垫圈的面向转动元件的一侧加工至最大0.1或最大0.3和/或最小0.005或最小0.01的平均粗糙度Ra。

在一个实施例中，根据本发明的变速器可提供用于最多两个齿的转动段。例如，两个齿可彼此邻近地轴向布置在相应设计的转动段上。

本领域的技术人员将理解上述变速器还可用作线性驱动器。在不同于附图中示出的实施例中，还可能使用环形物作为输入并且使用凸轮盘作为输出。

Claims (13)

1.一种变速器，具有：

用于保持齿环的齿(1)的齿座(40)，所述齿围绕所述变速器的旋转轴线(5)设置，其中，所述齿(1)以可移动且在径向方向上被引导的方式设置在所述齿座(40)中，

可绕所述旋转轴线(5)旋转以在径向方向上驱动所述齿(1)的驱动元件(20)，其中，所述驱动元件(20)具有带有在径向方向上的凸角的凸轮外形，

其中，转动段(3)设置在所述齿(1)和驱动元件(20)之间，并且其中止推垫圈(50、51)在所述转动段(3)的在轴向方向上的至少一侧上设置在所述齿座(40)中，

其中，滚动元件(28)设置在所述驱动元件(20)和所述转动段(3)之间，并且所述驱动元件(20)为所述滚动元件(28)的轴向支撑提供凸缘(22、23)，

所述止推垫圈(50、51)被布置以用于在所述齿座(40)上的共同旋转。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)被轴线设置以直接地邻接所述转动段(3)。

3.根据权利要求1所述的变速器，其中，在各种情况下的所述转动段(3)和/或在各种情况下的所述齿(1)具有适于允许齿(1)相对于转动段(3)倾斜和/或适于防止齿(1)在圆周方向上相对于转动段(3)滑动的结构。

4.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述凸缘(22、23)与所述驱动元件(20)一体成型。

5.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)具有至少相当于所述驱动元件(20)的半径(61、62)之间的差别减去所述转动段(3)的厚度的径向伸长(53)。

6.根据权利要求5所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)的所述径向伸长(53)允许在所述变速器的操作期间所述转动段(3)和所述止推垫圈(50、51)之间的连续接触，其中，所述转动段(3)在做冲程运动时不滑过所述止推垫圈(50、51)的边缘。

7.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)以比所述转动段(3)的面向所述止推垫圈的侧面更光滑和/或更硬的方式实施。

8.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)经受后整理工序和/或具有涂层。

9.根据权利要求8所述的变速器，其中，所述止推垫圈(50、51)的所述涂层包括来自选自由无定形碳层、铬层、由PVD涂层施加的层、晶体碳层和/或金刚石涂层组成的组的至少一层。

10.根据权利要求9所述的变速器，其中，所述无定形碳层包括a-C、ta-C、a-C:Me、a-c:H、ta-C:H、a-C:H:Me和/或a-C:H:X，其中，Me表示金属掺杂元素且X表示非金属掺杂元素，和/或其中所述由PVD涂层施加的层可包括TiN、CrN、TiAlN、TiCN、TiSiN、ZrN和/或AlTiN。

11.一种用于制造根据前述权利要求中的其中一项的变速器的方法。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述变速器的生产期间，所述止推垫圈(50、51)经受后整理工序。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在所述变速器的生产期间，所述止推垫圈(50、51)经受涂层工艺以使用包括来自由无定形碳层、铬层、由PVD涂层施加的层、晶体碳层和/或金刚石涂层组成的组的至少一层的涂层涂层所述止推垫圈(50、51)的至少面向所述转动段(3)的侧面。

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