CN107664162B - 将轴、毂、套管等连至含螺旋传动部分的齿轮的连接系统 - Google Patents

将轴、毂、套管等连至含螺旋传动部分的齿轮的连接系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将部件(12)连接到齿轮(14)的连接系统，所述齿轮(14)包括具有齿螺旋角(β)的螺旋传动部(26)和第一连接部分(18)，所述部件(12)包括第二连接部分(20)，经由所述第二连接部分(20)，所述部件(12)能够被连接到或被连接于所述第一连接部分(18)，其中，所述部件(12)在所述第二连接部分(20)中包括当所述组件(12)被连接到所述第一连接部分(18)时被操作性地连接到所述第一连接部分(18)的至少一个凹陷(28)或突起(28)，其中所述凹陷(28)具有连接螺旋角(α)，且所述连接螺旋角(α)被限定如下：0°<α≤β。本发明还涉及一种用于传输旋转运动的装置，其包括可旋转部件(12)和齿轮(14)，其中所述齿轮(14)和所述部件(12)是经由这种连接系统(16)进行连接的。

Description

将轴、毂、套管等连至含螺旋传动部分的齿轮的连接系统
技术领域
本发明涉及一种用于将部件，特别是轴、轮毂、套管等连接到齿轮的连接系统，其中齿轮包括螺旋传动部分。本发明还涉及一种用于传输旋转运动的装置，其包括可旋转部件，诸如可旋转轴、轮毂、套管等；以及齿轮，其中齿轮和可旋转部件是经由这种连接系统连接的。连接系统能够被用于不可旋转地将齿轮连接到部件，以使得能够传输扭矩。
背景技术
与正齿轮传动部分相比，螺旋传动部分具有下列优点等。由于每个齿轮对在连续转换中彼此接合，能够经由螺旋传动部分实现提高的运行平稳性和低噪声发展，且因此与使用正齿轮传动部分相比，扭矩传输发生得更加均匀。而且，与具有相当尺寸和相同齿数的直齿齿轮对相比，齿根和齿面承载能力稍高。
在螺旋传动部分的情况下，相对于旋转轴线而言，不仅传输了切向力，而且还传输了轴向力。特别地，机动车辆的电转向装置经常受到非常高的轴向作用力，这就是为什么齿轮经历了相应的高轴向载荷的原因。作为轴向载荷的结果，倾斜力矩会引入齿轮中，由此齿轮变得变形且对运行平稳性和噪声发展产生不利影响。而且，会发生错误的接合，且缩短了齿轮的使用寿命。
连接系统的一个已知的实例为轴/轮毂连接，其中轴向载荷常常至少是部分地通过由齿轮围绕的部件，且特别地是设有突起物的轴进行传输的，其中齿轮的轮毂是靠着该突起物而安装的。然而，这在连接系统上形成了点载荷，这产生了倾斜力矩，由此齿轮会与部件，诸如轴、轮毂、套管等分离。根据齿轮的设计，可能会发生所谓的脱离，或可能相对轮毂发生齿轮的跳跃。虽然较差的运行平稳性和增加的噪声发展对从部件至齿轮和齿轮对的扭矩传输的功能不具有任何显著的影响，但当连接系统发生故障时不再可能进行扭矩传输。
为了减少在连接系统上的载荷，可以减小螺旋传动部分的齿螺旋角。然而，这在很大程度上抵消了开始提及的螺旋传动部分的优点，特别是均匀的扭矩传输和低噪声发展。通过使用非常硬的材料，例如，通过使用钢，能够减少在连接系统上的载荷；然而，与软材料，诸如塑料相比，这增加了制造成本、重量和噪声发展。
发明内容
因此，本发明的一个实施例的目的是提供一种连接系统，不管用于部件，且特别是用于轴、轮毂、套管等以及用于齿轮的材料如何，与已知的连接系统相比，其具有增加的承载能力。
该目的是通过在本发明技术方案和有优选实施例实现的。
本发明的一个实施例涉及一种用于将部件，且特别是轴、轮毂、套管等连接到齿轮的连接系统，其中齿轮包括具有齿螺旋角β的螺旋传动部分和第一连接部分，且部件包括第二连接部分，经由第二连接部分，部件能够被连接到或被连接到第一连接部分，其中，部件至少在第二连接部分中包括当部件被连接到第一连接部分时被操作性地连接到第一连接部分的至少一个凹陷或突起，其中凹陷或突起具有连接螺旋角α，且连接螺旋角α被限定如下：0°<α≤β。
连接螺旋角α和齿螺旋角β均是基于部件和齿轮绕其旋转的旋转轴线。由于至少一个凹陷或突起具有连接螺旋角α的事实，与常使用的花键轴连接相比，还可以，例如，沿整个凹陷或突起在齿轮和部件之间传输轴向力。所产生的更均匀的载荷至少相当地减少点载荷且相当地减小倾斜力矩，其导致上述的故障发生，诸如脱离和跳跃，由此减少了连接系统发生故障的风险。而且，还可能经根据本发明设计的连接系统传输更高的扭矩和轴向力。因此，部件和齿轮能够在要传输的特定扭矩和特定的轴向载荷下具有较小的尺寸，且因此具有更加节省材料的设计。
在另外的实施例中，连接螺旋角α和齿螺旋角β具有相同的转动方向。转动方向是基于旋转轴线的，且从一方向得到，从旋转轴线开始的在该一方向上的直线必须绕延伸通过旋转轴线的支点按连接螺旋角或齿螺旋角的量级转动，从而平行于所述凹陷或突起或者所述螺旋传动部分行进。当连接螺旋角和齿螺旋角具有相同的转动方向时，可以在连接系统上实现特别均匀的载荷，由此能够进一步地减少连接系统发生故障的倾向。
另外的实施例的特征在于部件在第二连接部分中包括许多凹陷或突起，且齿轮的螺旋传动部分包括相同数量的齿。特别地，当部件在第二连接部分中的直径或齿轮在第一连接部分中的直径仅仅略小于螺旋传动部分的直径时，这个实施例则是显而易见的选择。在这种情况下，齿轮的壁厚度相对较薄，以使得如果选择使凹陷或突起的数量和齿的数量为相同的，则能够使齿轮的壁厚度的波动最小化。在垂直于旋转轴线的切割平面中，那么齿轮则大约具有围绕旋转轴线的波形圆环的形状。由于齿轮的基本上恒定且均匀的壁厚度，避免了应力峰值和故障点，由此增加了齿轮的强度。
根据另外的实施例，第一连接部分包括对应于凹陷的突出物。与绕着部件模制的齿轮相比，以这种方式，能够实现可拆卸的形式锁定的连接，这特别地产生了以下的优点：如果在操作期间损坏了齿轮或部件，且特别是轴、轮毂、套管等，那么仅齿轮或仅部件必须要进行更换，而不是要同时更换这两个部件。这减少了材料消耗，而且能够使在更换期间导致的成本最小化。类似地，如果第二连接部分包括许多突起且第一连接部分包括对应于突起的凹部，这同样适用。
根据另一个实施例，齿轮是由比部件更软的材料制成的。当齿轮是由软材料，诸如塑料制成的，与由硬材料，诸如钢制成的齿轮相比，则能够减少噪声发展。而且，能够选择更软的材料，以使得能够特别好地吸收在操作期间出现的载荷，且能够特别简单地保持齿轮的生产。为此，显而易见的选择还在于要经由注射成型方法生产齿轮且在生产期间对部件进行嵌入成型。在这种情况下，省去了用于生产连接系统的单独步骤，这缩短了生产且因此使其更具有成本效益。
显而易见的选择是齿轮包括其上设置有螺旋传动部分的齿环以及包括第一连接部分的连接部；以及齿环是由比连接部更软的材料制成的。位于外部的齿环围绕连接部。如上所述，例如可以通过用比部件更软的材料生产齿轮来减少噪声发展。然而，在许多情况下，当使用软材料时，在开始提及的轴向载荷导致齿轮的主要变形，以使得材料越软，则发生剥离和跳跃的倾向越大。在这个实施例中，可能用比连接部更软的材料生产齿环，以使得能够使噪声发展最小化，而无需忍受齿轮的过度变形。因此，连接系统可能吸收更高的轴向力，而不会使噪声发展增加。
而且，部件能够包括轮毂部，其具有第二连接部分，其中连接部被设置在齿环和轮毂部之间，齿环是由比连接部34更软的材料制成的，且连接部是由比轮毂部36更软的材料制成的。在这个实施例中，连接系统包括总共三种不同的材料，以使得可能在材料选择中特别容易地考虑关于齿轮的特定部件的各个要求。如已在上面提及的，可以通过将特别软的材料用于齿环来减少噪声发展。与齿环相比，齿轮的总变形能够通过将较硬的材料用于连接部而减少。可由连接系统传输的扭矩和力能够通过用比连接部的材料更硬的材料来生产轮毂部而增加。
本发明的一个实施例涉及一种用于传输旋转运动的装置，其包括可旋转轴、轮毂、套管等，以及齿轮，其中齿轮和部件是经由根据前述实施例中的一个所述的连接系统进行连接的。能够经由如所提出的装置的实施例实现的技术效果和优点对应于为连接系统的各种实施例所描述的那些。总的来说，应指出的是，与花键轴连接相反，例如，还能够沿整个凹陷在齿轮和部件之间传输轴向力。作为因此实现的更均匀的负载的结果，相当地减小了产生上述故障发生，诸如剥离和跳跃的倾斜力矩，由此减少了连接系统发生故障的风险。
本发明的另外的实施例涉及一种用于机动车辆的电转向装置，其包括根据上述实施例所述的装置。能够经由如所提出的电转向装置的设计实现的技术效果和优点对应于为连接系统的各种实施例所描述的那些。本发明的另外的实施例涉及根据上述实施例中的一项所述的连接系统用于机动车辆的转向装置，且特别是用于电转向装置的用途。
附图说明
在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。在附图中：
图1示出包括部件和齿轮的用于传输旋转运动的根据本发明装置的第一个示例性实施例；
图2a)示出在图1中所示的部件的第二连接部分的展开视图；
图2b)示出在图1中所示的齿轮的展开视图；
图3示出包括部件和齿轮的用于传输旋转运动的根据本发明装置的第二个示例性实施例；
图4示出包括部件和齿轮的用于传输旋转运动的根据本发明装置的第三个示例性实施例；
图5示出包括部件和齿轮的用于传输旋转运动的根据本发明装置的第四个示例性实施例；
图6a)示出在图5中所示的部件的第二连接部分的展开视图；以及
图6b)示出在图5中所示的齿轮的展开视图。
具体实施方式
图1基于示意性剖视图示出用于传输旋转运动的装置101的第一个示例性实施例。装置101包括部件12，例如，轴、轮毂或套管，其能够绕旋转轴线T旋转。在所示的实例中，部件12应为轴。而且，装置101包括齿轮14，其经由连接系统16被不可旋转地连接到部件12，以使得能够从部件12至齿轮14传输扭矩。在所示的实施例中，连接系统16被设计为轴/轮毂连接。
为了形成连接系统16，齿轮14包括第一连接部分18，且部件12包括第二连接部分20。第二连接部分20具有比部件12其余部分更小的直径，由此形成突出部22，经由该突出部22，第一连接部分18，且因此齿轮14，相关于部件12轴向定位。齿轮14包括许多齿24，其形成螺旋传动部分26。为了说明的目的，齿24和螺旋传动部分26是通过阴影区域而象征性地标识出来的。
图2a)示出在图1中所示的部件12的第二连接部分20的展开视图且图2b)示出齿轮14的展开视图。在这两种情况下，视图均落在部件12或齿轮14的第二连接部分20的外圆周上。齿轮14的螺旋传动部分26的齿24与旋转轴线T形成齿螺旋角β。在部件12的第二连接部分20上设置有许多凹陷28或突起28，其与旋转轴线T形成连接螺旋角α。在所示的实例中，连接螺旋角α和齿螺旋角β具有相同的大小。根据本发明，连接螺旋角α与齿螺旋角β同样大或小于齿螺旋角β但却大于0°。齿螺旋角β和连接螺旋角α具有相关于旋转轴线T的相同的转动方向R。
未示出其中凹陷28进行了设计以形成用于部件12的止动件，由此不需要突出物22的一个实施例。
在图1中示出的齿轮14完全是由一种材料，例如，钢或塑料制成的。不管齿轮14是由钢还是塑料制成的，第一连接部分18能够包括对应于凹陷28的突出物30，由此连接系统16能够具有形式锁定且可释放的设计。为了说明的目的，凹陷28和与其相对应的突出物30是经由阴影区域进行标识的。在第二连接部分20包括许多突起28的情况下，第一连接部分18能够包括许多与其相对应的凹部30。以这种方式，能够在齿轮14和部件12之间设有可释放的形式锁定的连接。在齿轮14是由塑料材料制成的情况下，齿轮14可以在生产期间已经模制在部件12周围。在这种情况下，在齿轮14和部件12之间没有形成能够非破坏性地进行释放的连接系统16。
图3同样基于示意性剖视图示出用于传输旋转运动的根据本发明装置102的第二个示例性实施例。根据第二个示例性实施例的装置102的基本组成对应于第一个示例性实施例101的基本组成。然而，在这个示例性实施例中，齿轮14包括其中设置有螺旋传动部分26的单独的齿环32。而且，齿轮14包括连接部34，其形成第一连接部分18。齿环32是由比连接部34更软的材料制成的。
图4再次基于示意性剖视图示出根据本发明装置103的第三个示例性实施例。再次地，装置101的基本组成类似于上面所示的示例性实施例的基本组成。如在第二个示例性实施例中，齿轮14包括齿环32和连接部34。除了轴以外，部件12还包括轮毂部36，其形成第一连接部分18。齿环32是由软材料制成的，而连接部34则是由相对齿环32的材料为更硬的材料制成的，且轮毂部36是由最硬的材料制成的。在图4中所示的示例性实施例中，轮毂部36由钢制成且经由已知的压配连接被连接到轴12。轮毂部36能够用作在齿轮14和部件12的轴之间的适配器，例如，以补偿直径的差异。
在第二个和第三个示例性实施例中，显而易见的选择是由塑料材料生产齿轮14，其中选择不同的材料，以使得能够最佳地满足连接部34的齿环32的和轮毂部36的功能。具体地被实施为轴、轮毂或套管的部件12通常是由钢制成的，但也可以由塑料材料制成。也可以是显而易见的选择是由相同的材料生产轮毂部36和轴或部件12的其他元件，这使得其的结合更加简单。如果轴和轮毂部36是由相同的钢制成的，其则可以彼此焊接或经由压配结合而彼此连接。
在展开视图中，第二连接部分20在图3中对应于部件12或在图4中对应于轮毂部36，且在图3和4中所示的齿轮14对应于图2a)和2b)。特别地，连接螺旋角α和齿螺旋角β具有相关于旋转轴线T的相同的转动方向R。
图5再次基于示意性剖视图示出根据本发明所述的装置104的第四个示例性实施例。第四个示例性实施例基本上对应于在图4中所示的第三个示例性实施例，然而，齿螺旋角β和连接螺旋角α具有相对旋转轴线T的不同且相反的转动方向，这也由用于螺旋传动部分26和凹陷28或突起28的阴影区域进行象征化，它们不是平行地，而是彼此垂直地行进。
图6a)示出在图5中所示的轮毂部36的第二连接部分20的展开视图且图6b)示出在图5中所示的齿轮14的展开视图，其中的每一个均是根据本发明的装置104的第四个示例性实施例示出的。所选的表示对应于图2a)和2b)的表示。与涉及图2a)和2b)的示例性实施例相反，根据第四个示例性实施例104的齿螺旋角β和连接螺旋角α具有相关于旋转轴线T的不同且相反的转动方向R。
在下文中，推断为什么连接螺旋角α要被选择为小于或至多等于齿螺旋角β。螺旋传动部分26不仅允许传输切向作用力和扭矩，还允许传输轴向作用力和扭矩。作用在螺旋传动部分26(运行的齿轮齿)上的所产生的轴向力FaS与作用在两个连接部分18、20之间的轴向力FaV(同步齿)成反方向地起作用。要实现的是，就量级而言，作用在螺旋传动部分上的轴向力不大于作用在两个连接部分18、20之间的力。轴向力FaS和FaV的关系能够由下式进行表示：
FaV＝FtV tanα≤FaS
FaV：作用在连接部分18、20之间的轴向力
FtV：作用在连接部分18、20之间的切向力
FaS：作用在螺旋传动部分26上的轴向力
切向力FtV是根据要传输的扭矩和与力接合与其上的直径进行计算的：
FtV＝2Mz/Dv
Mz：作用在齿轮上的力矩
Dv：连接部分18、20的直径或节距圆
Ds：螺旋传动部分26的直径或节距圆
这减少了变形并增加了齿轮14的性能。理想地，
FaV＝FaS
由于作用在螺旋传动部分26上的力矩等于在连接部分18、20中的支撑扭矩，因此按如下的方式得到理想的齿螺旋角β：
tanα＝tanβDv/Ds
由于Dv/Ds始终<1，因此连接螺旋角α要被选择为小于齿螺旋角β或至多与其近似相同。
附图标记列表
10,101,103 装置
12 部件
14 齿轮
16 连接系统
18 第一连接部分
20 第二连接部分
22 突出部
24 齿
26 螺旋传动部分
28 凹陷，突起
30 突出物，凹部
32 齿环
34 连接部
36 轮毂部
R 转动方向
T 旋转轴线
α 连接螺旋角
β 齿螺旋角

Claims (9)

1.一种连接系统，用于将部件(12)连接到齿轮(14)，其中，
所述齿轮(14)包括具有齿螺旋角(β)的螺旋传动部分(26)和第一连接部分(18)，且
所述部件(12)包括第二连接部分(20)，经由所述第二连接部分(20)，所述部件(12)能够被连接到或被连接于所述第一连接部分(18)，所述部件(12)至少在所述第二连接部分(20)中包括至少一个凹陷(28)或突起(28)，当所述部件(12)被连接到所述第一连接部分(18)时所述凹陷(28)或突起(28)被操作性地连接到所述第一连接部分(18)，其中所述凹陷(28)或突起(28)具有连接螺旋角(α)，且所述连接螺旋角(α)被限定如下：
0°<α＜β。
2.根据权利要求1所述的连接系统，
其特征在于所述连接螺旋角(α)和所述齿螺旋角(β)具有相同的转动方向(R)。
3.根据权利要求1或2所述的连接系统，
其特征在于所述部件(12)在所述第二连接部分(20)中包括许多凹陷(28)或突起(28)，且所述齿轮(14)的所述螺旋传动部分包括相同数量的齿(24)。
4.根据权利要求1或2所述的连接系统，
其特征在于所述第一连接部分(18)包括对应于所述凹陷(28)的突出物(30)。
5.根据权利要求1或2所述的连接系统，
其特征在于所述齿轮(14)是由比所述部件(12)更软的材料制成的。
6.根据权利要求1或2所述的连接系统，
其特征在于所述齿轮(14)包括其上设置有所述螺旋传动部分(26)的齿环(32)以及包括所述第一连接部分(18)的连接部(34)；以及所述齿环(32)是由比所述连接部(34)更软的材料制成的。
7.根据权利要求6所述的连接系统，
其特征在于所述部件(12)包括具有所述第二连接部分(20)的轮毂部(36)，所述连接部(34)被设置在所述齿环(32)和所述轮毂部(36)之间，所述齿环(32)由比所述连接部(34)更软的材料制成，且所述连接部(34)由比所述轮毂部(36)更软的材料制成。
8.一种用于传输旋转运动的装置，其包括：
-可旋转部件(12)，以及
-齿轮(14)，
所述齿轮(14)和所述部件(12)是经由根据前述权利要求中任一项所述的连接系统(16)进行连接的。
9.一种用于机动车辆的电转向装置，其包括根据权利要求8所述的装置(10)。
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