CN107709754A - 具有修正的齿轮几何形状的小齿轮起动器传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机动车中的内燃机的小齿轮起动器传动装置，所述小齿轮起动器传动装置包括驱动小齿轮(15)和起动轮(16)，它们构造为能相互滚动支承的齿轮，为了起动内燃机，驱动小齿轮(15)能围绕驱动轴线(22)旋转并且起动轮(16)能围绕起动轴线(23)旋转，并且驱动小齿轮(15)的至少一个齿在垂直于驱动轴线(22)定向的驱动轮参考平面中具有驱动轮实际轮廓(2、3)，起动轮(16)的至少一个齿在垂直于起动轴线(23)定向的起动轮参考平面中具有起动轮实际轮廓，这些实际轮廓的径向外半部分别构造为齿顶区域(7)并且另一半部构造为齿根区域(8)，在驱动轮参考平面中能预规定用于驱动小齿轮(15)的所述齿的驱动轮理论轮廓(1)，并且在起动轮参考平面中可预规定用于起动轮(16)的所述齿的起动轮理论轮廓，其中，在驱动小齿轮(15)的齿根区域(8)中驱动轮实际轮廓(2、3)与驱动轮理论轮廓(1)的偏差(FantriebF)的至少一个离散值和在起动轮的齿顶区域中起动轮实际轮廓与起动轮理论轮廓的偏差的至少一个离散值(FstarterK)之和S小于零，其中，所述偏差朝向齿内部(5)方向(4)具有负值。

Description

具有修正的齿轮几何形状的小齿轮起动器传动装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的小齿轮起动器传动装置以及一种具有这种传动装置的小齿轮起动器和一种用于制造这种小齿轮起动器传动装置的方法。
背景技术
这种小齿轮起动器传动装置和小齿轮起动器由现有技术公开并且在机动车中常被称为起动器(欧洲教材，汽车工程专业知识，2009；580页以后)。
在机动车中不仅仅驱动部件要满足声学规定。由于车辆乘员也把内燃机起动过程中的噪声视为干扰，因此在许多机动车中用于起动内燃机的所谓小齿轮起动器也需要满足此类要求。下面参照轿车中的这种小齿轮起动器来说明本发明，但这不应理解为对本发明的限制。
在小齿轮起动器中，电机的驱动功率通过小齿轮起动器传动装置传递到内燃机上，以便将内燃机加速到起动转速上并使其进入点火运行，所述小齿轮起动器传动装置优选构造为具有两个轴向平行的传动轴的正齿轮传动装置。
另外，优选小齿轮起动器传动装置构造为具有两个外齿正齿轮的正齿轮传动装置，它们设置在传动轴上并且为了传输功率而相互啮合。在此尤其是基于短的运转时间常常为小齿轮起动器传动装置使用低成本的齿轮，在这种齿轮中齿部实际几何形状相对于齿部理论几何形状具有很宽的公差范围。齿部几何形状的偏差可导致在小齿轮起动器传动装置运行时、即当驱动小齿轮在起动轮上滚动时增加的声辐射。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有减少的声辐射且结构简单的小齿轮起动器传动装置。
所述任务通过根据权利要求1的小齿轮起动器传动装置以及具有这种传动装置的小齿轮起动器来解决。
在本发明意义中术语“小齿轮起动器传动装置”可理解为包括驱动小齿轮和起动轮的齿轮传动装置，所述齿轮可旋转地支承在优选轴向平行的轴线上并且另外优选构造为外齿正齿轮(auβenverzahnte )。在此，起动轮至少在起动过程中可通过驱动小齿轮驱动。
优选起动轮和驱动小齿轮的法向模数大于1.75mm并且优选大于2mm并且特别优选大于或等于2.1mm并且另外该法向模数小于3.5mm、优选小于2.75mm并且特别优选小于或等于2.55mm。所述齿轮的法向模数优选是2.11mm或优选是2.54mm。
另外优选所述齿轮具有用于运动传递的渐开线齿形。优选齿轮以根据DIN3962(08/1978)的质量等级8或更差、优选10或更差并且特别优选质量等级11或更差的齿形质量来制造，或根据ISO1328或AGMA2000、AGMA2015或BS436的相应质量等级。就DIN3962而言，参见1978年8月版的DIN3962第1至3部分。
为了起动内燃机，驱动小齿轮围绕驱动轴线并且起动轮围绕起动轴线可旋转地支承，优选所述轴线彼此轴向平行定向。在本发明意义中术语“驱动轮参考平面”可理解为垂直于驱动轴线定向的假想平面。另外优选驱动小齿轮的至少一个齿在驱动轮参考平面中具有驱动轮实际轮廓。在本发明意义中术语“驱动轮实际轮廓”可理解为驱动小齿轮的表面区域与驱动轮参考平面的交线，所述表面区域设置用于与起动轮接触(作用齿面)。
优选驱动轮参考平面与起动轮参考平面在几何形状方面在一个共同的假想平面中重合。尤其是所述实际轮廓(驱动轮实际轮廓、起动轮实际轮廓)的径向外半部构造为齿顶区域并且径向内半部构造为齿根区域。
尤其是在所述参考平面中(驱动轮参考平面、起动轮参考平面)可分别预规定一个理论轮廓(驱动轮理论轮廓、起动轮理论轮廓)，所述理论轮廓可与相应实际轮廓(驱动轮实际轮廓、起动轮实际轮廓)进行比较。另外优选所述理论轮廓相应于理想化齿形轮廓，即其可在理想化制造中无任何偏差且尤其是无需任何轮廓修正地制造出。优选为小齿轮起动器传动装置使用具有渐开线齿形的齿轮。
这种(渐开线)理论轮廓可直观地借助线结构产生。为此从(基圆)圆柱体展开一根线，其末端有一支笔。在此把线拉紧(使其形成一条直线)，则该笔描绘出一条渐开线，这意味着：在一个圆上滚动的一条直线(所谓的母线)上的所有点都描绘圆渐开线。(Niemann，Winter，机械零件第II卷，1989)。
在此，在本发明意义中术语“理论轮廓”(驱动轮理论轮廓、起动轮理论轮廓)尤其是可理解为上述类型的渐开线轮廓。
实际上齿面大多借助这样的工具产生，其具有或模仿平面齿形(Planverzahnung)轮廓、尤其是具有直齿面梯形齿的齿条的轮廓。在此该工具以其轧制线在待制造齿轮的制造滚动圆上滚动，这尤其可以是待制造齿轮的基圆(一般是节圆)。实际轮廓(驱动轮实际轮廓、起动轮实际轮廓)在此是该制造过程的结果并且基于不可避免的制造因素而偏离于理论轮廓(驱动轮理论轮廓、起动轮理论轮廓)。
尤其是至少驱动轮实际轮廓或起动轮实际轮廓或两者与相应理论轮廓(驱动轮理论轮廓、起动轮理论轮廓)至少在部分区段上偏离。优选驱动轮实际轮廓在齿根区域中与驱动小齿轮的驱动轮理论轮廓至少在部分区段上、优选朝向驱动小齿轮的齿内部(齿根减少)偏离离散值FantriebF。优选起动轮实际轮廓在齿顶区域中与起动轮的起动轮理论轮廓至少在部分区段上、优选朝向起动轮的齿内部(齿顶减少)偏离离散值FstarterK。进一步优选两个实际轮廓均以这种方式与相应理论轮廓偏离。优选在驱动小齿轮齿根区域中或在起动轮齿顶区域中的偏差(FantriebF、FstarterK)的至少两个离散值之和S(S＝FantriebF+FstarterK)小于零，并且实际轮廓与理论轮廓朝向齿内部的偏差——在图形上看是材料去除——分别具有负号。优选小齿轮起动器传动装置包括一对由驱动小齿轮和起动轮构成的齿轮，驱动小齿轮齿形具有齿根减少或起动轮齿形具有齿顶减少或者两者兼具。
另外，优选分别这样确定在驱动小齿轮或起动轮上的FantriebF和FstarterK值，使得在其上确定偏差的点在齿轮滚动时相互接触、即位于所谓的齿部啮合线上。
优选至少一个所述偏差FantriebF或FstarterK或两者从下述范围选择出：偏差优选大于15μm、优选大于20μm并且特别优选大于30μm并且另外偏差优选小于80μm、优选小于60μm并且特别优选小于或至少基本上为40μm。
借助这种齿形设计尤其是可防止过早齿啮合并且因此特别是可减小在运动传递时抵住或滑动的比例，从而降低在运动传递时的噪音排放。
优选至少驱动轮实际轮廓或起动轮实际轮廓或两者与驱动轮理论轮廓和起动轮理论轮廓至少在部分区段上偏离大于9μm、优选大于10μm并且特别优选大于12μm并且另外小于80μm、优选小于55μm并且特别优选小于30μm并且更优选小于20μm。该偏离优选可理解为相应于根据一般专业知识并且尤其是根据DIN3962的偏离fHα。
优选小齿轮起动器传动装置的所述齿轮(驱动小齿轮、起动轮)具有根据DIN3962的8级或更差的质量等级。所述质量等级尤其是处于根据专业知识(Niemann，Winter，机械零件第2卷，1989)用于齿形修正、尤其是齿顶减少、齿根减少所需的最小精度之外，因而这种齿形修正具有积极效果。
在一种优选实施方式中，FantriebF或FstarterK或两者的值分别包括驱动轮实际轮廓与驱动轮理论轮廓、尤其是在齿根区域中或起动轮实际轮廓与起动轮理论轮廓、尤其是在齿顶区域中的至少两个离散偏差的算术平均值。尤其是通过求平均值可更好地检测相应实际轮廓与理论轮廓的实际偏差。
在一种优选实施方式中，至少一个偏差FantriebF的绝对值从大于2μm、优选大于3μm、优选大于4μm并且特别优选大于或等于5μm并且另外小于60μm、优选小于45μm、优选小于35μm并且特别优选小于或等于25μm的范围中选择出。实验显示，尤其是所建议的值范围内的齿形修正特别有效。
在本发明的一种优选实施方式中，至少一个偏差FstarterK的绝对值从大于2μm、优选大于3μm、优选大于4μm并且特别优选大于或等于5μm并且另外小于60μm、优选小于45μm、优选小于35μm并且特别优选小于25μm的范围中选择出。实验显示，尤其是所建议值范围内的齿形修正特别有效。
在一种优选实施方式中，偏差FantriebF(驱动小齿轮齿根区域的偏差)包括多个离散偏差(FantriebF)的平均值、尤其是算术平均值并且绝对值至少基本上为20μm。另外优选偏差FstarterK(起动轮齿顶区域的偏差)包括多个离散偏差(FstarterK)的平均值、尤其是算术平均值并且绝对值至少基本上为20μm。
在一种优选实施方式中，驱动小齿轮或起动轮或两者的多个齿根据前述规则至少之一来设计，使得具有齿顶减少或齿根减少或具有两者的齿相互接触并且满足关于偏差之和S的条件。
在本发明意义中术语“小齿轮起动器”可理解为用于机动车中内燃机的起动器装置。在此，这种小齿轮起动器优选具有根据本发明的小齿轮起动器传动装置和用于在起动过程中通过驱动小齿轮驱动内燃机的电机。此外，这种小齿轮起动器具有用于使驱动小齿轮尤其是沿驱动轴线方向移动的移动装置。在此，该移动装置尤其是构造用于使驱动小齿轮可在起动过程中与起动轮啮合、即，使驱动小齿轮所谓接合到起动轮中。另外优选可通过该移动装置使驱动小齿轮在起动过程之后分离。这种移动装置由现有技术公开。尤其是可借助如此设计的小齿轮起动器降低在内燃机起动过程中的噪音排放并且因此提高机动车的舒适性。
通过一种用于制造小齿轮起动器传动装置的方法可从多个驱动小齿轮和多个起动轮中选择出根据本发明的小齿轮起动器传动装置。优选在多个驱动小齿轮中分别检测至少一个偏差FantriebF。另外优选在多个起动轮中分别检测至少一个偏差FstarterK。优选偏差的检测通过测量过程实现。优选从多个驱动小齿轮和多个起动轮中选择出这样一个齿轮对，使得偏差FantriebF和偏差FstarterK之和S小于0。如此选择出的齿轮对尤其是在起动过程期间具有特别低的噪音排放。
根据本发明的小齿轮起动器传动装置尤其是可构造有斜齿齿轮(驱动小齿轮、起动轮)或优选构造有直齿齿轮。
附图说明
在下面所示的并且至少部分示意性的附图中阐述本发明的各个特征。
具体实施方式
图1示出参考平面中的不同理论轮廓/实际轮廓。借助线结构可直观地形成驱动轮理论轮廓1。与此偏离地示出第一驱动轮实际轮廓2和第二驱动轮实际轮廓3。
垂直于驱动轴线(未示出)的驱动轮参考平面即图平面，在其中绘出所述轮廓。沿齿高方向16、即沿相对于驱动小齿轮的驱动轴线(未示出)径向向外的方向，驱动小齿轮的一个齿和因此所示轮廓可分为齿顶区域7(径向外部部分)和齿根区域8(径向内部部分)。
驱动小齿轮的这个齿朝向在理论轮廓1上示意性标出的材料侧5方向延伸，所述齿在此仅部分通过驱动轮参考平面中的轮廓示出。第一驱动轮实际轮廓2在齿根区域8中沿着方向4、即朝向齿内部的偏差9(FantriebF)具有负号。第一驱动轮实际轮廓2在齿顶区域7中逆着方向4的偏差10(FantriebK)具有正号，该偏差在图形上是理论轮廓上的材料凸起。
这个逻辑相应适用于起动轮，齿顶区域中的偏差是FstarterK；齿根区域中的偏差是FstarterF，在此朝向齿内部的偏差也具有负号。所显示的线6代表驱动轮实际轮廓2、3必须处于其中的公差范围。
假设以完全相应于起动轮理论轮廓(未示出)的起动轮实际轮廓(未示出)为起点，即对于其适用FstarterF＝FstarterK＝0，则所示第一驱动轮实际轮廓2将满足条件S<0，而所示第二驱动轮实际轮廓3不能满足该条件。
图2示出小齿轮起动器传动装置的局部透视图，其驱动小齿轮15具有理论轮廓1。驱动小齿轮15的齿具有齿顶区域7。驱动小齿轮15用于与起动轮16啮合以便传递运动。在此，驱动小齿轮15围绕驱动轴线22可旋转地支承并且起动轮16围绕起动轴线23可旋转地支承。
齿根区域作为齿部的作用部分由总齿高17减去齿顶间隙18及齿顶区域7得出。所示的齿轮15、16具有齿宽20。
所示的齿部具有齿距22，并且驱动小齿轮具有齿顶圆直径19，该齿顶圆直径19径向向外限定所述齿。如上所述，节圆直径21对于驱动轮理论轮廓1的形成至关重要。

Claims (10)

1.用于在机动车中的内燃机的小齿轮起动器传动装置，所述小齿轮起动器传动装置包括驱动小齿轮(15)和起动轮(16)，它们构造为能相互滚动支承的齿轮，为了起动内燃机，驱动小齿轮(15)能围绕驱动轴线(22)旋转并且起动轮(16)能围绕起动轴线(23)旋转，并且驱动小齿轮(15)的至少一个齿在垂直于驱动轴线(22)定向的驱动轮参考平面中具有驱动轮实际轮廓(2、3)，起动轮(16)的至少一个齿在垂直于起动轴线(23)定向的起动轮参考平面中具有起动轮实际轮廓，这些实际轮廓的径向外半部分别构造为齿顶区域(7)并且另一半部构造为齿根区域(8)，在驱动轮参考平面中能预规定用于驱动小齿轮(15)的所述齿的驱动轮理论轮廓(1)，并且在起动轮参考平面中可预规定用于起动轮(16)的所述齿的起动轮理论轮廓，其特征在于，
在驱动小齿轮(15)的齿根区域(8)中驱动轮实际轮廓(2、3)与驱动轮理论轮廓(1)的偏差(FantriebF)的至少一个离散值和在起动轮的齿顶区域中起动轮实际轮廓与起动轮理论轮廓的偏差的至少一个离散值(FstarterK)之和S小于零，其中，所述偏差朝向齿内部(5)方向(4)具有负值。
2.根据权利要求1所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，至少驱动轮实际轮廓或起动轮实际轮廓或者两者与驱动轮理论轮廓和起动轮理论轮廓至少在部分区段上的偏差大于xμm且小于yμm。
3.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，FantriebF和FstarterK分别包括驱动轮实际轮廓与驱动轮理论轮廓或者起动轮实际轮廓与起动轮理论轮廓的至少两个离散的偏差的算术平均值。
4.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，至少一个偏差FantriebF的绝对值从大于2μm、优选大于3μm、优选大于4μm、特别优选大于或等于5μm并且另外小于60μm、优选小于45μm、优选小于35μm、特别优选小于25μm的范围中选择出。
5.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，至少一个偏差FstarterK的绝对值从大于2μm、优选大于3μm、优选大于4μm、特别优选大于或等于5μm并且另外小于60μm、优选小于45μm、优选小于35μm、特别优选小于25μm的范围中选择出。
6.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，多个偏差FantriebF的算术平均值的绝对值至少基本上为20μm。
7.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，多个偏差FstarterK的算术平均值的绝对值至少基本上为20μm。
8.根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置，其特征在于，所述驱动小齿轮或起动轮或两者的多个齿、尤其是所述齿轮的所有齿根据前述权利要求之一设计。
9.具有根据前述权利要求之一所述的小齿轮起动器传动装置的小齿轮起动器，该小齿轮起动器包括构造用于驱动所述驱动小齿轮的电机，并且该小齿轮起动器包括移动装置，该移动装置用于使驱动小齿轮沿驱动轴线移动，以便使驱动小齿轮与用于起动内燃机的起动轮啮合或使驱动小齿轮在起动之后与起动轮分离。
10.用于制造根据权利要求1至8中之一所述的小齿轮起动器传动装置的方法，其特征在于，
在多个驱动小齿轮中分别检测至少一个偏差FantriebF，
在多个起动轮中分别检测至少一个偏差FstarterK，
从所述多个驱动小齿轮和所述多个起动轮中选择出这样一个齿轮对，使得在起动轮齿顶上的偏差FstarterK和在驱动小齿轮齿根上的偏差FantriebF之和S小于0。
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