CN108953495A - 齿轮副、具有该齿轮副的斜齿轮传动装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于斜齿轮传动装置(22)的齿轮副，其包括：具有第一齿部部段(12)的斜齿轮(10)，和具有第二齿部部段(18)的蜗杆(16)，其中，所述第一齿部部段(12)和所述第二齿部部段(18)可以以啮合方式接合并在所述接合中形成渐开线齿部(26)，所述第一和第二齿部部段(12，18)的材料被选择为使得在所述接合中产生金属‑塑料材料副，以及塑料制的所述齿部部段(12，18)具有第一法向齿厚(sn1)，并且金属制的所述齿部部段(12，18)具有第二法向齿厚(sn2)，其中，所述第一法向齿厚(sn1)与所述第二法向齿厚(sn2)之比相对于基准齿廓增加了10％至200％且尤其是15％至120％。

Description

齿轮副、具有该齿轮副的斜齿轮传动装置及其应用
技术领域
本发明涉及用于斜齿轮传动装置的齿轮副、具有这种齿轮副的斜齿轮传动装置以及这种齿轮副在斜齿轮传动装置中的应用。
背景技术
包括由斜齿轮和蜗杆构成的齿轮副的斜齿轮传动装置与蜗轮蜗杆传动装置具有很大的相似性并且在很多应用中使用，尤其之所以是因为可以以较小的空间实现较大的传动比。由于该特性，斜齿轮传动装置广泛地在汽车领域中用于调节两个可彼此调节的车辆部件。由于可以使用斜齿轮传动装置实现自行制动，因而无需另外的措施来确定两个车辆部件彼此一次设定的位置。斜齿轮传动装置在汽车领域中的应用例是座椅长度调节和电动窗调节。
在这里，斜齿轮具有第一齿部部段，并且蜗杆具有第二齿部部段，该第一齿部部段和第二齿部部段在斜齿轮传动装置中以啮合方式接合并且在这里通常形成渐开线齿部。渐开线齿部相对易于制造，因为例如与摆线齿部不同，渐开线齿部可以借助可简单执行的且有效的滚切方法来制造。另外，与摆线齿部相比，渐开线齿部在一定范围内对轴向间距变化相对不敏感并产生总体上更平稳的运行。
如已经提到的那样，斜齿轮传动装置与蜗轮蜗杆传动装置具有非常大的相似性，蜗轮蜗杆传动装置包括蜗杆和蜗轮。而在斜齿轮传动装置中，在斜齿轮上存在与蜗杆的点状接触，该点状接触在负载时变成所谓的压力椭圆，而在蜗轮蜗杆传动装置中，由于蜗杆和/或蜗轮的齿部部段的球形形状而在蜗轮上存在线性接触。由于齿部部段的特殊成形，蜗轮蜗杆传动装置是斜齿轮传动装置的一个特殊实施方式。因此，以下对于斜齿轮传动装置所作的说明也完全一样适用于蜗轮蜗杆传动装置。
渐开线齿部是基于其中在DIN 867中等标准化的参考齿廓。参考齿廓对应于齿轮无间隙地被滚压其上的理论齿条齿廓。实际上它是在滚切工艺中制造有关齿轮所用模具的形状。基于在DIN 867中标准化的参考齿廓的渐开线齿部非常好地适用于许多应用，尤其是当齿轮副被设计为使得金属-金属材料副被啮合时。
其中由于成形简化、重量减轻和噪声形成减少的原因，尤其是在汽车领域中越来越多地使用塑料制的齿轮，使得产生塑料-塑料材料副或金属-塑料材料副。已经证实，基于在DIN 867中标准化的参考齿廓的已知的渐开线齿部仅有条件地适用于金属-塑料材料副。尤其是由于塑料的变形能力较高且热膨胀较大，因而在尤其是斜齿轮传动装置的操作中会发生误接合，该误接合导致噪声形成增加，使得使用金属-塑料材料副的优点之一再次丧失。另外，误啮合导致磨损增加，该磨损增加在塑料制的齿轮中根据所使用的塑料比在金属制的齿轮中进展更显著。而且不能安全排除彼此啮合的齿轮的卡塞，由此会发生斜齿轮传动装置的功能故障。
因此，本申请人已经开发了一种渐开线齿部，该渐开线齿部不同于DIN867中所述的参考齿廓并且在下文中统称为“基准齿廓”。这种用于具有由斜齿轮和蜗杆构成的齿轮副的斜齿轮传动装置的基准齿廓被批量生产，因此是现有技术的一部分。尽管本申请人的基准齿廓是对标准化参考齿廓的显著改进，但是上述缺点不能用基准齿廓完全消除。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于斜齿轮传动装置的齿轮副，使用该齿轮副可以在金属-塑料材料副中在使用渐开线齿部的情况下降低斜齿轮与蜗杆之间的误啮合的风险。
该目的是使用权利要求1、5和7中所述的特征来实现的。有利的实施方式是从属权利要求的主题。
本发明的一实施方式涉及一种用于斜齿轮传动装置的齿轮副，其包括：具有第一齿部部段的斜齿轮，和具有第二齿部部段的蜗杆，其中，所述第一齿部部段和所述第二齿部部段可以以啮合方式接合并且在所述接合中形成渐开线齿部，所述第一和第二齿部部段的材料被选择为使得在所述相互接合中产生金属-塑料材料副，以及塑料制的所述齿部部段具有第一法向齿厚，并且金属制的所述齿部部段具有第二法向齿厚，其中，所述第一法向齿厚与所述第二法向齿厚之比相对于基准齿廓增加了10％至200％且尤其是15％至120％。
为了可以实现金属-塑料材料副，斜齿轮必须至少在第一齿部部段中由金属制成，并且蜗杆必须至少在第二齿部部段中由塑料制成，或者相反。齿部部段应被理解为相关齿轮的内部存在齿的部段。
在大多数情况下，斜齿轮完全由金属制成，并且蜗杆完全由塑料制成，或者斜齿轮完全由塑料制成，并且蜗杆完全由金属制成，其中，也可设想其中例如设置有使用塑料进行注塑包覆的金属制的嵌件的蜗杆或斜齿轮。金属-塑料材料副涉及互相啮合中的齿部部段，使得在斜齿轮和蜗杆的接触点或接触线处使塑料与金属接触。
基准齿廓限定渐开线齿部并且稍后将更精确地限定。法向齿厚描述了塑料制的齿部部段的相关齿轮在分度圆上的齿厚。由于法向齿厚相对于基准齿廓扩大了特定量，因而塑料制的齿部部段的齿的可变形性降低，从而在负载时降低了误啮合的风险以及随之出现的增加的噪声形成和增加的磨损。
塑料制的齿部部段的法向齿厚的增加需要适配金属制的齿部部段的法向齿厚，从而可以确保以啮合方式的接合。因此，金属制的齿部部段可以具有相对于基准齿廓相应地减小的法向齿厚。在这种情况下，法向齿厚描述了金属制的齿部部段的相关齿轮在分度圆上的齿厚。法向齿厚的减小使得金属制的齿部部段的齿的变形能力增加，从而第一和第二齿部部段的变形行为更为接近。
根据另一实施方式，塑料制的所述齿部部段具有相对于基准齿廓增加了5％至40％且尤其是6％至20％的齿根圆直径。如果在齿轮的径向外端部处描述所述齿轮的直径的齿顶圆直径保持相同或几乎相同，则齿高降低，由此，具有塑料制的齿部部段的构件的刚度尤其是当所述构件被实施为轴时增加。在这种情况下，尤其是增加了两个支承点之间的刚度。因此，减小了齿在负载时的变形，从而降低了误啮合的风险以及随之出现的增加的噪声形成和增加的磨损。
在经过改进的一实施方式中，所述渐开线齿部的法向啮合角相对于所述基准齿廓偏差达±5°，并且尤其是相对于所述基准齿廓减少了2°和4°之间。基准齿廓的法向啮合角是20°。由此也降低了误接合且尤其是卡塞的风险，因为缩短了在齿的滚压时行进的路径。
在所有实施方式中，上述参数改变为使得仍然形成渐开线齿部。渐开线齿部的上述优点，尤其是通过滚切加工工艺简单制造的上述优点得以保留。
本发明的一个设计方案涉及一种斜齿轮传动装置，其包括根据前述的实施方式中任一项所述的齿轮副，其中，所述斜齿轮或所述蜗杆与驱动轴连接，并且所述斜齿轮的所述第一齿部部段和所述蜗杆的所述第二齿部部段以啮合方式接合。
使用所提出的斜齿轮传动装置可以达到的技术效果和优点对应于已针对本发明的齿轮副讨论过的技术效果和优点。总之，应指出的是，使用所提出的斜齿轮传动装置能够以技术上简单的方式降低斜齿轮传动装置在操作中误啮合的风险。结果，将噪声形成和磨损保持较低。
在另一个设计方案中，所述斜齿轮可以由金属制成，可以构成为主轴螺母并且可以与主轴配合，并且所述蜗杆可以由塑料制成。在该设计方案中，斜齿轮传动装置特别适合用在车辆的座椅长度调整装置中。为此，主轴螺母支撑在抗旋转地安装于车辆中的主轴上。如果主轴螺母旋转，则主轴螺母沿主轴的纵向轴线移动。该移动用于相关座椅的长度调节。构成为主轴螺母的斜齿轮由金属构成具有以下技术效果：由于金属与塑料相比强度更高，因而金属制的主轴螺母可以将更大的力传递到主轴，从而在车辆碰撞的情况下主轴螺母与主轴保持接合，由此防止了座椅不受控制的移动。由此，降低了车辆中的坐在座椅上的乘客的受伤风险。
本发明的一个实施涉及根据前面说明的实施方式中任一项所述的齿轮副在尤其是根据前述的设计方案所述的斜齿轮传动装置中的应用，用于车辆中的辅助驱动装置，尤其是用于座椅长度调节装置。
本发明的另一构成涉及一种用于斜齿轮传动装置的齿轮副，其包括具有第一齿部部段的斜齿轮，和具有第二齿部部段的蜗杆，其中，所述第一齿部部段和所述第二齿部部段可以以啮合方式接合并且在所述接合中形成渐开线齿部，所述第一和第二齿部部段的材料被选择为使得在所述接合中产生金属-塑料材料副，其中，塑料制的所述齿部部段具有相对于基准齿廓增加了5％至40％且尤其是6％至20％的齿根圆直径。
本发明的另一变型涉及一种用于斜齿轮传动装置的齿轮副，其包括具有第一齿部部段的斜齿轮，和具有第二齿部部段的蜗杆，其中，所述第一齿部部段和所述第二齿部部段可以以啮合方式接合并且在所述接合中形成渐开线齿部，所述第一和第二齿部部段的材料被选择为使得在所述接合中产生金属-塑料材料副，并且所述渐开线齿部的法向啮合角相对于所述基准齿廓偏差达±5°，并且尤其是相对于所述基准齿廓减少了1°和4°之间。
使用所提出的斜齿轮传动装置可以达到的技术效果和优点对应于已针对本发明的齿轮副讨论过的技术效果和优点。总之，应指出的是，使用所提出的前面所述的齿轮副在斜齿轮传动装置中的应用能够以技术上简单的方式降低斜齿轮传动装置在操作中误接合的风险。结果，将噪声形成和磨损保持较低。
附图说明
下面参考附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的斜齿轮与基于基准齿廓的斜齿轮相比较的剖视图；
图2示出了根据本发明的实施方式的蜗杆与基于基准齿廓的蜗杆相比较的剖视图；
图3示出了蜗杆的在图2中限定的截面A的放大图；以及
图4示出了具有图1所示的蜗杆和图2所示的斜齿轮的斜齿轮传动装置的原理图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的实施方式的斜齿轮10与基于基准齿廓的斜齿轮10P相比较的剖视图。在这里，实线表示根据本发明的斜齿轮10，而虚线表示斜齿轮10P，该斜齿轮10P已由本申请人批量生产。
所示的斜齿轮10完全由金属制成。斜齿轮10具有第一齿部部段12，多个齿14位于该第一齿部部段12内。第一齿部部段12径向内侧由具有齿根圆直径df2的齿根圆界定，而第一齿部部段12径向外侧由具有齿顶圆直径da2的齿顶圆界定。
此外，斜齿轮10的齿14具有法向齿厚sn2，该法向齿厚sn2表示斜齿轮10的齿14在具有分度圆直径d02的分度圆上的厚度。齿14的两个相邻齿面之间的间隔被称为齿隙宽度e2。斜齿轮10的上述参数中的下标2表示斜齿轮由金属制成。
在图2中示出了根据本发明的实施方式的蜗杆16与基于申请人的基准齿廓的蜗杆16P相比较的剖视图。在这里，实线表示根据本发明的蜗杆16，而虚线表示蜗杆16P，该蜗杆16P已由本申请人批量生产。
所示的蜗杆16完全由塑料制成。蜗杆16具有第二齿部部段18，多个齿20位于该第二齿部部段18内。第二齿部部段18径向内侧由具有齿根圆直径df1的齿根圆界定，而第二齿部部段18径向外侧由具有齿顶圆直径da1的齿顶圆界定。上述参数中的下标1表示蜗杆16由塑料制成。
图3以放大形式示出了蜗杆16的在图2中表示的截面A。从图3中可以看出，蜗杆16的齿20具有法向齿厚sn1，该法向齿厚sn1表示蜗杆16的齿20在具有直径d01的分度圆上的厚度。
在图4中示出了斜齿轮传动装置22的原理图。斜齿轮10和蜗杆16以啮合方式彼此接合并且一起形成齿轮副24，该齿轮副24构成渐开线齿部26。由于斜齿轮10由金属制成并且蜗杆16由塑料制成，因而在接合中产生金属-塑料材料副。
在所示的示例中，蜗杆16与驱动轴28连接，该驱动轴28可以通过未示出的电动机旋转位移。斜齿轮10构成为主轴螺母30，该主轴螺母30具有内螺纹32。主轴螺母30通过内螺纹32与主轴38连接，其中，主轴34的纵向轴线L垂直于图4的图平面伸展。未示出壳体，齿轮副24布置在该壳体中。
在所示的示例中，斜齿轮传动装置22尤其适合作为车辆中的座椅长度调节装置。主轴34抗旋转地安装在车辆中。如果蜗杆16由于电动机的相应激活而通过驱动轴28旋转，则蜗杆16的旋转以相应的传动比传递到主轴螺母30。因此，主轴螺母30和整个斜齿轮传动装置22沿主轴34的纵向轴线L移动。该移动用于相关座椅的长度调节。
如所说明的那样，包括处于接合中的蜗杆16和斜齿轮10的齿轮副形成渐开线齿部26。在图3中对所提出的渐开线齿部26的法向啮合角αn与申请人的基准齿廓的法向啮合角αP进行了对比。
下面列出渐开线齿部26中的最重要的参数的关系。最重要的参数为：
这些参数彼此存在以下关系：
法向齿厚sn为：
分度圆直径d0为以下关系：
齿根圆直径df为以下关系：
df＝d0-2*mn*hf+2*x*mn
齿顶圆直径为：
da＝d0+2*mn*ha+2*x*mn
法向模数为：
应注意的是，基准轮廓中的齿隙宽度e和法向齿厚s不仅在塑料制的齿部部段中而且在金属制的齿部部段中近似同样大，但是这不适用于所提出的渐开线齿部26。齿高h为：
h＝2.25*mn
比Vsn为：
下表示出了所提出的渐开线齿部26的主要值相对于由本申请人批量生产的且因此已知的基准齿廓的对比的两个实施例。在这里，蜗杆12由塑料制成，并且斜齿轮20由金属制成。
法向啮合角αn、法向齿厚sn和齿根圆直径df是有针对性地改变的所提出的渐开线齿部的参数。这些参数在表中用阴影线标出。表中给出的其他值因不同参数之间的公式关系而变化。
附图标记说明：
10 斜齿轮
10P 已知的斜齿轮
12 第一齿部部段
14 齿
16 蜗杆
16P 已知的蜗杆
18 第二齿部部段
20 齿
22 斜齿轮传动装置
24 齿轮副
26 渐开线齿部
28 驱动轴
30 主轴螺母
32 内螺纹
34 主轴
A 截面
d0 分度圆直径
da 齿顶圆直径
df 齿根圆直径
e 齿隙宽度
h 齿高
ha 齿顶高系数
hf 齿根高系数
L 主轴的纵向轴线
mn 法向模数
p 分度
sn 法向齿厚
Vsn sn1与sn2之比
x 齿廓变位系数
z 齿数
αn 法向啮合角
αP 已知的法向啮合角
β,γ 螺距角或螺旋角

Claims (6)

1.一种用于斜齿轮传动装置的齿轮副，其包括：
－具有第一齿部部段(12)的斜齿轮(10)，和
－具有第二齿部部段(18)的蜗杆(16)，其中，
－所述第一齿部部段(12)和所述第二齿部部段(18)可以以啮合方式接合并且在所述接合中形成渐开线齿部(26)，
－所述第一和第二齿部部段(12，18)的材料被选择为使得在所述接合中产生金属-塑料材料副，以及
－塑料制的所述齿部部段(12，18)具有第一法向齿厚(sn1)，并且金属制的所述齿部部段(12，18)具有第二法向齿厚(sn2)，其中，所述第一法向齿厚(sn1)与所述第二法向齿厚(sn2)之比相对于基准齿廓增加了10％至200％且尤其是15％至120％。
2.根据权利要求1所述的齿轮副，其特征在于，塑料制的所述齿部部段(12，18)具有相对于基准齿廓增加了5％至40％且尤其是6％至20％的齿根圆直径(df)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的齿轮副，其特征在于，所述渐开线齿部(26)的法向啮合角(αn)相对于所述基准齿廓偏差达±5°，并且尤其是相对于所述基准齿廓减少了1°和4°之间。
4.一种斜齿轮传动装置，其包括根据前述权利要求中任一项所述的齿轮副(24)，其中，所述斜齿轮(10)或所述蜗杆(16)与驱动轴连接，并且所述斜齿轮的所述第一齿部部段(12)和所述蜗杆(16)的所述第二齿部部段(18)以啮合方式接合。
5.根据权利要求4所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述斜齿轮(20)由金属制成，构成为主轴螺母(30)并且与主轴(34)配合，并且所述蜗杆(16)由塑料制成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的齿轮副(24)在尤其是根据权利要求4或5中任一项所述的斜齿轮传动装置中的应用，用于车辆中的座椅长度调节装置。
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