CN109416113A - 齿轮和齿轮组合 - Google Patents

Abstract

公开了例如在汽车应用中使用的消隙齿轮和消隙齿轮组合。消隙齿轮包含齿轮轮盘和齿轮齿轮轮齿。每个齿轮齿轮轮齿包括第一和第二齿面、顶面和底面，其中对于每个齿轮齿轮轮齿，每个齿面从所述顶面延伸到所述底面，其中所述齿轮齿轮轮齿包括聚合材料，所述聚合材料包括式I的重复单元其中t1和w1各自表示0或1，并且v1表示0、1或2。对于每个齿轮齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个包括两个或更多个表面，所述表面被布置成形成沿着所述至少一个所述齿面延伸的单个凸出部使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮在运行时的旋转轴的方向上变化。所述单个凸出部在使用时可弹性变形以便消除侧隙。

Description

齿轮和齿轮组合

本发明涉及例如用于汽车应用中的齿轮和齿轮组合。

在现代传动装置中，例如当传动载荷脉动时，如当其驱动活塞式发动机中的凸轮轴、往复泵或平衡起重轴时，齿轮可以产生大量噪声、振动和声振粗糙度(NVH)。当齿轮在稳态运行下或由于传动载荷或速度变化而以不同角速度向彼此移动时，可以产生NVH。

这种齿轮敲击的起源在用于防止齿轮轮齿结合的溶液中。当齿轮相啮合时(即，当它们彼此接合时)，所述齿轮必须能够在其容差的框架内工作。不是所有齿轮将被同样地制造。一些将比其它齿轮具有更大的偏心率；一些将具有更大或更小的齿厚度；齿轮到其配对物的中心距将由于制造精度而变化。还重要的是，齿轮可以允许热膨胀。

为了防止这些问题引起齿在其驱动时结合，常规地引入侧隙。侧隙是用于建立如图1中示出的啮合齿之间的一组空隙的术语，其中侧隙1是两个箭头之间的距离。侧隙可以导致齿轮敲击以及随后磨损齿轮轮齿。

在金属齿轮的情况下，这种不期望行为可以通过将齿轮切成两个平行的剪式齿轮并且然后将所述剪式齿轮弹簧加载成抵靠彼此。将弹簧置于两个齿轮薄片之间以保持所述齿轮薄片分离，并且当齿轮被置于与其配对物相啮合时，两个薄片的齿被挤压在一起使得侧隙被占用。在运行期间，只要驱动载荷不超过消隙齿轮的弹簧力，相对的薄片齿轮就将占用侧隙。这对金属齿轮来说表现非常好，但是昂贵且实际上使齿轮的强度减小其针对反转动作变薄的量。

因此，需要减少侧隙的必要性并且解决已知消隙齿轮的问题的齿轮。

根据本发明的第一方面，提供了一种消隙齿轮，其包括：

齿轮轮盘和齿轮轮齿，

其中每个齿轮轮齿包括第一和第二齿面、顶面和底面，

其中对于每个齿轮轮齿，每个齿面从所述顶面延伸到所述底面，

其中所述齿轮轮齿包括聚合材料，所述聚合材料包括式I的重复单元

其中t1和w1各自表示0或1，并且v1表示0、1或2，并且其中对于每个齿轮轮齿：

i)所述齿面中的至少一个包括两个或更多个表面，所述表面被布置成形成沿着所述至少一个所述齿面延伸的单个凸出部使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化，其中所述单个凸出部在使用时可弹性变形以便消除侧隙。

令人惊奇地发现齿轮的齿本身可以充当对齿轮系统的消隙控制。具有本发明的布置的齿轮的单个凸出部能够弹性变形，并且因此当将扭矩施加到齿轮时，所述齿轮可以扭曲以占据全部载荷能力。此外，变形可以局部分布为反抗具有较高杨氏模量的材料。此外，本发明的齿轮不太可能引起贡献于噪声和齿轮轮齿损坏的卡死/结合。

在本发明的以下讨论中，除非相反地声明，否则参数的允许范围的上限或下限的替代值的公开加上指示所述值之一比其它值更加优选将被解释为暗示声明：所述参数的位于所述替代值的更优选与次优选之间的每个中间值本身对所述次优选值以及还对位于所述次优选值与所述中间值之间的每个值来说是优选的。

贯穿本说明书，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”意指包含一个或多个指定成分但是不排除存在的其它成分。术语“基本上由...组成(consistingessentially of)”或“基本上由...组成(consists essentially of)”意指包含指定成分但不包含除了呈现为杂质的材料、呈现为用于提供成分的加工结果的不可避免材料以及出于除了实现本发明的技术效果之外的目的而添加的成分之外的其它成分。通常，当提及组合物时，基本上由一组成分组成的组合物将包括非指定成分的小于5重量％，典型地小于3重量％，更典型地小于1重量％。

术语“由...组成(consisting of)”或“由...组成(consists of)”意指包含指定成分但不包含其它成分。

在任何适当的时候，根据上下文，对术语“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的使用还可以用于包含意思“基本上由...组成(consists essentiallyof)”或“基本上由...组成(consisting essentially of)”，并且还可以用于包含意思“由...组成(consists of)”或“由...组成(consisting of)”。

本文的引用如“在x到y的范围内”意指包含解释“从x到y”，并且还包含值x和y。

术语“齿厚度”被定义为与齿轮轮盘在运行时的旋转轴重合的给定半径“x”的弧长，其中所述弧长具有与齿轮轮齿的每个齿面重合的端点。对于螺旋齿轮，此定义暗含横向齿厚度，因为端点在垂直于齿轮轮盘的旋转轴的平面内。

本申请所陈述的杨氏模量的所有值根据ASTM E111-042010)标准测量。

术语“边缘”意指齿轮轮齿的两个表面相遇的边界，其中所述边缘可以是过渡边缘，如倒角边缘或倒圆边缘。

优选地，在本发明的齿轮中，对于齿轮的顶面与底面之间的轴向位置处的所有齿，齿厚度可以是一致的(在制造容许偏差内)，即使所述齿厚度沿着该轴向位置变化。优选地，每个齿轮轮齿具有相同几何设计。在一些优选实施例中，每个齿轮轮齿的齿面是不对称的。

优选地，齿轮轮齿一起是一件式单元。这种布置在易于制造和机械性能方面提供优势。术语“一件式”意指材料的单一单元并且不包含单独但连接的元件。消隙齿轮可以是一件式单元，即齿轮轮盘可以包含在齿轮轮齿的一件式单元内。

优选地，每个齿轮轮齿的顶齿尖面和底齿尖面基本上彼此平行。更优选地，每个齿轮轮齿的顶齿尖面和底齿尖面完全彼此平行。

每个齿轮轮齿的顶齿尖面和/或底齿尖面可以基本上平行于齿轮轮盘的对应顶面和底面或与其同延。优选地，每个齿轮轮齿的顶齿尖面和底齿尖面两者基本上平行于齿轮轮盘的对应顶齿轮端面和底齿轮端面或与其同延。

每个齿轮轮齿可以进一步包括位于所述每个齿轮轮齿的第一和第二齿面之间的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)。过渡表面可以将前沿表面与齿面分开(即，“尖端半径”)。

在一些实施例中，消隙齿轮在运行时可以是主动齿轮。当消隙齿轮是主动齿轮时，优选地对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个在运行时不是主动齿面，所述齿面包括两个或更多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶齿尖面与底齿尖面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。即，优选地所述齿面是滑行齿面。术语“主动齿面”意指在运行时通过与从动齿轮的互补齿面(即从动齿面)接触而将电力从主动齿轮传输至从动齿轮的齿面。

在一些实施例中，消隙齿轮在运行时可以是从动齿轮。当消隙齿轮是从动齿轮时，优选地对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个在运行时不是从动齿面，所述齿面包括一个或多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶齿尖面与底齿尖面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。即，优选地所述齿面是滑行齿面。

在一些实施例中，优选地对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的每一个包括多于两个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。所述至少一个齿面的两个表面限定凸出部的形状。

优选地，当齿轮在运行时可以在两个方向(顺时针和逆时针)上起作用时，所述齿面中的所述至少一个更频繁地是滑行齿面，所述齿面包括两个或更多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。在这种运行的情况下，更优选地对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的每一个包括两个或更多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。

在一些实施例中，每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶齿尖面与底齿尖面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的变化可以关于整个齿轮轮齿而存在。

在一些替代性实施例中，每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的变化可以关于齿轮轮齿的部分而存在。

对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个可以包括三个或更多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。

优选地，被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的顶面与底面之间在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化的所述两个或更多个表面被成角为使得所述两个或更多个表面形成来自所述至少一个齿面的凸出部。优选地，来自所述至少一个齿面的所述凸出部存在于所述齿面的长度的小于90％内，优选地小于75％，更优选地小于60％，甚至更优选地小于50％。所述齿面的所述长度被定义为所述齿面在从邻近所述齿轮轮盘到邻近所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)的径向方向上的尺寸。在一些实施例中，优选地对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的每一个包括两个或更多个表面，所述表面被成角为使得所述两个或更多个表面形成来自所述齿面中的至少一个的凸出部。

在一些实施例中，来自所述至少一个齿面的凸出部可以存在于邻近所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)的所述至少一个齿面的所述长度的一部分内。在替代性实施例中，来自所述至少一个齿面的凸出部可以存在于所述至少一个齿面的介于所述齿轮轮盘与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)之间的所述长度的一部分内。优选地，所述齿面的介于所述齿轮轮盘与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)之间的所述长度的所述部分与所述齿轮轮盘间隔所述齿面的所述长度的至少10％，更优选地至少20％，甚至更优选地至少25％。优选地，所述齿面的介于所述齿轮轮盘与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)之间的所述长度的所述部分与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)间隔所述齿面的所述长度的至少10％，更优选地至少20％，甚至更优选地至少25％。在一些优选实施例中，所述齿面的介于所述齿轮轮盘与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)之间的所述长度的所述部分与所述齿轮轮盘间隔所述齿面的所述长度的至少10％并且与所述齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)间隔所述齿面的所述长度的至少10％。在一些优选实施例中，所述凸出部基本上朝着相邻和附近的齿轮轮齿凸出。

在一些优选实施例中，所述一个或多个表面与所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴重合，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶部齿尖面与所述底部齿尖面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化，当观察每个齿轮轮齿的沿着与给定半径“y”相交的平面截取的横截面时，每个表面具有平坦轮廓(即，所述一个或多个表面各自呈现为平坦的)，其中在与给定半径“y”重合的每个位置处在齿轮轮齿的每个齿面处所述交叉出现。更优选地，当观看每个齿轮轮齿的沿着与重合于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的给定半径“y”相交的平面截取的横截面时，每个齿轮轮齿的所述齿面中的每一个包括各自具有平坦轮廓(即，所述一个或多个表面各自呈现为平坦的)的一个或多个表面，其中在与给定半径“y”重合的每个位置处在齿轮轮齿的每个齿面处所述交叉出现。

在一些优选实施例中，消隙齿轮的齿轮轮齿被布置成在运行时与互补齿轮的齿轮轮齿接合，使得消隙齿轮的每个齿轮轮齿初始地在消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的一个或多个边缘处与互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。优选地，另外，消隙齿轮的齿轮轮齿被布置成在运行时与互补齿轮的齿轮轮齿接合，使得消隙齿轮的每个齿轮轮齿仅在消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的一个或多个边缘处与互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。

优选地，所述每个齿轮轮齿的所述一个或多个边缘是每个齿轮轮齿的所述第一或第二齿面的一个或多个边缘。

在一些优选实施例中，凸出部的所述边缘基本上是非过渡边缘，即，两个表面相遇的边界基本上是一条线，而不是例如倒角边缘或倒圆边缘。术语“基本上”在本上下文中意指“很大程度上”或“主要”。优选地，所述边缘是非过渡边缘，即，两个表面相遇的边界是一条线，而不是例如倒角边缘或倒圆边缘。

在替代性实施例中，所述边缘优选地是过渡边缘，例如倒角边缘或倒圆边缘。在此实施例中，优选地，过渡边缘的表面面积小于相遇从而形成所述过渡边缘的两个表面中的任一个的表面面积。更优选地，过渡边缘的表面面积小于相遇从而形成所述过渡边缘的两个表面中的任一个的表面面积的一半。甚至更优选地，过渡边缘的表面面积小于相遇从而形成所述过渡边缘的两个表面中的任一个的表面面积的四分之一。

在一些实施例中，来自所述至少一个齿面的凸出部可以包括一个或多个凸出边缘。有利地，所述一个或多个凸出边缘是消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的所述一个或多个边缘，在所述边缘处，消隙齿轮的每个齿轮轮齿在运行时初始地并且优选地仅与互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。

优选地，消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的所述凸出边缘从所述每个齿轮轮齿的每个齿面凸出。优选地，所述凸出边缘通过逐渐改变每个齿轮轮齿的齿厚度来形成。优选地，所述凸出边缘从其处凸出的所述齿面各自仅包括两个表面。优选地，所述两个表面之间在所述凸出边缘处的角度为小于170度，更优选地小于160度，甚至更优选地小于150度，甚至更优选地小于140度，但优选地大于60度，甚至更优选地大于80度，甚至更优选地大于100度，甚至更优选地大于120度。

此实施例的布置利用齿厚度的变化来确保所述凸出边缘与互补直齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触并且提供消隙功能。所述角度是可获得高度和适当耐受齿轮的必要侧隙的函数。

在一些替代性实施例中，来自所述至少一个齿面的凸出部可以包括凸出表面。所述凸出表面可以由包括三个或更多个表面的所述至少一个齿面形成。优选地，所述凸出表面基本上，更优选地完全垂直于所述齿轮轮齿的顶齿尖面和/或底齿尖面。优选地，所述凸出表面基本上，更优选地完全垂直于齿轮轮齿的法向平面。优选地，所述凸出表面基本上，更优选地完全平行于在所述齿轮轮齿的顶面和底面之间延伸并且与所述顶面和底面垂直的横截面表面。所述凸出表面优选地具有恒定高度。凸出表面的高度被定义为所述凸出表面在平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的尺寸。优选地，所述凸出表面的高度小于所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的距离的50％，更优选地小于40％，甚至更优选地小于30％，甚至更优选地小于20％。优选地，所述凸出表面的高度大于所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的距离的1％，更优选地大于3％，甚至更优选地大于4％，甚至更优选地大于5％。此实施例的布置利用凸出表面提供消隙功能。相比于凸出边缘，这种凸出表面较不易于磨损。

消隙齿轮的齿轮轮齿可以被布置成与互补齿轮的齿轮轮齿接合，使得消隙齿轮的每个齿轮轮齿仅在消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的一个或多个凸出表面处与互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。

在一些实施例中，齿轮轮齿可以被成角度为使得每个齿轮轮齿的前缘或前沿表面(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)与齿轮轮盘在运行时的旋转轴不平行。

对于每个齿轮轮齿，在所述齿面中的至少一个被成角度为使得所述齿面与齿轮轮盘在运行时的旋转轴不平行的情况下，所述齿轮轮齿的顶面和底面可能偏移。

对于每个齿轮轮齿，在所述齿面中的至少一个被成角度为使得所述齿面与齿轮轮盘在运行时的旋转轴不平行的情况下，优选地所述每个齿轮轮齿的第一和第二齿面基本上彼此平行。在替代性实施例中，所述每个齿轮轮齿的第一和第二齿面可以成角度为使得所述齿面彼此基本上不平行。优选地，每个齿轮轮齿的第一和第二齿面成角度为不垂直于所述每个齿轮轮齿的顶面和底面到达基本上相同的度数，更优选地成角度为不垂直于所述每个齿轮轮齿的顶齿尖面和底齿尖面到达相同的度数。优选地，每个齿轮轮齿的第一和第二齿面中的至少一个被成角度为不垂直于所述每个齿轮轮齿的顶面和底面，与其相差至少2度，更优选地至少3度，甚至更优选地至少4度，但优选地相差最多8度，更优选地最多7度，甚至更优选地最多6度。

通过减小在齿轮轮齿接合时互补齿轮的齿轮轮齿可以进入的间隙的大小，使用具有成角度的齿面的齿轮可以在所述齿轮与互补齿轮啮合起作用时有效地增加标准齿厚度，从而提供较大的表观齿厚度。具体地说，可以使每个齿轮轮齿的边缘更靠近相邻齿轮轮齿的相反边缘，其中所述边缘被定位成最靠近齿轮轮盘的一个面，其中所述相反边缘被定位成最靠近齿轮轮盘的相反面(见图2)。这种布置可以在啮合时占据侧隙，从而在不借助于弹簧驱动的机构的情况下提供消隙控制的效果。

优选地，齿轮轮齿包括杨氏模量小于15GPa，更优选地小于10GPa，甚至更优选地小于5GPa的材料。更优选地，齿轮轮齿基本上由杨氏模量小于15GPa，更优选地小于10GPa，甚至更优选地小于5GPa的材料组成或由所述材料组成。

在实例中，齿轮轮齿可以包括一种或多种聚酰胺(例如，尼龙6和/或尼龙6,6)、聚缩醛、饱和聚酯、聚醚、PES(聚醚砜)、PEI(聚醚酰亚胺)、PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)和/或PAEK(聚芳醚酮)。

聚合材料优选地基本上由具有式I的重复单元组成。优选的聚合材料包括重复单元(或基本上由其组成)，其中t1＝1，v1＝0，并且w1＝0；t1＝0，v1＝0，并且w1＝0；t1＝0，w1＝1，v1＝2；或者t1＝0，v1＝1，并且w1＝0。更优选的聚合材料包括重复单元(或基本上由其组成)，其中t1＝1，v1＝0，并且w1＝0；或者t1＝0，v1＝0，并且w1＝0。最优选的聚合材料包括重复单元(或基本上由其组成)，其中t1＝1，v1＝0，并且w1＝0：换言之，同聚物聚醚醚酮。

在优选实施例中，聚合材料选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。在更优选的实施例中，聚合材料选自聚醚酮和聚醚醚酮。在另一个优选实施例中，聚合材料是聚醚醚酮，如同聚物聚醚醚酮。

齿轮轮齿优选地包括至少60wt％所述聚合材料，更优选地至少80wt％，甚至更优选地至少90wt％，甚至更优选地至少99wt％。更优选地，齿轮轮齿基本上由所述聚合材料组成或更优选地由所述聚合材料组成。

所述消隙齿轮可以进一步包括填料构件。所述填料构件可以包含纤维填料或非纤维填料。所述填料构件可以包含纤维填料和非纤维填料两者。所述纤维填料可以是连续的或不连续的。所述纤维填料可以选自如金属纤维等无机纤维材料、如芳伦纤维等非熔融或高熔融有机纤维材料以及碳纤维。所述纤维填料可以选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、硅石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、碳氟树脂纤维以及钛酸钾纤维。优选的纤维填料是玻璃纤维和碳纤维。纤维填料可以包括纳米纤维。所述非纤维填料可以选自云母、硅石、滑石、氧化铝、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、二氧化钛、铁氧体、黏土、玻璃粉、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉、碳酸镁、氟碳树脂、石墨、碳粉、纳米管和硫酸钡。非纤维填料可以以粉末或片状颗粒的形式引入。所述填料构件可以包括选自以下的一种或多种填料：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、炭黑和氟碳树脂。所述消隙齿轮可以包含20wt％到99.9wt％(例如，20wt％到70wt％)的聚合材料和0.1wt％到80wt％(例如10wt％到40wt％)的填料构件。所述消隙齿轮的一些优选实施例包含多于20wt％，更优选地多于25wt％的填料构件，但优选地少于40wt％，更优选地少于35wt％的填料构件。

所述消隙齿轮可以进一步包括一种或多种润滑剂。所述润滑剂可以包括PTFE(聚四氟乙烯)粉末和/或硅油中的一种或多种。优选地，所述塑料直齿轮包括少于15wt％的润滑剂，更优选地少于10wt％，甚至更优选地少于5wt％。

互补齿轮可以是金属齿轮或塑料齿轮。优选地，互补齿轮是塑料齿轮。互补齿轮可以是直齿齿轮或螺旋齿轮。

优选地，所述齿轮是注射模制的齿轮。齿轮可以使用注射模制工艺生产，而不需要随后的机加工操作(例如，铣削或研磨)。注射模制允许设计自由度，这是因为可以根据需要修改模腔以改变齿轮。齿轮可以使用增材逐层制造来形成，如长丝融合制造或激光烧结。

消隙齿轮可以适合于在以下各项中使用：汽车应用；航空航天应用；油气应用；输送机；电子装置；给料驱动器；渔业应用；食品加工；家庭园艺设备，例如草坪洒水器、钻头和真空吸尘器；船舶操舵；物料搬运；医疗应用，例如泵；军事应用；混合器；办公设备；包装；纸张加工；电力传输分配器；印刷；冲压机；机器人；半导体；和/或固定装置例如铅笔刀。在一些优选实施例中，消隙齿轮是汽车齿轮，即适合于在汽车应用中使用。

根据本发明的第二方面，提供了一种齿轮组合，其包括：

根据第一方面所述的消隙齿轮；

互补齿轮，其包括齿轮轮盘和齿轮轮齿，

其中所述消隙齿轮的所述齿轮轮齿被布置成与所述互补齿轮的所述齿轮轮齿接合。

所述消隙齿轮可以具有本发明的第一方面的消隙齿轮的任何特征。所述互补齿轮可以具有以上关于本发明的第一方面详述的互补齿轮的任何特征。互补齿轮可以是直齿齿轮。

根据本发明的第三方面，提供了一种装置和/或机构，其结合了根据第一方面所述的消隙齿轮和/或根据第二方面所述的齿轮组合。

所述装置可以是车辆，如汽车、飞行器或火车；或者可以是适合于处于以上详述的其它应用中的任何应用中的装置。所述机构可以是变速箱。

根据本发明的第四方面，提供了一种根据第一方面所述的消隙齿轮、根据第二方面所述的齿轮组合和/或根据第三方面所述的装置和/或机构在以下各项中的用途：汽车应用；航空航天应用；油气应用；输送机；电子装置；给料驱动器；渔业应用；食品加工；家庭园艺设备，例如草坪洒水器、钻头和真空吸尘器；船舶操舵；物料搬运；医疗应用，例如泵；军事应用；混合器；办公设备；包装；纸张加工；电力传输分配器；印刷；冲压机；机器人；半导体；固定装置例如铅笔刀。

优选地，所述用途是避免对所述消隙齿轮的所述齿轮轮齿与互补齿轮的所述齿轮轮齿之间的侧隙的需要。

应理解的是，适用于本发明的一个方面的任选特征可以以任何组合且以任何数量使用。而且，所述特征还可以以任何组合且以任何数量与本发明的其它方面中的任何方面一起使用。这包含但不限于任何权利要求的从属权利要求被用作本申请的权利要求中的任何其它权利要求的从属权利要求。

读者的注意力集中到所有论文和文献，所述论文和文献结合本申请与本说明书同时提交或在本说明书之前提交，并且与本说明书一同公开接受公众审查，并且所有这类论文和文献的内容均通过引用并入本文。

本说明书(包含任何随附权利要求、摘要以及附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以组合成任何组合，这种特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。

本说明书(包含任何所附权利要求书、摘要以及附图)中所公开的每个特征都可以替换为用于相同、同等或类似目的替代特征，除非另有明确陈述。因此，除非另外明确地陈述，否则所公开的每个特征仅是一系列的等价或相似的属性特征的一个实例。

现在将通过举例并参考附图来描述本发明的具体实施例，在附图中：

图1是突显了伴随的侧隙控制的现有技术齿轮组合的示意图；

图2是根据本发明的螺旋消隙齿轮与齿轮组合的示意图；

图3是根据本发明的非螺旋消隙齿轮与齿轮组合的一部分的示意图；

图4是根据本发明的消隙齿轮的齿轮轮齿的示意图；

图5是根据本发明的消隙齿轮的齿轮轮齿的横截面视图；并且

图6是根据本发明的不同实施例的消隙齿轮的齿轮轮齿的横截面视图。

图1是现有技术齿轮组合的示意图，其示出了用于防止齿轮2、3的结合的侧隙1。在图1中，侧隙1被示出为两个箭头之间的距离，即啮合/接合/配合齿4之间的设定间隙。如上文详述的，在现有技术齿轮组合中，需要侧隙1以避免齿轮卡死，但是所述侧隙将导致不期望的NVH和随之发生的齿轮轮齿4的磨损。

图2是根据本发明的塑料螺旋消隙齿轮5与齿轮组合6的示意图。在此实施例中，塑料齿轮是塑料螺旋齿轮5，其中每个齿轮轮齿7的顶面和底面偏移为使得齿轮轮齿7是螺旋状的，即齿轮轮齿7被成角度为使得每个齿轮轮齿7的前沿表面8(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”，其在替代性实施例中可以是前缘)与齿轮5的旋转轴9(在图2中通过“X”标记，其中所述轴线垂直于页面)不平行。塑料螺旋消隙齿轮5的每个齿轮轮齿7被成角度为相同的度数。区域10表示将在以下情况下齿7啮合时存在间隙(即，侧隙)的位置：螺旋齿轮5的齿7未被成角度为螺旋布置并且齿轮5反而像互补齿轮11那样是“直齿的”。

如图2所示，对螺旋齿5的使用通过减小在齿轮接合时互补齿轮的齿轮轮齿7可以进入的间隙的大小有效增加了标准齿厚度12，从而提供较大的表观齿厚度13。具体地说，使每个齿轮轮齿7的边缘(例如，图2中的边缘14)更靠近相邻齿轮轮齿的相反边缘，其中所述边缘14被定位成最靠近齿轮轮盘的一个面，其中所述相反边缘被定位成最靠近齿轮轮盘的相反面。这种布置确保在齿轮5、11接合时，不存在产生NVH并损坏齿轮轮齿的间隙。齿轮轮齿7仍然可能由于受热而膨胀，但是由于在每个齿7接合时，仅所述齿的边缘(例如，14)与互补齿的齿面接触，所以齿7可以暂时变形，由此使所述边缘(例如，14)变平和/或有效地使齿7朝着直齿布置“解扭/变直”，而不是结合齿轮组合6。

令人惊讶的是，组合直齿齿轮11使用由如PAEK或PEEK等聚合材料制成的螺旋齿轮7，可以减少侧隙的影响。这是因为螺旋齿轮7的每个齿在螺旋齿轮的齿的边缘14或前沿脊处与直齿齿轮11的每个齿接触。前沿脊14从齿的尖端延伸到齿的基部。前沿脊14在与直齿齿轮接触时可以变形并且由此消除侧隙。这种布置的益处在于可以减小侧隙并且使用中的齿轮产生较少噪声。

图3是根据本发明的聚合物消隙齿轮与齿轮组合的示意图。图3示出了聚合物消隙齿轮15的一部分以及如标准齿轮等互补齿轮16的一部分。齿轮15具有第一齿轮端面(所示出的)15'以及处于所述齿轮的相反侧上的第二齿轮端面(未示出)。在此实施例中，塑料消隙齿轮15的齿轮轮齿17中的每一个都未成角度(即，齿轮15不是螺旋状的)，但相反，在每个齿轮轮齿17上设置有边缘、脊或凸出部18，使得边缘或脊18从每个齿轮轮齿17的至少第一齿面凸出。

第一齿面设置有两个或更多个表面，如图4所示。图4示出了图3所示的齿轮15的单个齿19的实例。对于直齿齿轮来说，齿面是遵循连续平面的连续表面。本发明要求至少第一齿面设置有两个或更多个表面，其中每个表面都具有朝向并且表面的平面的两个朝向或方向不相同。因此，表面中的每一个的一部分形成边缘、脊或凸出部18。表面的平面的朝向限定了边缘或18的形状。在使用时，边缘或脊18是与标准齿轮16的第一接触点。

图4提供了关于齿面20的额外细节。齿面由两个表面20a和20b一起表示。齿轮轮齿19具有两个齿面(但仅示出了一个)，所述齿面从齿19的顶齿尖面21延伸到齿19的底齿尖面22。双头箭头23表示齿19的顶齿尖面21处的齿厚度(与相关联齿轮轮盘的旋转轴相距指定径向距离)。在描述在顶齿尖面21与底齿尖面22之间变化的齿厚度时，参考的是由箭头23表示的厚度。双头箭头24表示所述齿轮轮齿19的顶齿尖面21与底齿尖面22之间在垂直于所述齿轮轮齿19的顶齿尖面21与底部尖面22两者的方向上的距离(即，附图标记24表示齿19的齿面宽度，并且方向或箭头24平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴)。还示出了前沿25(即，“顶部台面/顶峰”或“尖端”)。

凸出边缘或脊26大致沿着齿面宽度24定位在中途并且从齿的尖端到齿的根部跨越齿面20。在一些实例中，凸出脊26可以稍微偏心定位，如从第一齿尖面起齿面宽度的三分之一或者从第一齿尖面起齿面宽度的三分之二或介于这些极值之间。

在某些实例中，凸出脊26仅沿着齿面20的一部分延伸。

在一个实例中，第一齿面的两个表面20a、20b之间的角度小于170度，使得脊的角度小于170度。在一些实施例中，所述角度小于160度，并且在其它实施例中，所述角度小于150度，甚至更优选地小于140度，但优选地大于60度，甚至更优选地大于80度，甚至更优选地大于100度，甚至更优选地大于120度。

消隙齿轮的齿轮轮齿被布置成在运行时与互补齿轮(如直齿齿轮)的齿轮轮齿接合，使得消隙齿轮的每个齿轮轮齿初始地并且优选地仅在消隙齿轮的每个齿轮齿轮轮齿的脊处与互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。齿轮轮齿的脊在与互补齿轮的齿轮轮齿接触时可变形，并且随着脊变形，侧隙被消除。脊是可变形的，这是因为齿轮包括如PAEK或PEEK等聚合材料。PAEK和PEEK的材料性质使脊18能够在齿轮处于使用状态时消除侧隙。

在一个实例(如图3所示)中，凸出脊18设置于两个齿面上。在另一个实例中，凸出脊仅设置于一个齿面上。为了获得与在两个齿面上都具有凸出脊的齿轮轮齿相当的益处，可以增大凸出脊的大小。例如，另一种有效的解决方案将是在每个齿的仅一个齿面上利用这种边缘，但使边缘的突出部的大小翻一倍。边缘18是通过逐渐改变每个齿轮轮齿17的在所述齿轮轮齿17的顶部或第一齿尖面与底部或第二齿尖面之间、在垂直于所述齿轮轮齿的顶齿尖面和底齿尖面两者的方向上的厚度来形成的(所述方向有时被称为齿面宽度的方向，所述方向还将平行于齿轮轮盘在运行时的旋转轴)。边缘18从其处凸出的齿面各自仅具有两个表面。此实施例利用齿17的齿厚度的改变来提供与互补齿轮16的一个或多个齿轮轮齿接触的边缘18，所述齿在需要时暂时变形(但不使齿轮15、16由于相对较小的表面接触面积而结合)，由此提供消隙功能。

图5是根据之前段落的实施例的聚合物消隙齿轮的齿轮轮齿19的横截面视图。横截面是沿着图4中所示的齿厚度23的线截取的。图5提供了凸出边缘26如何影响齿19的轮廓的便利图示。齿面20由表面20a和20b形成。

图6是根据与图5中所示实施例不同的实施例的塑料消隙齿轮的齿轮轮齿27的横截面视图。来自齿面的凸出部包括具有平坦表面的凸出脊28。横截面是沿着图4中所示的齿厚度23的线截取的，但是代替凸出边缘26，齿面20由三个表面20a、20b和20c形成，使得齿面包含凸出表面28。使用凸出表面28可以通过提供较大的表面面积以供互补齿轮接触来抵消磨损的影响。

本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸到本说明书(包含任何随附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖特征或所述特征的任何新颖组合或者延伸到如此公开的任何方法或工艺的步骤中的任何新颖步骤或所述步骤的任何新颖组合。

Claims (20)

1.一种消隙齿轮，其包括：

齿轮轮盘和齿轮轮齿，

其中每个齿轮轮齿包括第一和第二齿面、顶面和底面，

其中对于每个齿轮轮齿，每个齿面从所述顶面延伸到所述底面，

其中所述齿轮轮齿包括聚合材料，所述聚合材料包括式I的重复单元

其中t1和w1各自表示0或1，并且v1表示0、1或2，并且其中对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个包括两个或更多个表面，所述表面被布置成形成沿着所述至少一个所述齿面延伸的单个凸出部使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化，其中所述单个凸出部在使用时可弹性变形以便消除侧隙。

2.根据权利要求1所述的消隙齿轮，其中所述齿轮轮齿一起是一件式单元。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的消隙齿轮，其中所述消隙齿轮在运行时是主动齿轮，并且对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个在运行时不是主动齿面，所述齿面包括一个或多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的消隙齿轮，其中所述消隙齿轮在运行时是从动齿轮，并且对于每个齿轮轮齿，所述齿面中的至少一个在运行时不是从动齿面，所述齿面包括一个或多个表面，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化。

5.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中来自所述至少一个齿面的所述凸出部存在于所述齿面的长度的小于90％内，优选地小于75％，更优选地小于60％，甚至更优选地小于50％。

6.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中所述两个或更多个表面与所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴重合，所述表面被布置使得每个齿轮轮齿的齿厚度在所述齿轮轮齿的所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上变化，当观看每个齿轮轮齿的沿着与给定半径“y”相交的平面截取的横截面时，每个表面具有平坦轮廓(即所述一个或多个表面各自呈现为平坦的)，其中在与给定半径“y”重合的每个位置处在齿轮轮齿的每个齿面处所述交叉出现。

7.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中来自至少一个齿面的所述凸出部包括一个或多个凸出边缘。

8.根据权利要求7所述的消隙齿轮，其中所述消隙齿轮的所述齿轮轮齿被布置成在运行时与互补齿轮的齿轮轮齿接合，使得所述消隙齿轮的每个齿轮轮齿初始地并且优选地仅在所述消隙齿轮的所述每个齿轮轮齿的所述一个或多个凸出边缘处与所述互补齿轮的一个或多个齿轮轮齿接触。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的消隙齿轮，其中所述凸出边缘从其处凸出的所述齿面各自仅包括两个表面，并且其中在所述凸出边缘处所述两个表面之间的角度小于170度，优选地小于160度，更优选地小于150度，甚至更优选地小于140度，但是优选地大于60度，甚至更优选地大于80度，甚至更优选地大于100度，甚至更优选地大于120度。

10.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中来自至少一个齿面的所述凸出部包括凸出表面。

11.根据权利要求10所述的消隙齿轮，其中所述凸出表面由包括三个或更多个表面的所述至少一个齿面形成，并且

其中所述凸出表面的高度小于所述顶面与所述底面之间在平行于所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴的方向上的距离的50％，优选地小于40％，更优选地小于30％，甚至更优选地小于20％，但是优选地大于1％，更优选地大于3％，甚至更优选地大于4％，甚至更优选地大于5％。

12.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中对于每个齿轮轮齿，在所述齿面中的至少一个被成角为使得所述齿面与所述齿轮轮盘在运行时的旋转轴不平行的情况下，每个齿轮轮齿的所述第一和第二齿面中的至少一个被成角为不垂直于所述每个齿轮轮齿的所述顶面和所述底面，与其相差至少2度，更优选地至少3度，甚至更优选地至少4度，但是优选地相差最多8度，更优选地最多7度，甚至更优选地最多6度。

13.根据权利要求1所述的消隙齿轮，其中所述聚合材料选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。

14.根据权利要求1或13中任一项所述的消隙齿轮，其中所述齿轮轮齿基本上或优选地由所述聚合材料组成。

15.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中所述齿轮是注射模制的齿轮。

16.根据任何前述权利要求所述的消隙齿轮，其中所述消隙齿轮适合于在以下各项中使用：汽车应用；航空航天应用；油气应用；输送机；电子装置；给料驱动器；渔业应用；食品加工；家庭园艺设备，例如草坪洒水器、钻头和真空吸尘器；船舶操舵；物料搬运；医疗应用，例如泵；军事应用；混合器；办公设备；包装；纸张加工；电力传输分配器；印刷；冲压机；机器人；半导体；和/或固定装置例如铅笔刀。

17.一种齿轮组合，其包括：

根据权利要求1到16中任一项所述的消隙齿轮，

包括齿轮轮盘和齿轮齿轮轮齿的互补齿轮，

其中所述消隙齿轮的所述齿轮轮齿被布置成与所述互补齿轮的所述齿轮轮齿接合。

18.一种结合根据权利要求1到16中任一项所述的消隙齿轮和/或根据权利要求17所述的齿轮组合的装置和/或机构。

19.一种根据权利要求1到16所述的消隙齿轮、根据权利要求17所述的齿轮组合和/或根据权利要求18所述的装置和/或机构在以下各项中的用途：汽车应用；航空航天应用；油气应用；输送机；电子装置；给料驱动器；渔业应用；食品加工；家庭园艺设备，例如草坪洒水器、钻头和真空吸尘器；船舶操舵；物料搬运；医疗应用，例如泵；军事应用；混合器；办公设备；包装；纸张加工；电力传输分配器；印刷；冲压机；机器人；半导体；固定装置例如铅笔刀。

20.根据权利要求19所述的消隙齿轮的用途，其中所述用途是避免对所述消隙齿轮的所述齿轮轮齿与互补齿轮的所述齿轮轮齿之间的侧隙的需要。