CN110799775B - 谐波变速器 - Google Patents

Abstract

一种谐波变速器，包括壳体构件(4)和保持在所述壳体构件上的变速器元件(18)，该变速器元件可通过波发生器(14)变形且构成为凸缘套筒，所述变速器元件具有齿部区域(17)和连接于齿部区域(17)的盘形部段(19)，所述齿部区域具有柱形基本形状。在盘形部段(19)上连接有与齿部区域(17)同心的且与其沿轴向方向重叠的套筒部段(20)，所述套筒部段形状配合地保持在壳体构件(4)的边缘部段(21)和构件(22)之间，所述边缘部段是柱形的且与套筒部段(20)相比是厚壁的，所述构件同样与凸缘套筒(18)相比是实心的且本身刚性的。

Description

谐波变速器

技术领域

本发明涉及一种可用作为调节变速器的谐波变速器，其具有可变形的且构成为凸缘套筒的变速器元件。

背景技术

例如从WO 2017/041802A1中已知这种谐波变速器。所述谐波变速器具有构成为凸缘套筒的弹性齿轮，所述弹性齿轮保持在壳体处，使得在不同的方向上提供不同尺寸的间隙。

例如从DE 10 2015 210 707 B3中已知另一谐波变速器。所述谐波变速器具有驱动单元，所述驱动单元包括第一和第二部件。驱动单元的这两个部件形状配合地彼此连接成，使得在两个部件之间存在转动间隙。具有间隙的形状配合通过第二部件的在第二部件的环周上分布的、径向向外定向的结构元件建立，所述结构元件接合到第一部件中的留空部中。沿环周方向在设置在留空部中的结构元件旁边可以设置有弹簧元件。

在DE 10 2013 216 183 A1中公开了另一谐波变速器，所述谐波变速器设为用于在调节装置中，即在电凸轮轴调节器中使用。在谐波变速器的不同的实施方式中，柔性的变速器元件构成为罐形元件或构成为凸缘套筒。在凸缘套筒之前设有覆盖件，所述覆盖件沿轴向方向稳固谐波变速器的部件。凸缘套筒连同覆盖件一起借助于螺栓连接紧固在谐波变速器的壳体处。

DE 10 2016 223 474 B3示出一种具有凸缘套筒的谐波变速器，所述凸缘套筒在其外环周上经由带齿的法兰环保持。

发明内容

本发明基于如下目的，提出一种相对于现有技术改进的谐波变速器，所述谐波变速器的特征不仅在于紧凑的、易制造的构造，而且也在于高的运行可靠性。

所述目的根据本发明谐波变速器来实现。谐波变速器包括壳体构件和变速器元件，所述变速器元件可通过波发生器变形且构成为凸缘套筒，所述变速器元件具有齿部区域，所述齿部区域具有柱形基本形状。凸缘套筒理解成如下变速器元件，所述变速器元件具有从柱形区域即齿部区域开始的、径向向外定向的盘形区域，也称作为法兰或凸缘。凸缘套筒的套筒状的、整体上称作为齿部区域的区域不一定完全有齿。优选地，在齿部区域的连接于凸缘的部段中不存在齿部。

根据本发明，在凸缘套筒的盘形部段上连接有与齿部区域同心的且与其沿轴向方向重叠的套筒部段，所述套筒部段形状配合地保持在壳体构件的边缘部段和构件之间，所述边缘部段是柱形的且与套筒部段相比是厚壁的，所述构件同样与凸缘套筒相比是实心的且本身刚性的。在横截面中，套筒形的部段，即齿部区域，连同形状配合地保持在谐波变速器的壳体处的靠外的套筒部段和将这两个套筒状的基本上柱形的部段连接的法兰一起，描述U形形状。

在凸缘套筒的套筒部段和壳体构件以及附加的同样与凸缘套筒相比实心的构件之间形成的连接优选为形状配合的压紧连接。这种连接的特征在于合理安装的可能性以及非常小的空间需要，例如与螺旋连接相比。同时，通过形状配合提供高耐久性。凸缘套筒优选地构成为——除了有齿的区域之外——基本上壁厚一致的板件。

在薄壁的凸缘套筒和两个固定至壳体的元件之间的相对转动在扭矩小的情况下首先通过摩擦配合中断。如果超过借助于摩擦力产生的保持力矩的扭矩进行作用，那么借此在环形的元件和固定至壳体的构件之间引起明显的相对转动。所述相对转动通过在波形轮廓化的套筒部段和在壳体侧上的相对应的配合轮廓之间的形状配合限制。因此，在环形元件和壳体之间的连接一方面弹性地构成，以便尤其在过载的情况下能够实现略微的滑动，其中另一方面通过薄壁的凸缘套筒的波形形状和刚性，与壳体构件共同作用地防止宏观的滑动。此外，所述构型具有如下优点，固定至壳体的实心构件的制造公差通过在薄壁的套筒部段的波峰之间提供的弹性得以补偿。

凸缘套筒和径向地包围凸缘套筒的构件不完全地彼此贴靠，而是在其环周上分布地具有多个分散的、彼此间隔开的支撑点或支撑区域作为接触面。在凸缘套筒和径向外部的或径向内部的构件之间的接触面例如分别彼此径向相对置地设置。它们也可以沿环周方向错开地设置。在最后提到的布置方式中，它们也可以处于相同的径向平面中。接触面的其他的相对布置，尤其不对称的类型，同样是可行的。

根据第一可行的结构形式，凸缘套筒的套筒部段具有用于建立形状配合的压紧连接的波形型廓。在型廓面之间的轻微的压配合可理解成形状配合的压紧连接。

根据借助波形型廓建立的形状配合的压紧连接的第一变型形式，波形型廓具有径向极点，所述径向极点贴靠在壳体构件或另一本身刚性的构件上。极点也称作为型廓尖部。通过薄壁的套筒部段的弹性，可实现凸缘套筒在固定至壳体的实心构件之间的预紧。

根据具有波形轮廓化的套筒部段的凸缘套筒的一个替选的变型形式，波形型廓的波边沿以传递扭矩的方式贴靠在壳体构件上。该变型形式也称作为承载边沿的变型形式。在该情况下，凸缘套筒也构成为与环绕的、固定至壳体的构件相比薄壁的构件，尤其板件。套筒部段的在波形型廓的极点，即最小值和最大值之间存在的边沿优选无间隙地夹紧在两个固定至壳体的实心构件的齿面之间。在凸缘套筒和壳体构件之间的连接的无间隙性通过壳体构件和/或另一固定至壳体的实心构件的径向变形建立。与凸缘套筒的刚性无关地，在谐波变速器的每个运行状态中，可以无间隙地在凸缘套筒和谐波变速器的壳体之间传递扭矩。

根据另一可能的设计方案，固定在壳体构件上的凸缘套筒的套筒部段构成为齿廓。在凸缘套筒和壳体构件之间的连接在此可以刚性地或沿环周方向挠性地构成。在后面提到的情况下，即在切向柔软的连接的情况下，凸缘套筒的齿廓优选接合到壳体构件和另一固定至壳体的部件的齿部结构中，使得壳体构件的多个齿，还有另一固定至壳体的构件的多个齿分别接合到轮廓化的套筒部段的唯一的齿槽中。在该设计方案中，沿环周方向的弹性挠性可通过至少一个固定至壳体的实心构件的切向变形来实现。以所述方式，也可实现补偿较大的公差，而构件沿径向方向不强烈变形或受载。

谐波变速器的壳体不一定构成为闭合的壳体。与凸缘套筒借助于形状配合的压紧连接来连接的壳体构件例如可以为壳体罩，尤其在钣金壳体的情况下如此，或者为与壳体固定连接的其他构件。可以在凸缘套筒之前安置覆盖件，所述覆盖件将谐波变速器的至少一个部件，特别是其波发生器，沿轴向方向稳固。

除了壳体构件之外存在的同样本身刚性的构件优选构成为盘，所述构件连同壳体构件一起将凸缘套筒形状配合地保持在谐波变速器中。在优选的设计方案中，在此为轴向轴承盘，所述轴向轴承盘构成用于轴向地支撑直接与凸缘套筒共同作用的从动齿圈。可选地，轴向轴承盘同时构成为如下元件，其用于对在谐波变速器的从动齿圈和壳体之间的转动角限界从而用于对调节区域限界。

谐波变速器例如可以用作为电凸轮轴调节器的调节变速器。在该情况下，谐波变速器的壳体可以作为整体旋转。同样地，谐波变速器可以用作为用于改变活塞式发动机的压缩比的设备的调节变速器，其中在该情况下，谐波变速器的壳体不可以转动。

附图说明

在下文中根据附图详细阐述本发明的多个实施例。其中示出：

图1局部地示出谐波变速器的剖面图，

图2示出在根据图1的谐波变速器的部件之间的形状配合的压紧连接的细节，

图3示出用于根据图1的谐波变速器的替选的压紧连接，

图4示出用于根据图1的谐波变速器的压紧连接的另一设计可行性，

图5示出在谐波变速器的固定至壳体的构件之间的未受负荷的压紧连接，以结合图4阐明初步考虑。

具体实施方式

下面的阐述只要没有另作说明就涉及全部实施方式。彼此相应的或原理上相同作用的部件在全部图中用相同的附图标记表示。

整体上用附图标记1表示的谐波变速器为电凸轮轴调节器的调节变速器。关于电凸轮轴调节器中的谐波变速器的原理功能，参照在上文中列举的现有技术。

谐波变速器1具有驱动元件2，所述驱动元件构成为皮带轮。齿带3以本身已知的方式以一半的曲轴转速对驱动元件2进行驱动，所述驱动元件为谐波变速器1的固定至壳体的构件。在图1中示出齿带3的在驱动元件2上的侧向移动的位置，以便说明其齿结构。实际上，齿带3居中地位于驱动元件2上。

驱动元件2与整体上罐形的、多重阶梯的壳体构件4固定连接。相对于内燃机的气缸盖5，壳体构件4借助于接触式密封件6动态地密封。

在谐波驱动器1的整体上用附图标记7表示的、多件式的、包括壳体构件4以及驱动元件2的壳体中，支承有从动齿圈8，所述从动齿圈借助于中心螺栓9与要调节的凸轮轴10固定连接。凸轮轴10此外借助于滚动轴承11，即滚珠轴承，支承在气缸盖5中。

通过未示出的电动机驱动的调节轴12抗扭地，可选地经由挠性联轴器，与波发生器14的内环13耦联，所述波发生器归为谐波变速器1。内环13以本身已知的构型具有非圆形的、椭圆形的形状，其中在内环13上滚动的滚动体15，即滚珠，迫使挠性的外环16变成对应于内环13的非圆形的形状。由此，构成为凸缘套筒的柔性的变速器元件18的内部的柱形部段17同样变形，使得处于内部的柱形部段17上的外齿部局部地与从动齿圈8的内齿部啮合。由于一方面可变形的变速器元件18的外齿部的齿数与另一方面从动齿圈8的内齿部的齿数不同，以原则上已知的方式引起，调节轴12相对于驱动元件2仅以相对小的枢转在从动齿圈8和驱动元件2之间转动一整圈，其中所述变速器元件的内部的柱形部段17也称作为齿部区域。该调节与相对于内燃机的曲轴调节凸轮轴10的相位是同义的。只要调节轴12以驱动元件2的转速旋转，那么就不发生凸轮轴10的调节。

凸缘套筒18的内部的柱形部段17过渡到径向指向外的盘形部段19中，在所述盘形部段上在外侧连接有套筒部段20，所述套筒部段为外部的柱形部段，所述外部的柱形部段与变速器元件18的内部的柱形部段17同心，然而在轴向方向上明显更短。

套筒部段20径向直接处于本身刚性的、不同于凸缘套筒18的实心的壳体构件4的同样柱形的边缘部段21之内。径向直接在套筒部段20之内存在固定至壳体的盘22，所述盘为谐波变速器1的另一固定至壳体的实心构件，并且沿轴向方向具有相对于从动齿圈18的止挡功能，并且对从动齿圈8相对于壳体7的转动角限界。

可变形的变速器元件18以不同的方式在边缘部段21和盘22之间可通过形状配合的压紧连接固定，如在下文中还更详细地阐述。

在边缘部段21的外侧上，在图1中可见套筒形的紧固部段23，即套筒部段，所述紧固部段通过环形的覆盖件24形成，在所述覆盖件之前设置有凸缘套筒18。

在套筒部段23上，径向向内地连接有盘形的环形部段25，所述环形部段也称作为盘形部段并且径向向内地突出于凸缘套筒18的盘形部段19，并且在其内部边缘处过渡到内部的柱形的止挡部段26中。止挡部段26为相对于外环16从而相对于整个波发生器14沿轴向方向作用的止挡。在止挡部段26的内侧上可见轴密封环27，所述轴密封环为在谐波变速器1和与调节轴12固定连接的附加件28之间的动态密封件，所述附加件连同内环13一起旋转。壳体7因此完全地被密封。

关于在可变形的变速器元件18、壳体构件4和盘22即轴向轴承盘之间的连接，在下文中参考图2。凸缘套筒18的套筒部段20构成为波形型廓，所述波形型廓在预紧力下形状配合地保持在壳体构件4的同样波形的轮廓以及盘22之间。在此，极点EP1、EP2，即波形型廓的最小值和最大值，贴靠在盘22或壳体构件4的相对应的极点上。此外，套筒部段20不仅从壳体构件4而且也从盘22提升。如果扭矩在壳体构件4和盘22和/或凸缘套筒18之间作用，那么这可以通过在部件4、18、22之间存在的摩擦配合首先吸收，而不出现在壳体构件4和盘22和/或变速器元件18之间的相对转动。

在扭矩提高到超出单独地可通过摩擦配合吸收的范围时，在构件4、18、22之间出现相对转动，所述相对转动然而通过套筒部段20的波形形状以及壳体构件4的和盘22的相对应的形状以形状配合的方式被限制。借此提供柔性的变速器元件18在壳体7中一方面沿环周方向柔和的、吸收峰值负荷的并且另一方面形状配合的保持。

在图3中草绘在壳体构件4、凸缘套筒18和盘22之间的连接的替选的构型，所述连接同样适合于根据图1的谐波变速器1。套筒部段20在该情况下同样构成为波形型廓，其中然而在套筒部段20和固定至壳体的构件4、22之间的接触不在极点处，而是在边沿点FP1、FP2处提供。以所述方式，可变形的变速器元件18无间隙地沿环周方向通过形状配合的压紧连接固定在壳体构件4和盘22之间。盘22也借此固定在壳体7中。沿径向方向，通过壳体构件4的以及盘22的略微弹性的特性来补偿公差是可行的。

根据图4的变型形式和根据图2和图3的变型形式的区别在于，套筒部段20描述矩形的齿廓。通过壳体构件4以及通过盘22也形成齿部29、30，其中所述齿部29、30具有与套筒部段20相比更精细的齿距。以所述方式，齿部29或齿部30的始终沿环周方向相邻的两个齿共同地接合到套筒部段20的齿槽31中。齿部29、30的用32、33表示的齿在构件4、22的环周方向上具有显著的挠性，使得柔性的变速器元件18不仅形状配合地而且也在沿切向方向作用的预紧力下张紧在壳体构件4和盘22之间。齿22、23的可能的切向偏转在图4中通过箭头表明。通过所述可能的切向偏转，整个变速器元件18也至少低程度地切向柔软地紧固在壳体7中。

在图1的结构形式中，在覆盖件24的套筒状的紧固部段23和固定至壳体的边缘部段21之间的连接构成为简单的压紧连接。同样地，每个在图2至4中示出的几何构型适合于覆盖件24接合到壳体7上，通过所述构型分别提供形状配合的压紧连接。

在图5中说明在壳体构件4和盘22之间的原则上可考虑的直接连接，其中两个固定至壳体的构件4、22的轮廓部对应于根据图4的构型。在图5的情况下，不同于图4，盘22可以构成为带内齿部的驱动齿圈，所述驱动齿圈直接与在此未示出的可变形的变速器元件18共同作用。也在图5中草绘的情况中，通过齿32、33的由盘22或壳体构件4形成的略微的挠性，提供形状配合的压紧连接沿壳体构件4的以及盘22的环周方向的明显的弹性挠性，其中与根据图4的构型相比，可满足对构件4、22的几何精度的较高的要求。

附图标记列表：

1 谐波变速器

2 驱动元件

3 齿带

4 壳体构件

5 柱形头

6 密封件

7 壳体

8 从动齿圈

9 中心螺栓

10 凸轮轴

11 滚动轴承

12 调节轴

13 内环

14 波发生器

15 滚动体

16 外环

17 内部的柱形部段，齿部区域

18 凸缘套筒，柔性的变速器元件，环形元件

19 盘形部段

20 套筒部段

21 边缘部段

22 盘，实心构件

23 套筒形的紧固部段

24 覆盖件，环形元件

25 环形部段，盘形部段

26 止挡部段

27 轴密封环

28 附加件

29 齿部

30 齿部

31 齿槽

32 齿

33 齿

EP1，EP2 极点

FP1，FP2 边沿点

Claims (10)

1.一种谐波变速器，具有壳体构件(4)和保持在所述壳体构件上的变速器元件，所述变速器元件能通过波发生器(14)变形且构成为凸缘套筒，所述变速器元件具有齿部区域(17)和连接于所述齿部区域(17)的盘形部段(19)，所述齿部区域具有柱形形状，

其特征在于，

在所述盘形部段(19)上连接有与所述齿部区域(17)同心的且与其沿轴向方向重叠的套筒部段(20)，所述套筒部段形状配合地保持在所述壳体构件(4)的边缘部段(21)和构件(22)之间，所述边缘部段是柱形的且与所述套筒部段(20)相比是厚壁的，所述构件与所述凸缘套筒(18)相比是实心的且本身刚性的，并且所述套筒部段允许在高扭矩下相对转动，直至在所述套筒部段(20)和所述壳体构件(4)或刚性的所述构件(22)之间存在形状配合。

2.根据权利要求1的前序部分所述的谐波变速器，

其特征在于，

在所述盘形部段(19)上连接有与所述齿部区域(17)同心的且与其沿轴向方向重叠的套筒部段(20)，所述套筒部段在小扭矩下摩擦配合地保持在所述壳体构件(4)的边缘部段(21)和构件(22)之间，所述边缘部段是柱形的且与所述套筒部段(20)相比是厚壁的，所述构件与所述凸缘套筒(18)相比是实心的且本身刚性的，并且所述套筒部段允许在高扭矩下相对转动，直至在套筒部段(20)和所述壳体构件(4)或刚性的所述构件(22)之间存在形状配合。

3.根据权利要求1或2所述的谐波变速器，

其特征在于，

所述套筒部段(20)具有波形型廓。

4.根据权利要求3所述的谐波变速器，

其特征在于，

所述波形型廓具有径向极点(EP1，EP2)，所述径向极点贴靠在所述壳体构件(4)上和另一本身刚性的构件(22)上。

5.根据权利要求3所述的谐波变速器，

其特征在于，

所述波形型廓具有边沿点(FP1，FP2)，所述边沿点接触所述壳体构件(4)和另一本身刚性的构件(22)。

6.根据权利要求1或2所述的谐波变速器，

其特征在于，

所述套筒部段(20)构成为齿廓。

7.根据权利要求6所述的谐波变速器，

其特征在于，

可变形的所述变速器元件的齿廓接合到所述壳体构件(4)的齿部结构中，其中所述壳体构件(4)的多个齿(33)接合到可变形的所述变速器元件的所述套筒部段(20)的唯一的齿槽(31)中。

8.根据权利要求1、2、4、5或7中任一项所述的谐波变速器，

其特征在于，

作为实心的、本身刚性的构件(22)设有盘，所述构件连同所述壳体构件(4)一起借助于形状配合的压紧连接来固定可变形的所述变速器元件的所述套筒部段。

9.根据权利要求8所述的谐波变速器，

其特征在于，

所述盘构成为轴向轴承盘，用于轴向地支撑直接与可变形的所述变速器元件共同作用的从动齿圈(8)，或者构成为与所述从动齿圈(8)共同作用的转动角限制盘。

10.根据上述权利要求中任一项所述的谐波变速器的应用，

所述谐波变速器作为电凸轮轴调节器的调节变速器，或者作为用于改变活塞式发动机的压缩比的设备的调节变速器。

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