CN110857729A - 聚合物齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明题为“聚合物齿轮”。本发明公开了一种变速器，该变速器包括输入驱动轴、驱动齿轮、空转齿轮和从动齿轮。驱动齿轮旋转地固定到输入驱动轴，该输入驱动轴又可以但并非必须由发动机提供动力。空转齿轮可以包括安装到轴承的第二组齿轮齿，其中第二组齿轮齿由聚合物材料形成。用于空转齿轮的第二组齿轮齿可以与第一组齿轮齿啮合接合。从动齿轮可以包括与第二组齿轮齿啮合接合的第三组齿轮齿。从动齿轮可以旋转地固定到用于变速器泵的泵轴。输入驱动轴、驱动齿轮、空转齿轮和从动齿轮被构造成为变速器泵提供动力。

Description

聚合物齿轮

技术领域

本公开涉及齿轮系领域。更具体地讲，本公开涉及消除变速器齿轮系等中的齿轮啸叫噪声。

背景技术

许多车辆需要在宽泛的车辆速度(包括前进运动和后退运动)范围内下使用。然而，某些类型的发动机仅能在狭窄的速度范围内有效地运行。因此，经常采用能够在各种速比下有效地传输动力的变速器。变速器速比是输入轴速度与输出轴速度的比率。当车辆在低速下运行时，通常以高速比运行变速器，使得变速器可以使发动机扭矩倍增以提高加速度。在车辆速度高的情况下，以低速比运行变速器允许实现与安静且节油的巡航相关联的发动机速度。

大多数变速器配备有变矩器。当车辆静止或非常缓慢地移动时，变速箱输入速度小于发动机的最小运行速度。启动装置将扭矩从发动机传输到变速箱输入端，同时允许发动机以可接受的速度旋转。变矩器包括由发动机驱动的叶轮和驱动变速箱输入端的涡轮。通过液力将扭矩从叶轮传递到涡轮。

然而，由于设计、负载、温度影响和制造变化引起的缺陷，在齿轮啮合时，可能由齿轮系中的齿轮(诸如变速器等示例中的齿轮)产生的振动引起被称为齿轮啸叫声的扰人噪声。将齿轮啸叫噪声降低到可接受的水平是一项重大挑战，尤其是对于复杂变速箱(诸如但不限于，行星自动变速器)而言。齿轮啸叫声本质上是一种音调噪声，因为它会穿透车辆内部的其他噪声，驾驶员和乘客可能对其感到反感。

根据制造和装配公差以及在环境诸如变速器齿轮系中施加的负载下挠曲的部件，在齿轮相对于彼此旋转时可能出现齿轮传动误差。齿轮传动误差使得在齿轮啮合处产生振动，从而产生无法接受的齿轮啸叫噪声。例如，变速器中的齿轮啮合处的此类振动可以通过内部变速箱部件传输到外壳，该振动在该外壳处直接作为噪声辐射或者以振动形式通过底盘传递以在其他地方作为噪声辐射。

引起齿轮啸叫声的原因有两方面：(1)相互啮合的金属齿轮齿接合和脱离接合的一致性；以及(2)由相互啮合的金属齿轮齿顺序地接合和脱离接合引起的金属齿轮齿的固有频率周向振动。齿轮和小齿轮的传动误差是造成过度噪声激励的根本原因。理想的是，精确地制造齿轮和小齿轮，使得传动误差最小化。然而，由于存在制造误差，这并不可行。此外，由于齿面的静态和动态位移并且齿面未对准，传动装置将经历附加的性能问题。

因此，需要消除齿轮系内产生的齿轮啸叫噪声。

发明内容

本公开提供了使齿轮啸叫噪声显著地减少的变速器。变速器包括输入驱动轴和齿轮系，其中齿轮系包括主驱动齿轮、空转齿轮和用于变速器泵的从动齿轮。主驱动齿轮固定到输入轴，该输入轴又可以由发动机提供动力。空转齿轮可以包括安装到轴承的第二组齿轮齿，其中第二组齿轮齿由聚合物材料形成。轴承可以被设置在空转轴上。空转齿轮中的第二组聚合物齿轮齿可以与第一组齿轮齿啮合接合。从动齿轮可以包括与第二组齿轮齿啮合接合的第三组齿轮齿。变速器泵驱动齿轮可以旋转地固定到变速器泵的泵轴。输入轴、主驱动齿轮、空转齿轮和从动齿轮(用于泵)被构造成至少为变速器泵提供动力。

在非限制性变速器的示例中，前述轴承可以限定沿轴承的外圆周表面的沟槽，该沟槽相对于轴承的宽度偏离中心。该沟槽可以进一步限定沿沟槽的周向长度变化的沟槽深度。前述沟槽被构造成保持第二组聚合物齿轮齿的内圆周，该第二组聚合物齿轮齿由聚合物材料形成。应当理解，第二组聚合物齿轮齿可以但并非必须包覆模制到轴承上。前述齿轮系可以被设置在变速器外壳内，使得输入轴和空转轴可以但并非必须各自延伸穿过外壳中的对应孔口。

在本公开的又一个实施方案中，提供了一种齿轮，该齿轮包括轴承和安装在轴承上的聚合物外环。轴承可以但并非必须是滚珠轴承。轴承可以进一步限定在轴承的外表面中的凹槽。外环可以限定内圆周表面和外圆周表面，其中外圆周表面进一步限定沿外圆周表面的多个聚合物齿轮齿。轴承中的凹槽可以被构造成保持与聚合物外环的内圆周的至少一部分接合的外环。可以各种方式来构造轴承中的凹槽，诸如但不限于沿轴承的外表面的圆周的连续沟槽。凹槽可以但并非必须相对于轴承的宽度偏离中心。连续沟槽还可以但并非必须限定沿轴承的外表面的圆周变化的深度。连续沟槽形式的凹槽可以但并非必须限定底面、第一侧壁和第二侧壁。然而，在许多可能的另选方案中的一个另选方案中，凹槽可以被另选地构造为沿轴承的外表面的圆周限定的多个凹槽中的一个凹槽。多个凹槽中的每个凹槽可以与轴承的前表面垂直。

通过参考附图考虑的以下详细描述，本公开及其特定特征和优点将变得更加显而易见。

附图说明

通过以下详细描述、最佳模式、权利要求书和附图，本公开的这些特征和优点以及其他特征和优点将显而易见，在附图中：

图1是车辆动力总成的示意图。

图2是沿变矩器后面的切割线的图1的变速器的横截面的局部前视图，其中变速器包括变速器中的泵驱动齿轮和泵空转齿轮以及泵从动齿轮。

图3是变速器的另一部分的剖视图。

图4是用于变速器的在前支撑件上具有聚合物(空转)齿轮的示例性齿轮系的局部透视图。

图5是本公开的示例性非限制性聚合物齿轮的前视图。

图6A是可用于图5的聚合物齿轮的并在图6B中的轴承的横剖视图(沿线A-A截取)。

图6B是图6A中的轴承的前视图。

图7是在图5的聚合物齿轮中使用的另一示例性轴承的等轴视图，其中轴承限定多个凹槽。

在附图的若干视图的全篇描述中，类似的附图标号指代类似的零件。

具体实施方式

现在将具体地参考本公开的目前优选的组合物、实施方案和方法，该目前优选的组合物、该实施方案和该方法构成用于实践本发明人目前已知的本公开的最佳模式。附图未必按比例绘制。然而，应该理解，所公开的实施方案仅仅是本公开的示例，其可以各种形式和替代形式实现。因此，本文所公开的特定细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为用于本公开的任何方面的代表性依据和/或作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本公开的代表性依据。

除在示例中或者在另外明确指明的地方之外，本说明书中指示材料的量或反应和/或使用的条件的所有数值数量应被理解为在描述本公开的最宽范围时由词语“约”修饰。通常优选在数值范围内的实践。另外，除非另有明确说明，否则：百分比、“份数”和比率值按重量计；对适合或优选用于与本公开相关的给定目的的一组或一类材料的描述意指这组或类材料中的任何两种或更多种元素的混合物同样适合或优选用于与本公开相关的给定目的；首字母缩略词或其他缩写词的第一定义适用于相同缩写词在本文中的所有后续使用，并且经必要修改后适用于最初定义的缩写词的正常语法变体；并且，除非另有明确说明，否则属性的测量通过与先前或稍后针对相同属性引用的相同技术来进行。

还应当理解，本公开不限于下文所述的具体实施方案和方法，由于具体的部件和/或条件当然可以变化。此外，本文所用的术语仅用于描述本公开的特定实施方案的目的，并不旨在以任何方式进行限制。

还必须注意，除非上下文另外明确指明，否则如说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物。例如，对单数形式的部件的引用旨在包括多个部件。

术语“包括”与“包含”、“具有”、“含有”或“特征在于”同义。这些术语是包容性的并且是开放式的，并不排除附加的未列举的元素或方法步骤。

短语“由......组成”排除了权利要求中未指定的任何元素、步骤或成分。当该短语出现在权利要求的升降机主体14的条款中，而不是紧跟在前序之后时，该短语仅限制该条款中所述的元素；其他元素并未被排除在整个权利要求之外。

短语“基本上由......组成”将权利要求的范围限制为指定的材料或步骤，以及不会在实质上影响要求保护的主题的基本特征和一个或多个新型特征的那些材料或步骤。

可以另选地使用术语“包含”、“由......组成”和“基本上由......组成”。在使用这三个术语中的一个术语的情况下，目前公开的并且要求保护的主题可以包括使用其他两个术语中的任一个术语。

术语“上部”和“下部”可以相对于单个部件的区域使用，并且旨在广泛地指示相对于彼此的区域，其中“上部”区域和“下部”区域一起形成单个部件。这些术语不应被解释为仅指竖直距离/高度。

在引用了出版物的本申请全篇，这些出版物的全部公开内容据此以引用方式并入到本申请中，以更全面地描述本公开所属的现有技术领域。

以下具体实施方式本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开或本申请以及本公开的用途。此外，不希望受到前述背景技术或以下具体实施方式中提出的任何理论的约束。

以下具体实施方式本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本申请以及本发明的用途。此外，不希望受到前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示理论的约束。

本文描述了本公开的实施方案。然而，应该理解，所公开的实施方案仅仅是示例，并且其他实施方案可以采用各种形式和替代形式。附图未必按比例绘制；一些特征可能会被放大或被最小化，以显示特定部件的细节。因此，本文所公开的特定结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性依据。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施方案。然而，对于特定应用或具体实施，可能期望与本公开的教导内容一致的特征的各种组合和修改。

图1中示意性地示出了示例性车辆动力总成10。在图1中，实线表示机械连接件，诸如轴或固定比率传动装置。发动机12通过燃烧燃料来产生机械动力。变速器14在适合当前车辆需要的轴速度下将动力传输到差速器16，该轴速度可以比发动机12产生动力的轴速度快或慢。差速器16通过固定的最终传动比降低轴速度，并将动力传输到左驱动轮18和右驱动轮20，从而允许在车辆转弯时实现车轮之间的轻微速度差异。

变速器14可以包括变矩器22或其他启动装置和变速箱24。变矩器22包括固定到发动机曲轴的叶轮26和固定到变速箱输入轴的涡轮28。当叶轮26比涡轮28旋转得快时，通过液力将扭矩从叶轮26传递到涡轮28。可以接合旁路离合器30以通过摩擦将扭矩从叶轮26传递到涡轮28，从而减少液力动力传递中固有的动力损失。变速箱24包括多个液压致动的换挡元件。变速箱24通过接合各种子集的换挡元件来建立不同的速度比率。变速器泵32提供接合换挡元件的加压流体。发动机12产生的动力中的一些动力用于驱动变速器泵32，从而减少递送到差速器16的动力。为了使递送到差速器16的动力的百分比最大化并且因此减少发动机12消耗的燃料量，期望使变速器泵32的动力消耗最小化。

图2和图3示出了变速器14的一部分。在图3和图4中，发动机在左侧，并且后轮在右侧。变速器14包括变速器外壳(或壳体)40，该变速器外壳可以是组装在一起的一个或多个件。变矩器22位于变速器14的前部并且被设置在钟形外壳41内，该钟形外壳附接到变速器外壳40或者是外壳的整体部分。变矩器22包括叶轮26，该叶轮联接到发动机12的曲轴。变矩器22还包括连接到涡轮轴43的涡轮28。涡轮轴43驱动变速箱，该变速箱包括一个或多个行星齿轮组和由阀主体控制的离合器的布置。定子51被设置在叶轮26和涡轮28之间。

驱动齿轮44包括第一组齿轮齿45并且旋转地固定在输入轴42上(或者由该输入轴驱动)，其中输入轴42可以由发动机提供动力。驱动齿轮44被构造成用于至少为变速器泵32提供动力。空转齿轮46支撑在空转轴48上，该空转轴由变速器外壳40支撑。空转齿轮46是聚合物齿轮，与传统的金属齿轮相比，该聚合物齿轮具有相对较低的重量，并且进一步减少了齿轮系中的啸叫噪声。轴承50可以被设置在聚合物齿轮46的内孔和轴48的外表面之间。轴承50直接与聚合物外环78(具有齿轮齿52)接合，如本文进一步描述的。空转齿轮46的聚合物齿轮齿52与驱动齿轮44的齿轮齿45啮合接合，以便将动力从输入驱动轴42传输到泵齿轮(或从动齿轮)56。

重新参考图2，变速器泵32可以是位于变速器14的右下侧的偏轴泵。变速器泵32包括固定在泵轴54上的驱动齿轮56，该泵轴为泵32提供动力。驱动齿轮56具有齿轮齿58，该齿轮齿与空转齿轮46的齿轮齿52啮合接合，以便将动力从空转齿轮46传输到泵轴54。在另选的实施方案中，一个或多个附加的空转齿轮可以在齿轮46和泵驱动齿轮56之间啮合，以便将动力传输到泵轴54。如先前所指出的那样，在轴承50上引导空转齿轮46，其中空转齿轮46用于在驱动齿轮44和从动齿轮56之间传递扭矩。在泵轴54上引导从动齿轮(变速器泵驱动齿轮56)。

如图2中所示，本公开提供了一种变速器，该变速器包括输入轴42、驱动齿轮56、空转齿轮46和变速器泵齿轮56。驱动齿轮56固定到输入轴42，该输入轴又可以由发动机12提供动力。空转齿轮46可以包括直接安装到轴承50的第二组聚合物齿轮齿52，如本文进一步描述的。轴承50可以被设置在空转轴上。空转齿轮46中的第二组聚合物齿轮齿52可以与第一组齿轮齿45啮合接合。变速器泵驱动齿轮56可以包括与第二组聚合物齿轮齿52啮合接合的第三组齿轮齿58。变速器泵驱动齿轮56可以固定到变速器泵32的泵轴54。输入轴42、驱动齿轮44、空转齿轮46和变速器泵齿轮56被构造成为变速器泵32提供动力。

参考图5至图6B，在前述变速器中实现的前述轴承50可以限定沿轴承50的外圆周表面62(图6A至图6B)的沟槽60(参见图6A)。如图所示，沟槽60可以但并非必须相对于轴承50的宽度64偏离中心。如图6A中所示，凹槽76(以沟槽60的形式)可以但并非必须相对于轴承50的宽度64偏离中心，以便提供足以支撑轴承中的外圈63处的轴承滚珠61(或滚针或滚柱—未示出)的结构。用于聚合物齿轮46的轴承50的内圈70(图6A至图6B)被设置在变速器14的空转轴上(图2)。现在参考图6B，沟槽60可以进一步限定沿沟槽60的全长68变化的沟槽深度66。前述沟槽60被构造成轴向保持并且周向保持第二组(聚合物)齿轮齿52的内圆周表面77。应当理解，第二组聚合物齿轮齿52可以但并非必须包覆模制到轴承50上。如图4中所示，具有聚合物齿轮46的前述齿轮系53可以被设置在变速器外壳40内，使得输入轴42和空转轴各自延伸穿过外壳40中的对应孔口。

在本公开的又一个实施方案中，提供了一种聚合物齿轮46，该聚合物齿轮包括轴承50和安装在轴承50上的聚合物外环78。轴承50可以但并非必须是滚珠轴承88。轴承50可以进一步限定位于轴承50的外圆周表面62中的凹槽76。外环78可以限定内圆周表面77和外表面55，其中外表面55进一步限定沿外表面55的多个聚合物齿轮齿52。轴承50中的凹槽76可以被构造成保持聚合物外环78的内圆周表面77的至少一部分79。可以各种方式来构造轴承50中的凹槽76，诸如但不限于沿轴承50的外圆周表面62的连续沟槽60。如图6A中所示，凹槽76(以沟槽60的形式)可以但并非必须相对于轴承50的宽度64偏离中心，以便提供足以支撑轴承中的滚珠61(或滚针或滚柱—未示出)的结构。连续沟槽60还可以但并非必须限定沿轴承50的外表面62变化的深度66，如图6B中所示。再次参考图6A，连续沟槽60形式的凹槽76可以但并非必须限定底面82、第一侧壁84和第二侧壁86。然而，在许多可能的另选方案中的一个另选方案中，凹槽76可以另选地被构造为沿轴承50的外表面的圆周限定的多个凹槽78中的一个凹槽，如图7中所示。多个凹槽78中的每个凹槽76可以与轴承50的前表面80垂直。

尽管在前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施方案，但应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施方案仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或构型。相反，前述具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施方案的便捷路径图。应当理解，在不脱离所附权利要求书及其合法等效物中所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。

Claims (10)

1.一种变速器，包括：

输入驱动轴；

驱动齿轮，所述驱动齿轮旋转地固定到所述输入驱动轴，并且具有第一组齿轮齿；

空转齿轮，所述空转齿轮具有第二组齿轮齿，其中所述第二组齿轮齿由聚合物材料形成，所述第二组齿轮齿与所述第一组齿轮齿啮合接合，所述第二组齿轮齿被安装到轴承，并且所述轴承被设置在空转轴上；和

从动齿轮，所述从动齿轮具有第三组齿轮齿，所述第三组齿轮齿与所述第二组齿轮齿啮合接合，所述从动齿轮旋转地固定到用于变速器泵的泵轴；

其中所述输入轴、所述驱动齿轮、所述空转齿轮和所述从动齿轮被构造成为所述变速器泵提供动力。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中所述轴承限定沿所述轴承的外表面的沟槽，所述沟槽相对于所述轴承的所述宽度偏离中心。

3.根据权利要求2所述的变速器，其中所述沟槽限定沿所述沟槽的周向长度变化的沟槽深度。

4.根据权利要求3所述的变速器，其中所述沟槽被构造成保持所述第二组齿轮齿的内圆周。

5.根据权利要求4所述的变速器，其中所述第二组齿轮齿包覆模制到所述轴承上。

6.一种聚合物齿轮，包括：

轴承，所述轴承限定在所述轴承的外表面中的凹槽；和

外环，所述外环限定内圆周表面和外圆周表面，所述外圆周表面进一步限定多个聚合物齿轮齿；

其中所述凹槽被构造成保持所述外环并且与所述外环的所述内圆周的至少一部分接合。

7.根据权利要求6所述的聚合物齿轮，其中所述凹槽是沿所述轴承的所述外表面的连续沟槽。

8.根据权利要求6所述的聚合物齿轮，其中所述凹槽是沿所述轴承的所述外表面的圆周限定的多个凹槽中的一个凹槽。

9.根据权利要求7所述的聚合物齿轮，其中所述连续沟槽限定沿所述轴承的所述外表面的所述圆周变化的深度。

10.根据权利要求8所述的聚合物齿轮，其中所述多个凹槽中的每个凹槽与所述轴承的前表面垂直。

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