CN111492154A - 齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮传动装置，其具有斜齿式的第一和第二齿轮(1、2)，斜齿式的第一和第二齿轮彼此啮合以用于在例如针对牵引力矩和惯性力矩的不同方向上传递力矩，并且第一和第二齿轮(1、2)的齿部(3)分别具有齿根直径(12)和节圆直径(13)，并且第一和第二齿轮(1、2)分别具有相对应的环形的推力凸起(4、5)，并且相对应的推力凸起(4、5)分别形成具有覆盖区域的滚道(8、9、10、11)，因此构造出用于牵引力矩的第一和第二滚道(8、9)和用于惯性力矩的第三和第四滚道(10、11)，并且每个覆盖区域都具有接触面或接触点(14、15)，并且每个接触点(14、15)都位于接触圆直径(16、17)上，其中，用于牵引力矩的接触面或接触点(8、9)和用于惯性力矩的接触面或接触点(10、11)在空间上彼此分开地布置，从而构造出第一和第二接触面或接触点(14、15)，并且用于牵引力矩和惯性力矩的第一和第二接触面或接触点(14、15)径向上彼此错开地布置。

Description

齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮传动装置，其具有根据权利要求1的前序部分的用于在例如针对牵引力矩和惯性力矩的不同方向上传递力矩的第一和第二斜齿式轮。

背景技术

在当今的齿轮传动装置中，例如在机动车辆的驱动系中，出于声学原因主要使用斜齿部。

与直齿部相比，斜齿部会在齿轮之间产生额外的轴向力，这些轴向力必须被加以支撑。这些力通常经由各自的轴承引到壳体中。为此，机械上的额外费用在尺寸和成本方面产生了缺点。此外，存在额外的轴承损耗，这降低了效率。

为了减少该问题，存在一些解决方案，其中，齿轮区域中的轴向力通过所谓的推力凸起上的相对应的接触面来补偿。

DE 37 07 992 C2示出了紧凑且低成本的解决方案，其中，推力凸起接触点远离节点。在此，接触点直接位于齿轮的齿根圆直径的下方。由于在接触点处相对较高的滑动速度，因此该构思在效率方面是不利的。但是，此方案在当前广泛使用。

EP 0 021 223 B1示出了一种构造方案，其中，推力凸起接触点位于节点附近。由于在接触点上的低滑动速度，该解决方案在效率方面是有利的，但是由于需要诸如推力凸起和轴向压力元件的额外构件，因此需要额外的构造成本。

EP 1 493 947 A1试图通过推力凸起抵靠在侧向的齿轮面上来组合上述两种解决方案的优点。然而，由于振动是由移动的受力点激发的，因此所导致的中断的滚道引起了声学上的缺点。

发明内容

本发明的目的是解决上述目标冲突，并提出一种低成本的紧凑的齿轮传动装置，其具有较低的构造成本、较低的效率损失并且没有声学上的缺点，其特别是适合于利用牵引力矩的行驶以及适合于在机动车辆的驱动系中的应用，例如在车辆变速器中。

本发明基于如下的观点，即，在齿轮传动装置中存在首选的转矩方向，其中，效率是特别重要的。对于机动车辆而言这通常是利用牵引力的行驶，也就是说在牵引力矩下的牵引运行。在此，行驶时间份额很高，并且燃料消耗以及效率和噪声对于机动车辆很重要。

对于相反符号的转矩，即例如，在惯性中的行驶，由于驾驶员已经在减速或者甚至处于制动模式，因此行驶时间份额显著减少，并且车辆变速器的或机动车辆的效率程度不那么重要。

本发明的优点和任务的解决方案。

本发明旨在，在上述类型的齿轮传动装置中以空间上分开的方式布置用于牵引力矩的接触面或接触点以及用于惯性力矩的接触面或接触点，因此设置第一和第二接触面或第一和第二接触点，并且用于牵引力矩和惯性力矩的第一和第二接触面或第一和第二接触点径向上彼此错开地布置。(针对A1)

因此，以有利的方式提出了具有两个推力凸起和两对滚道的齿轮传动装置。由于特别是用于牵引和惯性力矩的第一和第二接触面或接触点径向上彼此错开地布置，使得接触面的或接触点的特性最佳地匹配于利用牵引力矩和惯性力矩的各个行驶的要求，也就是说，对于在利用牵引力矩的沿首选的转矩方向的行驶，推力凸起在效率方面是优化的，并且对于在惯性力矩中的行驶，推力凸起在成本方面是优化的。

本发明的改进方案是特别有利的，其中规定：第一接触面或第一接触点在用于牵引力矩的与效率相关的转矩方向上布置在节圆直径附近。由于第一和第二齿轮的两个接触面或接触点的滑动速度低，因此针对牵引运行中的高行驶时间份额得到了高效的构造方案。

如果该接触面或接触点小于所涉及的两个齿轮的中心距的百分之二(2)地偏离节圆直径，则该接触面或接触点可被称为在该节圆直径附近。

有利的是，在用于惯性力矩的次选的转矩方向上第二接触面或第二接触点设置在齿根圆直径之下。在惯性运行中通常不会期望高的行驶时间份额，因此可以为此选择低成本的构造方案。(针对A2)

在本发明的改进方案中规定：将用于牵引力矩的第一接触面或第一接触点布置成比用于惯性力矩的第二接触面或第二接触点更接近节圆直径。因此，以这种有利的方式而可能的是：对于牵引力矩和惯性力矩可以提出接触面或接触点并且因此是推力凸起的不同的特性。(针对A3)

本发明的有利的改进方案规定：用于牵引力矩和惯性力矩的相对应的滚道以在几何形状方面不相同地成形出，例如锥形/锥形和/或锥形/球形地成形出。(针对A4)

在本发明的另一种改进方案中，至少一个第一滚道一体地构造在第一齿轮上。这对于惯性运行中的支撑是优选的，因为效率在此不那么重要，也就是说，无需独立的推力凸起。这是有利的，因为不需要额外的构件。(针对A5)

在本发明的改进方案中，在第一齿轮处，至少一个第二滚道设置在独立的构件、特别是推力凸起上。因此，可以有利地不依赖于第一滚道地选择第二滚道的几何形状。(针对A6)

不言而喻，在第二齿轮处，第一滚道也可以与齿轮制成一体地实施，并且第二滚道也可以作为独立的构件实施，如上面已经以有利的方式针对第一齿轮所描述的那样。(针对A7和A8)

在根据本发明的齿轮传动装置的有利的改进方案中，构造出用于牵引力矩和惯性力矩的具有第一和/或第二滚道的推力凸起。因此能够实现两个滚道的分开和两个滚道在一个构件，即，推力凸起上的简单制造。(针对A9)

有利地提出：接触面的几何形状至少近似相应于截锥的周侧面。这呈现了能简单且低成本制造的表面。(针对A10)

在齿轮传动装置的另一种构造方案中提出，两个相互配属的滚道中的相应至少一个滚道的锥形几何形状具有凸度地分别重叠。这有利地实现：即使在推力凸起轴线彼此有角偏差(这例如由于轴弯曲造成)的情况下，接触面中的表面承压曲线图也是有利的，并且因此在边缘区域不会出现增加的面压力。(针对A11)

在本发明的另一个改进方案中，驱动的齿轮的接触圆直径构造成大于节圆直径。因此，在接触圆直径上的接触点中载荷沿与齿部方向相同的方向传递，并且因此有利地避免了无功功率。(针对A12)

在本发明的有利改进方案中，与第一或第二齿轮相邻的构件构造为推力凸起。在此，推力凸起的滚道例如可以直接被加工到轴或相邻的齿轮中，由此可以有利地节省作为单独的构件的推力凸起。(针对A13)

在本发明的另一种改进方案中提出：推力凸起单独地构造并且与齿轮焊接或压装部或者借助压配合来接合。在此，推力凸起可以有利地力锁合地、形状锁合地或材料锁合地与齿轮连接。(针对A14)

在本发明的一种替代的改进方案中提出：齿部构造为单独的齿圈，该齿圈紧固在构件上，例如焊接或压装或借助压配合或粘接来接合，并且该构件有利地具有推力凸起。(针对A15)

在本发明的另一构造方案中提出：两个齿轮中的一个齿轮被构造为可切换的浮动轮并且没有自己的轴向支承，因为该浮动轮有利地具有推力凸起以补偿轴向力。(针对A16)

在特别有利的改进方案中，提出了将根据本发明的齿轮传动装置用于例如机动车辆的驱动系中。由于上述优点基本上在车辆变速器中同时实现，即，不依赖于齿轮的齿顶高修正地获得牵引运行中的良好的效率、较低的制造成本、紧凑的构造方式以及效率最佳地设计推力凸起，从而可以最佳地设计齿轮本身。另外，有利地提出了一种齿轮传动装置，其基本上没有声学上的缺点。(针对A17)

此外，本发明的优点在于，通过多次利用几个部件以少的构件实现功能。

定义

为了更好地理解本发明，特别是说明书和权利要求，在本专利申请中使用的关键技术术语定义如下：

齿轮传动装置的两个齿轮的“节点”是两个齿轮的速度矢量相同的理论上可获得的点。(从空间上看，这是沿着相对应的齿的纵向伸展且与齿轮的转动轴线平行的直线)

“推力凸起”表示具有滚道的构件。

推力凸起上的“滚道”包括转动运动过程中所有可能的接触面。

“接触面”是推力凸起上的面，相对应的齿轮在该面上支撑彼此的轴向力。

“推力凸起接触点”是接触面的中心点。通常，滚道的端侧(从径向截面看)锥形地实施，而相对应的滚道则锥形地、具有凸度地重叠。触碰部位(理想地被认为是刚性的)是推力凸起接触点。

由于并非每种几何组合都在触碰部中限定出点(例如，锥-锥→线；平面-平面→面)，因此替选地，“接触点”也称为具有最高赫兹压力的“接触面”的点。

附图说明

本发明的其他目标、优点、特征和应用可行性由下面参照附图对多个实施例的描述得出。其中：

图1以剖视图示出了根据本发明的具有第一和第二推力凸起的第一齿轮对；

图2以放大的视图示出了根据图1中的细节“Z”的第一和第二推力凸起；

图3以纵向截面图示出了根据本发明的仅具有一个单独的推力凸起的第二齿轮对；

图4以放大的视图示出了根据图3中的细节“Z”的具有对应的滚道的推力凸起；

图5以纵向截面图示出了根据本发明的具有在毂上的推力凸起的第三齿轮对；

图6以放大图示出了根据图5中的细节“Z”的在毂上的推力凸起；

图7以立体图示出了具有端侧的滚道的齿轮段；

图8以示意图示出了具有驱动系的机动车辆。

具体实施方式

对于图1和图2

图1示出了本发明的具有斜齿式的第一齿轮(1)和斜齿式的第二齿轮(2)的齿轮对的可能的第一实施方式，斜齿式的第一齿轮和斜齿式的第二齿轮经由工作齿部(3)彼此嵌接以传递转矩。第一齿轮(1)设有单独的环形第一推力凸起(4)，第二齿轮(2)设有单独的环形第二推力凸起(5)，它们形成了对应的推力凸起对(6)。

环形的第二推力凸起(5)同中心地处在第二齿轮(2)上并借助压装部(7)轴向固定(图2)。第一推力凸起(4)同样同中心地处在第一齿轮(1)上并借助压装部固定。本领域技术人员已知，除了压装部以外，还存在其他改型技术方法，以产生形状锁合的固定以防止轴向位移。

推力凸起(4、5)具有环形的滚道(8、9；10、11)。第一和第二滚道(8、9)在其触碰部位上形成在第一接触圆直径(16)上的第一接触点(14)，该第一接触圆直径在齿部(3)的节圆直径(13)附近。由此在第一和第二推力凸起(4、5)之间仅存很小的滑动速度并且获得了良好的效率。因此，选择工作齿部(3)的倾斜方向，以便推力凸起对在首选的转矩方向上(即牵引)起作用。因此，在牵引力矩的情况下，第一和第二滚道(8、9)用于支撑轴向力，而在惯性力矩的情况下，第三和第四滚道(10、11)用于支撑轴向力。

第一齿轮(1)具有第三滚道(10)，该第三滚道直接引入齿轮(1)的主体中，并且第三滚道与第四滚道(11)一起在推力凸起(5)的内侧上形成第二接触点(15)；第二接触点位于齿根圆直径(12)之下的第二接触圆直径(17)上，即，位于小于齿根圆直径(12)的直径上。

两个滚道，即第一滚道(8)和第三滚道(10)锥形地实施。相应对应的第二滚道(9)和第四滚道(11)锥形地实施并具有凸度地重叠。

第一和第二滚道(8、9)在节圆直径(13)上的节点附近形成第一接触点(14)。由此在触碰的滚道(8、9)之间仅存在很小的滑动速度并且获得了良好的效率。因此，选择工作齿部(3)的倾斜方向，以便第一和第二滚道(8、9)的滚道对在首选的转矩方向上起作用，其中，在当前示例中，首选的转矩方向相应于牵引力矩的方向。

因此，第三和第四滚道(10、11)在相反的转矩例如惯性力矩的情况下起作用。由于该第二接触点(15)与节点或节圆直径(13)具有较大的间隔，因此滑动速度在此是较高的并且因此效率较差。因此，第三和第四滚道(10、11)用于次选的转矩方向，这里是惯性、减速等。

对于图3和图4

图3中的实施例的工作原理类似于图1中的解决方案，但是具有结构简化的实施方案。第三齿轮(18)与第四齿轮(19)啮合，第四齿轮(19)一体地直接引入到轴(20)中。第三齿轮(18)设有独立的第三推力凸起(21)，该第三推力凸起与所属的齿轮(18)例如焊接。

然而，为了节省另外的独立的推力凸起，将第五滚道(22)直接引入到轴(20)中。在该部位上也可以将任何其他相邻的构件(例如齿轮)用作滚道的容纳部。

第三推力凸起(21)(图4)类似于在图1和2中的第二齿轮(2)和第二推力凸起(5)的图示地构造并且被施加到第三齿轮(18)上。第三推力凸起(21)具有第六滚道(23)，该第六滚道与在轴(20)中的第五滚道(22)协同作用。第三推力凸起(21)还包含第八滚道(25)，该第八滚道又与第七滚道(24)协同作用；与第五滚道(22)一样，第八滚道直接且一体地引入到轴(20)中。由此有利地节省了另外的独立的推力凸起。

对于图5和图6

如在图1至图4的先前图示中，两个接触点不必强制位于工作齿部的一侧。在下面的实施例中(图5和6)，滚道的接触点位于工作齿部的两侧。

因此在接下来的实施例中，一方面将齿环(28)施装到毂(26)上。为了在齿环与毂之间进行转矩传递特别是提供焊接、携动齿部或压配合。毂(26)上的环形环绕的凸缘不仅用作在齿环(28)装配期间的止挡，而且也用于构造出第四推力凸起(29)，因此该第四推力凸起与毂一体地构造。

另一方面，在第二轴(27)上一体地引入有工作齿部(30)，该工作齿部与齿环(28)连接以传递转矩。另外的第五齿轮(31)与齿部(30)紧邻地紧固在第二轴(27)上。

第九滚道(32)安置在第四推力凸起(29)的外端侧，并与第十滚道(33)协同作用，该第十滚道(33)直接且一体地引入到第二轴(27)中。

在工作齿部(30)的相对置的侧上，第十一滚道(34)直接安置在齿环(28)的端侧上。其与第五齿轮(31)的端侧上的第十二滚道(35)相对应。

该实施例的特征在于，相邻的第五齿轮(31)用于构成第十二滚道(35)。另一个特征是第四推力凸起(29)与毂(26)一体地实施，并且齿环(28)接合在第四推力凸起上。由此有利地避免了独立的推力凸起的构造和安置并且减少了所使用的构件的数量。

对于图7

图7示出了具有整合的环形的端侧的滚道(37)的齿轮段(36)的侧视图。在接触面(38)上，通常来自斜齿部的轴向力被引导向相对应的齿轮。在滚道(37)和未示出的另一齿轮的相对应的滚道之间构造出最小的接触时，接触面减小至接触点(39)。

对于图8

在图8中示出了根据本发明的齿轮传动装置在机动车辆(40)的驱动系(45)中的应用。内燃机即VKM(42)直接与车辆变速器(43)连接，并经由差速器(44)驱动车桥的车轮(41)。在此，所有组件即VKM(42)、车辆变速器(43)、差速器(44)和车轮(41)构成了机动车辆(40)的驱动系(45)。

附图标记列表

1 第一齿轮

2 第二齿轮

3 斜齿部/工作齿部

4 第一推力凸起

5 第二推力凸起

6 推力凸起对

7 压装部

8 第一滚道

9 第二滚道

10 第三滚道

11 第四滚道

12 齿根圆直径

13 节圆直径

14 第一接触点

15 第二接触点

16 第一接触圆直径

17 第二接触圆直径

18 第三齿轮

19 第四齿轮

20 第一轴

21 第三推力凸起

22 第五滚道

23 第六滚道

24 第七滚道

25 第八滚道

26 毂

27 第二轴

28 齿环

29 第四推力凸起(凸缘)

30 工作齿部

31 第五齿轮

32 第九滚道

33 第十滚道

34 第十一滚道

35 第十二滚道

36 齿轮段

37 滚道，整合的

38 接触面

39 接触点

40 机动车辆

41 车轮

42 VKM

43 变速器

44 差速器

45 驱动系

Claims (17)

1.齿轮传动装置，其具有斜齿式的第一和第二齿轮(1、2)，所述斜齿式的第一和第二齿轮彼此啮合以用于在针对牵引力矩和惯性力矩的不同方向上传递力矩，

其中，能限定驱动的齿轮和被驱动的齿轮，

并且第一和第二齿轮(1、2)的齿部(3)分别具有齿根圆直径(12)和节圆直径(13)，并且

第一和第二齿轮(1、2)分别具有相对应的环形的推力凸起(4、5)以用于支撑通过牵引力矩和惯性力矩造成的相反的轴向力，

并且相对应的推力凸起(4、5)分别形成具有覆盖区域的滚道(8、9；10、11)，从而构造出用于牵引力矩的第一和第二滚道(8、9)以及用于惯性力矩的第三和第四滚道(10、11)，

并且每个覆盖区域都具有接触面或接触点(14、15)，

并且每个接触点(14、15)都位于接触圆直径(16、17)上，

其特征在于，

用于牵引力矩的接触面或接触点(14)和用于惯性力矩的接触面或接触点(15)在空间上彼此分开地布置，

从而构造出第一和第二接触面或接触点，并且用于牵引力矩和惯性力矩的第一和第二接触面或接触点(14、15)径向上彼此错开地布置。

2.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，用于牵引力矩的第一接触面或第一接触点(14)设置在节圆直径(13)附近，并且用于惯性力矩的第二接触面或第二接触点(15)设置在齿部(3)的齿根圆直径(12)之下。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其特征在于，用于牵引力矩的第一接触面或第一接触点(14)比用于惯性力矩的第二接触面或第二接触点(15)布置得更靠近节圆直径(13)。

4.根据权利要求1、2或3所述的齿轮传动装置，其特征在于，用于牵引力矩和惯性力矩的相对应的滚道(8、9、10、11)以几何形状不同的方式成形出，例如锥形/锥形和锥形/球形地成形出。

5.根据前述权利要求中任一项所述的齿轮传动装置，其特征在于，至少一个第三滚道(10)一体地构造在第一齿轮(1)上。

6.根据权利要求5所述的齿轮传动装置，其特征在于，在所述第一齿轮(1)处，至少一个第二滚道(9)设置在独立的构件、特别是第一推力凸起(4)上。

7.根据权利要求5或6所述的齿轮传动装置，其特征在于，在齿轮(19)上一体地构造有至少一个第五滚道(22、24)。

8.根据权利要求7所述的齿轮传动装置，其特征在于，在第二齿轮(2)处，至少一个第一滚道(8、11)设置在独立的构件、特别是第二推力凸起(5)上。

9.根据权利要求6或8所述的齿轮传动装置，其特征在于，构造有具有第一和/或第二滚道(8、9)的推力凸起(4、5)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述接触面(38)的几何形状至少近似相应于截锥的周侧面。

11.根据权利要求10所述的齿轮传动装置，其特征在于，锥形几何形状具有凸度地重叠。

12.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，驱动的齿轮的接触圆直径(16、17)大于所述驱动的齿轮的节圆直径(13)。

13.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，与所述第一或第二齿轮相邻的构件(29、31)构造为推力凸起。

14.根据权利要求1至12中的一项所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述推力凸起(4、5)与齿轮(1、2)焊接或压装或借助压配合来接合。

15.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述齿部(30)构造为齿环(28)并且被紧固在构件例如毂(26)上，例如焊接或压装或借助压配合或粘接来接合，并且所述构件(26)具有推力凸起(29)。

16.根据权利要求1所述所述的齿轮传动装置，其特征在于，两个齿轮(1、2)中的一个齿轮构造为能切换的浮动轮并且没有自己的轴向支承部。

17.根据上述权利要求中任一项所述的齿轮传动装置在例如针对机动车辆的驱动系(45)中的应用。

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