CN111828590A

CN111828590A - 齿轮、尤其是驻车棘轮

Info

Publication number: CN111828590A
Application number: CN202010306173.1A
Authority: CN
Inventors: U·迈尔
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-10-27
Also published as: US11598415B2; US20200332892A1; DE102019205608B4; DE102019205608A1

Abstract

本发明涉及齿轮(10)、尤其是驻车棘轮，其包括环形体(1)。环形体具有布置在环形体的外圆周上的用于嵌入棘爪(20)的第一啮合部(2)以及布置在环形体的内圆周上的用于与轴(30)形状锁合地连接的第二啮合部(3)。

Description

齿轮、尤其是驻车棘轮

技术领域

本发明涉及一种齿轮、尤其是用于自动变速器、自动化变速器或电驱动器的驻车棘轮和一种驻车锁定装置。

背景技术

驻车锁定是将变速器输出轴机械卡锁在变速器壳体上。在大多情况下，为此，将紧固在壳体上的棘爪挂入到输出轴的进行啮合的轮中。对于具有电动牵引驱动器的道路车辆来说经常需要进行机械的驻车锁定器，其在车辆静止时将驱动器刹住，以便避免车辆的无意的滚转。

通常，这通过可激活的棘爪实现，该棘爪嵌入齿轮的、尤其是驻车棘轮的槽中。当驻车锁定器不是在静止中被挂入，而是在车辆的速度很小时被挂入时，在挂入爪时可能发生撞击到驻车锁定器上。当车辆停止在缓坡中时，例如是这样的情况。当在挂入驻车锁定器时存在“齿对齿位置”时也会发生这种情并且爪只有在车辆溜滚后才可能卡入时。当驻车锁定器在车辆完全静止之前通过车辆驾驶员挂入时，也会发生这种情况。驻车锁定器、尤其是棘爪和驻车棘轮必须如下这样地确定规格，即，使得其承受住该负载。

在电动牵引驱动器中，电机的转子具有极大的惯性力矩。在驻车锁定器从很小的速度卡入时，不仅是车辆，而且还有电机的转子都必须被减速，这导致驻车锁定器受到极大的撞击负载。撞击能量通过随后的扭转振动过程来消减，扭转振动过程是系统的另外的负载，并且对于车辆乘客来说并不舒服地起作用。

轴向平移的环形弹簧作为如下结构元件所公知，其缓冲并且阻尼撞击，例如作为在铁路车辆中的减震弹簧所公知。

发明内容

本发明的任务是提供一种替选的齿轮、尤其是驻车棘轮以及替选的驻车锁定装置。

该任务通过具有权利要求1的特征的齿轮解决。该任务此外通过具有这种齿轮的驻车锁定装置解决。优选的设计方案由从属权利要求得到。

齿轮(其尤其是用于自动变速器、自动化变速器或电驱动器的驻车棘轮)包括环形体。在环形体的外圆周上布置有用于嵌入棘爪的第一啮合部。在环形体的内圆周上布置有用于与轴形状锁合地(formschlüssig)连接的第二啮合部。针对驻车棘轮的其他的术语是驻车锁定环或驻车齿轮。

第一啮合部被设定成用于以公知的方式和方法与棘爪协同作用。第二啮合部被设置成用于形状锁合地安置在变速器的轴上。该轴具有与齿轮的第二啮合部相对应的第三啮合部。

啮合部被理解为结构元件的、尤其环形体的或轴的如下成型部，其具有用于建立连接和/或用于提高摩擦的锯齿、尖齿或楔子。术语啮合部不仅可以看作齿的形状和布置，而且也可以看作齿的制造。

驻车锁定装置包括之前描述的齿轮和轴，齿轮安装到该轴上。在驻车锁定装置的已安装的状态下，第二啮合部和第三啮合部优选以形状锁合地交错嵌接的齿面径向对置地布置。换言之，存在轴-毂连接，其优选借助一种啮合式配合(也被称为花键)实现。啮合式配合是所谓的多重随动件连接，其中，转矩由齿面传递。轴是外啮合的，而齿轮是内啮合的。啮合式配合例如可以以一种花键轴或一种径向取向的端面齿啮合部(Hirth-Verzahnung)的形式存在。因此，可以将功率、转矩或转速可以从轴传递到齿轮上。

第二和第三啮合部不必是径向作用的，即不必径向对置地布置。第二和第三啮合部也可以轴向起作用，即也在轴向方向上延伸。端面齿啮合部就是用于轴向作用的、平坦侧向的啮合部的示例。

齿轮可以安装在变速器的不同的轴上、尤其是安装在变速器输入轴上、变速器的中间轴上、从动轴上或与相应的轴连接的轴上。特别优选地，轴是电机的转子轴，这是因为变速器可以经由传动比相应减小轮的转矩。因此，齿轮的规格可以确定得特别小。

第二啮合部尤其是设计成，使得在棘爪挂入到旋转的齿轮中时齿轮相对于形状锁合地连接的轴在径向方向上拉伸。

优选的是，第二和第三啮合部具有多个带有倾斜的齿面的齿。

第二和第三啮合部的齿的齿面的表面可以多种多样地设计。倾斜的齿面可以例如在其表面中是平坦的或凸圆的，即例如经变圆地实施。凸圆的齿面阻止在第二和第三啮合部扭转时的所谓的边缘承载(Katentragen)。可想到的是，仅第二啮合部凸圆地实施，而第三啮合部平坦地实施，或者仅第三啮合部凸圆地实施，而第二啮合部平坦地实施。也可想到的是，第二和第三啮合部都凸圆地实施。→赫兹应力。

如果驻车锁定装置的棘爪在安装有驻车棘轮的轴转动期间卡入第一啮合部中，那么齿轮就相对于轴扭转，并且在圆周方向上拉伸。换言之，齿轮的直径变大。在此，在齿轮缓冲了转矩撞击期间，齿轮吸收撞击能量。此外，由此，作用到棘爪上的负载明显减小。此外，通过第二啮合部的摩擦还阻尼了所形成的扭转振动，由此，驻车锁定装置更快速地衰减扭转振动系统的随后的扭转振动。在该过程期间，齿轮基本上受到拉力负荷。因此，一般而言，本发明能够实现最佳的能量吸收、即由于环形件的变形实现在环形体上的均匀的能量分布。

两个相邻的齿面的角度优选选择为使得避免轴的自锁并且确保在驻车锁定装置被去负荷之后轴的复位。在本发明的优选的实施方式中，两个彼此邻接的齿面的朝轴线方向敞开的角度α具有在140°至166°之间的角度。

该角度范围一方面阻止驻车锁定系统的在过小角度时形成的自锁。换言之，在该角度范围下，阻止了在第二和第三啮合部相对彼此扭转时的自锁，其中，驻车锁定系统至少包括轴和齿轮。应该避免自锁，这是因为在挂出棘爪后又可以出现息止状态，其中，息止状态意味着的是，第二和第三啮合部没有相对彼此扭转，即齿轮的直径是最小的。另一方面，该角度范围能够实现对于吸收撞击能量足够大的弹簧行程。太大的角度会减小弹簧行程。

在150°≤α≤156°之间的角度被证实为是特别优选的。该狭小的角度范围一方面对于阻止自锁来说，另一方面对于足够大的弹簧行程来说都是最佳的。

根据本发明的另一方面，提出了一种驻车锁定装置，其包括之前描述的齿轮和轴，齿轮布置在该轴上。按意义，针对齿轮阐述的优点也适用于具有这种齿轮的驻车锁定装置。

本发明并不局限于独立权利要求或从属权利要求的特征的说明的组合。此外得到如下可能性，即，使得从权利要求、随后对本发明的优选的实施方式的描述或直接从附图得到的各个特征相互组合。权利要求通过使用附图标记来对附图的参照并不旨在限制权利要求的保护范围。

附图说明

本发明的有利的随后阐述的实施方式在附图中示出。其中：

图1以轴向的剖视图示出在优选的实施方案中的齿轮；

图2以立体图示出图1的齿轮；

图3示出图1的齿轮，其具有第二啮合部的优选的角度；

图4a、4b示出了倾斜的齿面的特性，例如它们可以在根据图1至3的实施方式中使用。

具体实施方式

图1示出了呈为未示出的车辆变速器的未详细示出的驻车锁定装置的驻车棘轮形式的齿轮10和棘爪20，棘爪挂入驻车棘轮10的第一啮合部2中。驻车棘轮10与轴线98同轴地布置。棘爪20与轴线99同轴地布置。两个轴线98、99相互轴线平行地布置。

驻车棘轮10包括环形体1。环形体1包括布置在环形体1的外圆周上的用于嵌入棘爪20的第一啮合部2。环形体1此外包括布置在环形体1的内圆周上的用于与未示出的轴形状锁合地连接的第二啮合部3。两个啮合部2、3是径向作用的啮合部。第一啮合部2以公知的方式和方法具有齿4，该齿具有带直齿的齿面4a、4b。在相邻的齿4之间存在相应的凹部。内啮合部3具有带有侧向齿面5a、5b的齿5。与第一啮合部2的齿4的齿面4a、4b不同地，第二啮合部3的齿5的齿面5a、5b是倾斜的。在相邻的倾斜的齿面5a、5b之间存在角度α。角度α位于150°≤α≤156°的范围内(参见图3)。换言之，齿面5a、5b的仰角是12°≤β≤15°。

图2以立体图示出了图1的驻车棘轮10和轴30，在轴上布置有驻车棘轮10。轴30(其是电机的转子轴)具有第三啮合部32，该第三啮合部与驻车棘轮10的第二啮合部3相对应。第三啮合部32因此是径向作用的、即在径向方向上延伸的、具有齿34的啮合部。齿34具有倾斜的齿面34a、34b。齿面34a贴靠在齿面5a上，而齿面34b贴靠在齿面5b上。轴30(其当前是未详细示出的电动马达的转子轴)经由其贴靠面34a、34b形状锁合地转移到贴靠面5a、5b进而是驻车棘轮10。

如果棘爪20在驻车棘轮10旋转时挂入第一啮合部中，那么驻车棘轮10相对于轴30扭转，并且在圆周方向97上被拉伸，即换言之，驻车棘轮10的半径变大。在此，在驻车棘轮缓冲了转矩撞击时，驻车棘轮10还吸收撞击能量。由此，一方面，作用到齿面20上的负载可以明显减小，并且另一方面可以通过内啮合部的摩擦阻尼了所形成的扭转振动。

此外，通过第二啮合部的摩擦阻尼了所形成的扭转振动，由此，使驻车锁定设备更快速地衰减扭转振动系统的随后的扭转振动。在该过程期间，齿轮基本上受到拉力负荷。因此，一般而言，本发明能够实现最佳的能量吸收、即通过环形件的变形实现了在环形体上的均匀的能量分布。

在当前的示例中，扭转振动系统可以以如下方式简化地描述：电机的转子实施扭转振动。扭转弹簧由在挂入爪时处于力锁合中的所有构件的弹性形成。这主要是(多个)连接轴的相应的部分的弹性、驻车棘轮10的弹性、棘爪20的弹性和吸收来自爪支承部的力的壳体部分的弹性。振动程度基本上由电机的转子的惯性力矩构成。

图3示出了图1的驻车棘轮，其中，附加地画入了优选的角度α，该角度当前在150°至156°之间。

此外示出了仰角β。该角度β由延伸通过点P1的切线和连接线(其延伸通过点P1和P2)展开。点P1是如下点，相邻的齿面5a、5b在该点中相交，并且该交点相对于驻车棘轮10的轴线98具有最小的距离r1。P2是如下点，相邻的齿面5a、5b在该点中相交，并且该交点P2相对于驻车棘轮10的中心点具有最大的距离r2。该角度β是所谓的仰角，并且是12°≤β≤15°。

角度α和β之间的公式化的关系是：

α＝180°-2β。

图4a和4b示出了倾斜的齿面的特性，例如它们可以在根据图1至3的实施方式中使用。在图4a中，齿5具有倾斜的且平坦的齿面5a、5b。相反地，齿34的齿面34a、34b倾斜地并且凸圆地实施。在图4b中相反的是：齿34的齿面34a、34b倾斜地并且平坦地实施，而齿5的齿面5a、5b倾斜地和凸圆地实施。图4b在没有轴的情况下示出了驻车棘轮10的凸圆的齿面5a、5b。

本发明借助附图和说明书全面地描述和解释。描述和解释被理解为示例，并且不受限制地被理解。本发明并不局限于公开的实施方式。对于本领域技术人员来说，在使用本发明时以及在精确分析附图、公开内容和随后的权利要求时会得到其他的实施方式或变型方案。

在权利要求中，词语“包括”和“具有”不排除存在另外的元件或步骤。不定冠词“一个”不排除存在多个。单个元件或单个单元可以实施其中多个在权利要求中提到的单元的功能。在多个不同的从属权利要求中的一些措施的简单的提及不应被理解为：这些措施的组合不能同样被有利地使用。

附图标记列表

1 环形体

2 第一啮合部、外啮合部

3 第二啮合部、内啮合部

4 齿、第一啮合部的齿

4a、4b 齿面

5 齿、多个齿

5a、5b 齿面、贴靠面

6 第一啮合部的(多个)凹部

7 第二啮合部的(多个)凹部

10 齿轮、驻车棘轮

20 棘爪

30 轴、转子轴

32 第三啮合部

34 齿、第三啮合部的齿

34a、34b 齿面、贴靠面

97 轴、齿轮的转动方向；拉伸的方向(圆周方向)

98 齿轮的、轴的轴线

99 棘爪的摆动轴线

P1 内啮合部的具有与中心点的最小的距离的点

P2 内啮合部的具有与中心点的最大的距离的点

t 切线

d P1与P2之间的连接线

r1 半径、中心点与P1之间的距离

r2 半径、中心点与P2之间的距离

Claims

1.齿轮(10)，所述齿轮包括环形体(1)，所述环形体具有：

-布置在所述环形体的外圆周上的用于嵌入棘爪(20)的第一啮合部(2)，

-布置在所述环形体的内圆周上的用于与轴(30)形状锁合地连接的第二啮合部(3)，

-其中，所述第二啮合部(3)设计成，使得在将所述棘爪(20)挂入到旋转的齿轮(10)中时所述齿轮(10)相对于形状锁合地连接的轴在径向方向上拉伸。

2.根据权利要求1所述的齿轮，其中，所述第二啮合部(3)具有多个带有倾斜的齿面(5a、5b)的齿(5)。

3.根据权利要求2所述的齿轮，其中，两个彼此邻接的齿面(5a、5b)的朝轴线(98)方向敞开的角度α选择为使得避免所述轴(30)的自锁并且确保在驻车锁定装置被去负荷之后所述轴(30)的复位。

4.根据权利要求3所述的齿轮，其中，所述角度为140°≤α≤166°。

5.根据权利要求3所述的齿轮，其中，所述角度为150°≤α≤156°。

6.根据权利要求1所述的齿轮，其中，所述齿轮(10)是用于驻车锁定装置的驻车棘轮。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮，其中，所述第一啮合部(2)和所述第二啮合部(3)是径向作用的啮合部。

8.驻车锁定装置，所述驻车锁定装置包括根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮和轴(30)，所述齿轮(10)布置在所述轴上。