CN112576701A - 齿轮和齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿轮(6)，所述齿轮包括环形的齿轮体(13)，所述齿轮体具有内周面(14)和外周面(8)，在所述外周面(8)上设置带有齿(15)的齿部(7)，其中，所述齿部(7)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 1至Rz 25之间的表面粗糙度，并且内周面(14)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 12之间的表面粗糙度，或者所述齿部(7)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3和Rz 25之间的表面粗糙度并且所述内周面(14)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 25之间的表面粗糙度，并且在内周面(14)上沿径向方向突出于内周面地设置至少三个突起(21)。

Description

齿轮和齿轮传动装置
技术领域
本发明涉及一种齿轮，所述齿轮包括环形的齿轮体，所述齿轮体具有内周面和外周面，在外周面上设置带有齿的齿部。
本发明还涉及一种齿轮传动装置，所述齿轮传动装置包括多个相互啮合的齿轮，至少一个所述齿轮设置在轴是，特别是平衡轴上。
背景技术
齿轮传动装置在内燃机中主要是在动力传动系中用于以将释放到汽缸中的能量传递到车轮或其他耗能器上。这里，由于制造公差，相互啮合齿轮的齿之间的间隙会变得较大，为此要采用各种方法，用以减小所述间隙，因为这会导致噪声和振动增加，所述噪声和振动在乘客舱中也干扰性地被感受到。如今，改善所谓的NVH特性(＝声振粗糙度)的一种常见途径是打磨齿轮的齿部。出于相同的目的，还在内燃机中使用质量平衡轴，在所述质量平衡轴上设置齿轮，这些齿轮与传动系的齿轮啮合。
发明内容
本发明的目的是，简化齿轮传动装置的提供或具有改善的NVH特性的齿轮传动装置的提供。
本发明的目的在前面所述的齿轮中这样来实现，即，齿部具有根据DIN EN ISO4287在Rz 1至Rz 25之间的表面粗糙度，并且内周面具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 12之间的表面粗糙度，或者根据DIN EN ISO 4287，齿部具有根据DIN EN ISO 4287在Rz 0.3至Rz 25之间的表面粗糙度，并且内周面具有根据DIN EN ISO 4287在Rz 0.3至Rz25之间的表面粗糙度，并且在内周面上设置沿径向方向突出于内周面的至少三个突起。
此外，所述目的还利用前面所述的齿轮传动装置来实现，其中，平衡轴上的齿轮根据本发明构成。
这里，有利的是，在两种变型中都不再需要打磨，从而省去了昂贵且耗时的加工步骤。替代于此，根据第一实施变型，为了提供所需的公差，可以仅对于内周面进行磨削或加工，例如车削，由此可以由于几何形状上的原因明显简化了加工。相反，在第二实施变型中，也可以省去对内周面的加工，因为可以通过在安装齿轮时三个突起的塑化来实现齿轮功能所需的公差。因此，对于安装齿轮正常使用的接合间隙的标称尺寸也可以用于改善齿轮的同心度。
根据本发明的实施变型，可以设定，所述是烧结齿轮并且齿部设计成具有烧结粗糙度，和/或所述齿轮在内周面上具有突起的设计方案中是烧结齿轮并且内周面设计成具有烧结粗糙度。因此，齿轮可以基本上设计成近净形或净形的齿轮，从而可以节省相应的时间和成本。
根据本发明的另一个实施变型，所述突起优选构造成肋形，因为由此可以简化齿轮的接合，就是说，尤其是简化齿轮向(平衡)轴上的套插。另外，通过突起的肋形构成可以在接合时简化所述突起的塑化，即材料位移。
为了进一步简化接合，根据本发明的另一个实施变型可以设定，所述突起至少部分地具有倒圆的表面。由此至少在接合开始时可以减小突起的接触面。
同样为了简化接合，根据本发明的另一个实施变型可以设定，所述突起构造成沿轴向方向具有逐渐增大的高度。通过这种设计方案，可以简化齿轮向轴或固定轴上的套插，因为可以减少在套插开始时位移的材料的量。
根据齿轮传动装置的一个实施变型可以设定，在齿轮和平衡轴之间构成滑座。由此可以减小齿轮中的应力，从而所述齿轮可以承受更高的机械负荷。
根据齿轮传动装置的另一个实施变型，可以设定，齿轮以5μm至100μm之间的重叠量安装在平衡轴上，从而可以改善齿轮在平衡轴上的配合。
为了能够更简单地有间隙地将齿轮设置在平衡轴上，根据本发明的实施变型可以设定，在前部的、朝向套插到平衡轴上的齿轮的端部区域中，与直接与该端部区域邻接的区域中相比，平衡轴构造成具有更大的直径。
为此，优选根据另一个实施变型可以设定，在前部的、朝向套插到平衡轴上的齿轮的端部区域中，与直接与该端部区域邻接的区域中相比，平衡轴直径大0.1μm至20μm，因为，可以一方面借此简化了齿轮的套插，同时突起必要的塑性变形的程度不会过大。
附图说明
为了更好地理解本发明，参考附图来详细的说明本发明。
其中，分别以简化的示意图：
图1用正视图示出齿轮传动装置；
图2用正视图示出齿轮的第一实施变型；
图3用剖视图示出齿轮的另一个实施变型；
图4用剖视图示出根据图3的齿轮的一个细节；
图5用剖视图示出齿轮的一个实施变型的一个细节。
具体实施方式
首先应确定，在不同地说明的实施形式中，相同的部件具有相同附图标记或相同构件名称，包含在整个说明书中的公开内容能够合理地转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件。在说明书中选用的位置说明，如例如上、下、侧等涉及当前说明的以及示出的附图并且在位置变化时这些位置说明能合理地转用到新的位置。
除非在说明书中另有说明，否则对于标准的说明始终是指在本申请的申请日最后有效的文本。
在图1中示意性示出齿轮传动装置1的一个实施变型。齿轮传动装置1包括曲轴2，第一齿轮3不可相对转动地设置在所述曲轴上。第一齿轮3具有第一齿部4。所述第一齿部设置在第一齿轮3的径向外周上。
要指出的是，齿轮传动装置1的所有齿轮优选设计成具有在相应齿轮的外周上构成或设置的正齿部。为了简单起见，这些正齿部在图1中显示为圆环。
齿轮传动装置1还包括至少一个平衡轴5，第二齿轮6不可相对转动地设置在所述平衡轴上。第二齿轮6具有第二齿部7。所述第二齿部设置在径向外周上，即，设置在第二齿轮6的外周面8上。齿部7可以例如设计成直齿部或斜齿部。
在齿轮传动装置1所示出的实施变型中，设置两个分别带有一个第二齿轮6的平衡轴5。但是，也可以仅设有一个带有第二齿轮6的平衡轴5。
在第一齿轮3和第二齿轮6之间必要时可以设置中间齿轮9。此时，中间齿轮9的齿部与曲轴2的第一齿轮3的第一齿部4啮合以及与平衡轴5的第二齿轮6的第二齿部7啮合。与第一齿轮3和第二齿轮6不同，中间齿轮9没有设置在轴上，而是经由轴承11、例如滚动轴承支承在固定轴10上。所述固定轴10特别是不可相对转动地与例如发动机主体12连接。
中间齿轮9用于实现曲轴齿轮和平衡轴齿轮的相同旋转方向。
在图2中示出齿轮6的第一实施变型的正视图。齿轮6包括环形的齿轮体13，所述齿轮体具有内周面14和外周面8。如上所述，带有齿15的齿部7设置在外周面8上。
齿轮体13在需要时可以在内周面14和外周面8之间具有一个或多个凹口16或通孔。所述凹口16或通孔主要用于减轻齿轮体13的重量。
内周面14包围一个通孔17/孔，所述通孔/孔用于容纳固定轴或轴，尤其是平衡轴5(图1)。因此，通过所述孔实现了齿轮6尤其是不可相对转动地配合在在固定轴或轴上。
这里设定，齿轮6的齿部7，即其齿15具有根据DIN EN ISO 4287在Rz 1至Rz 25之间的表面粗糙度。此外，内周面14具有根据DIN EN ISO 4287在Rz 0.3至Rz 12之间的表面粗糙度。就是说，齿部7尤其是没有磨削的。替代齿部，对内周面14进行了切削加工，即例如车削和/或磨削。与齿部磨削相比，由此可明显缩短加工时间。
对于这种机械加工，制造齿轮坯件时，通孔17的直径18设计成比对应于理论尺寸的直径小0％至10％。
出人意料的是，不对齿轮6的齿部7的齿15进行加工对于齿轮6或装备这种齿轮的齿轮传动装置1的NHV性能并没有负面影响。相反地，可以确认在各频率范围内存在改善的NHV性能。
在图3中用剖视图示出齿轮6的另一个实施变型。如在前面的实施变型中那样，这个齿轮6同样包括齿轮体13，所述齿轮体具有内周面14和外周面8以及齿部7。但不同于根据图2的齿轮，这个齿轮具有毂部19。毂部19沿轴向方向20上具有比齿部7更大的长度，从而毂部19因此可以沿轴向方向20突出于齿部7。但是，齿轮6也可以设计成至少近似盘形的，由此就是说毂部19不是强制性地沿轴向方向20突出于齿部7。
在齿轮6的这个实施变型中设定，齿部7具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 25之间的表面粗糙度，而内周面14具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 25之间的表面粗糙度。齿部7和内周面14都没有磨削或车削。为了提供将齿轮6设置在轴或固定轴上以及安装到齿轮传动装置1中所需的公差，齿轮6在其内周面14上具有至少三个突起21。这些突起21沿径向方向向内突出于内周面14。
所述突起21优选在通孔17的圆周上均匀分布设置，就是说分别错开120°。也可以设置多于三个突起21，例如四个或五个或六个等。因此，在这种情况下，突起21优选设置成错开90°或72°或60°等。
在图4中，更大地示出突起21。如可以看出的那样，内周面14上的突起21仅在齿轮6总长度的部分范围上沿轴向方向20延伸。例如，突起21可以在齿轮6总长度的30％至90％之间的、特别是40％在70％之间的长度上在内周面14上沿轴向方向20延伸。但这些或个别突起21也可以在内周面14的总长度上沿轴向方向20延伸。
此外优选的是，所有突起21开始都设置在齿轮6的相同的端面22上，因此就是说内周面14在另一个端面23上的区域没有突起21。
此外，突起21可以具有高于内周面14的高度24，所述高度选自通孔17的直径18(图2)的0.1％至15％的范围。
特别是如由图3可以看出的那样，根据本发明的一个实施变型，突起21可以构造成至少近似为肋形的。就是说，(分别在俯视图中观察)与在周向上的最大宽度相比，所述突起具有明显更大的在轴向方向20上的最大长度25(图4)。例如，以长度25为基准，长度25可以比宽度大100％至30,000％。长度25可以例如在3mm至20mm之间，而宽度在0.1mm至3mm之间。
根据本发明的另一个实施变型可以设定，突起21至少部分地具有倒圆的表面，如由图5中可以看出的那样。例如沿轴向方向20观察，所述表面可以是半圆形或圆弧形的等。
但突起21也可以具有其他的形状或横截面形状(沿轴向方向20观察)，例如梯形或三角形等。
图4示出齿轮6的另一个实施变型。如虚线所示，突起21可以构造成沿轴向方向20具有逐渐增大的高度24。这种增大可以设计成分级的或无级的。这里，突起21的表面与内周面14所成的角度26可以选自从0.5°至45°的范围内。
齿轮6的所有突起21优选构造成相同的。但是也可以将个别突起21设计成不同于其余突起21。
根据本发明的其他实施变型可以设定，齿轮6是烧结齿轮，就是说是按粉末冶金工艺制造的。由于这些方法本身是已知的，为了避免重复，可以参考相关的现有技术。仅应指出的是，齿轮6优选是金属齿轮，例如是由烧结钢粉制成的。
在齿轮6设计成烧结齿轮的方案中，根据本发明的其他实施变型可以设定，齿部7可以设计成具有烧结粗糙度和/或内周面14设计成具有烧结粗糙度。
术语“具有烧结粗糙度”在本发明的范围中是指这样的表面状态，如在烧结之后并且没有其他机械的加工或处理的情况下齿轮具有的表面状态。就是说，具有烧结粗糙度的表面是齿轮直接在烧结和冷却至室温后具有的表面。
根据齿轮传动装置1的一个实施变型，在齿轮6和平衡轴5之间可以构成滑座。
此外，可以设定，在平衡轴5上的齿轮6的设置位于滑座和压力座之间，或者构成两个变型方案。为此，例如最小重合量可以在0.01mm至0.03mm之间，而最大重合量可以在0.1mm至0.3mm之间。
根据齿轮传动装置1的另一个实施变型可以设定，已制造了具有5μm和100μm之间重合量
Figure BDA0002682035880000071
的齿轮6，并且以这个重合量将其安装在平衡轴5上。
根据本发明的另一个实施变型可以设定，所述轴的沿齿轮6到轴(尤其是平衡轴5)上的套插方向前部的、朝向齿轮6的端区域制造或构造成与齿轮6的内周面14的直径18或由突起21限定的圆的直径相比具有略大的直径。所述圆这里是恰与突起21相切，但不与其相交的圆。因此，这是具有这样的直径的圆，所述直径是通过从内周面14的直径18中减去突起21沿径向方向的(最大)高度24而得到的。
利用轴的这种构成，当将轴导入齿轮6的容纳部(通孔17)中时，所述突起21(或所述至少一个突起21)发生塑性变形。但由于所述轴仅在前端区域中具有所述较大的直径，由此可以在轴的具有较小直径的区域中实现在轴与齿轮6之间构成间隙。
在这种中，表述“略”尤其是指，轴的直径比内周面14的直径18或前面所述恰好与突起21相切的圆的直径大0.1μm至20μm，尤其是0.5μm至10μm。
轴的前端区域是指，在将轴导入齿轮6的通孔17时或在将齿轮6套插到轴上时首先沉入通孔17(或用于轴的容纳部)的区域。该前端区域可以具有这样的轴向长度，所述长度在齿轮6沿轴向方向20的最大宽度的0.1％至100％之间。以绝对数字表示，所述前端区域可以具有在1mm至1cm之间的沿轴向方向20的长度。
轴/尤其是平衡轴5的不同直径之间的过渡部可以构造成跳跃式的或连续变化(即非跳跃式)的。例如，所述直径可以在轴的构造成截锥形的区域上减小。
在本发明的范围内，所述轴也可以具有外周面不同尺寸的直径的一定次序。例如，在具有较大直径的区域上可以直接连接具有与其相比较小直径的区域，在该区域上又可以直接连接具有与其相比较大直径的区域，在该区域上又可以直接连接具有与其相比较小直径的区域。必要时，这个序列可以按从较大直径和与其相比较小直径的次序延续。在任何情况下，按直径的所述次序存在轴的一个部段，所述部段允许存在用于在轴和齿轮6之间构成间隙的直径。
对于不同直径的这种次序，也可以设定，具有较大直径的部段沿齿轮6套插到轴上的方向以相对于彼此变大的直径构成。因此，可以实现将塑性变形功分配到轴的多个部段上，因此不是在轴的始端处突起21就已经发生完全的塑性变形。
轴、尤其是平衡轴5与设置在所述轴上的齿轮6之间的间隙可以具有选自1μm和200μm的范围中的尺寸。
各实施例示出可能的实施变型，这里要指出的是，各个实施变型也可以相互组合。
为了符合规定，最后应指出，为了更好地理解结构，齿轮传动装置、齿轮6或其组成部件不一定是符合比例地示出的。
附图标记列表
1 齿轮传动装置
2 曲轴
3 齿轮
4 齿部
5 平衡轴
6 齿轮
7 齿部
8 周面
9 中间齿轮
10 固定轴
11 轴承
12 发动机缸体
13 齿轮体
14 周面
15 齿
16 凹部
17 通孔
18 直径
19 毂部
20 轴向方向
21 突起
22 端面
23 端面
24 高度
25 长度
26 角度

Claims (11)

1.齿轮(6)，包括环形的齿轮体(13)，所述齿轮体具有内周面(14)和外周面(8)，在所述外周面(8)上设置带有齿(15)的齿部(7)，其特征在于，所述齿部(7)具有根据DIN EN ISO4287的在Rz 1至Rz 25之间的表面粗糙度，并且内周面(14)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 12之间的表面粗糙度，或者所述齿部(7)具有根据DIN ENISO 4287的在Rz 0.3和Rz 25之间的表面粗糙度并且所述内周面(14)具有根据DIN EN ISO 4287的在Rz 0.3至Rz 25之间的表面粗糙度，并且在内周面(14)上沿径向方向突出于内周面地设置至少三个突起(21)。
2.根据权利要求1所述的齿轮(6)，其特征在于，所述齿轮是烧结齿轮并且齿部(7)设计成具有烧结粗糙度。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮(6)，其特征在于，在内周面(14)上具有突起(21)的设计方案中，所述齿轮是烧结齿轮并且内周面(14)设计成具有烧结粗糙度。
4.根据权利要求3所述的齿轮(6)，其特征在于，所述突起(21)构造成肋状的。
5.根据权利要求3或4所述的齿轮(6)，其特征在于，所述突起(21)至少部分地具有倒圆的表面。
6.根据权利要求3至5之一所述的齿轮(6)，其特征在于，所述突起(21)构造成沿轴向方向(20)具有逐渐增大的高度(24)。
7.齿轮传动装置(1)，包括多个相互啮合的齿轮(3、6)，其中，至少一个所述齿轮(3、6)设置在轴上，尤其是平衡轴(5)上，其特征在于，轴上的、尤其是平衡轴(5)上的所述齿轮(6)根据权利要求1至6之一构成。
8.根据权利要求7所述的齿轮传动装置(1)，其特征在于，在所述齿轮(6)与平衡轴(5)之间构成滑座。
9.根据权利要求7或8所述的齿轮传动装置(1)，其特征在于，所述齿轮(6)以在5μm至100μm之间的重合量安装在平衡轴(5)上。
10.根据权利要求7至9之一所述的齿轮传动装置，其特征在于，在前部的、套插到平衡轴上时朝向齿轮(6)的端部区域中，与直接与所述端部区域邻接的区域中相比，所述平衡轴(5)构造成具有更大的直径。
11.根据权利要求10所述的齿轮传动装置，其特征在于，在前部的、套插到平衡轴上时朝向齿轮(6)的端部区域中，与直接与所述端部区域邻接的区域中相比，平衡轴(5)的直径大0.1μm至20μm。
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