CN118030800A - 多槽齿轮 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的动力总成的多槽齿轮，该多槽齿轮包括：内环、外环、设置在内环和外环之间的腹板，和设置在腹板内的多条槽，其中，外环具有设置在外环外周上的齿轮齿。该多条槽中的每条槽包括槽角，并且该多条槽中的每条槽按照间隔角彼此隔开。槽角与间隔角的比值大于2。

Description

多槽齿轮

技术领域

本公开涉及一种多槽齿轮坯件。更具体地，本公开涉及一种针对减小的噪声、振动、操纵(Noise,Vibration,Handling，NVH)以及质量减轻的高性能应用而优化的多槽齿轮坯件。

背景技术

齿轮的NVH和轻量化已经成为电动汽车项目更重要的工程挑战。例如，减小的NVH对于停止运行的电动马达很重要，而减轻重量提高了车辆的续航里程。特别地，由于施加到传动齿轮的扭矩很大，位于马达和驱动轴之间的传动齿轮可能具有NVH问题，诸如噪声。一种解决方案是使用附加部件(诸如在传动齿轮周围安装隔音毯)来减少噪声问题。虽然有效，但是在本领域中仍需要改进齿轮设计。该改进齿轮设计包括凹槽以减小局部应力集中，从而使设计能够用于施加大扭矩的高性能应用中，同时还可以减小NVH和减轻齿轮重量。

发明内容

提供了一种用于车辆的动力总成的多槽齿轮。多槽齿轮包括内环、外环、设置在内环和外环之间的腹板，和设置在腹板内的多条槽，其中外环具有设置在外环外周上的齿轮齿。该多条槽中的每条槽包括槽角，并且该多条槽中的每条槽按照间隔角彼此隔开。槽角与间隔角的比值大于2。

在一方面，多条槽包括多于四条槽。

在另一方面，多条槽包括八条槽。

在另一方面，槽角为34度。

在另一方面，间隔角是11度。

在另一方面，槽角定义为从多条槽中的一条槽的一端到多条槽中的该槽的另一端相对于内环和外环同轴的轴线测量的径向角。

在另一方面，间隔角定义为从多条槽中的该槽的一端到多条槽中的相邻槽的最近端相对于该轴线测量的径向角。

在另一方面，该腹板具有沿多槽齿轮的轴线测量的腹板厚度，该腹板厚度小于内环的厚度和外环的厚度。

在另一方面，该多条槽中的每条槽定义为腹板的，材料没有完全延伸穿过该腹板的部分。

在另一方面，多条槽中的每条槽都是相同的，并且围绕多槽齿轮的轴线对称设置。

在另一方面，多条槽各自具有从多槽齿轮的轴线的径向方向上测量的槽宽度，槽宽度小于在从该轴线的径向方向上测量的腹板的腹板宽度。

在另一方面，多条槽中的每条槽包括半圆形端。

在另一方面，多条槽中的每条槽是弧形的。

根据另一实施例，提供了一种用于车辆的动力总成的多槽齿轮。多槽齿轮包括内环、外环、设置在内环和外环之间的腹板，和设置在腹板内的多条槽，其中外环具有设置在外环外周上的齿轮齿。多条槽中的每条槽包括槽角。该多条槽中的每条槽按照间隔角彼此隔开。槽角与间隔角的比值大于2且小于5，并且多条槽包括多于四条槽。

在一方面，多条槽包括八条槽。

在另一方面，槽角定义为从多条槽中的一条槽的一端到多条槽中的该槽的另一端相对于内环和外环同轴的轴线测量的径向角。

在另一方面，间隔角定义为从多条槽中的该槽的一端到多条槽中的相邻槽的最近端相对于该轴线测量的径向角。

在另一方面，该腹板具有沿多槽齿轮的轴线测量的腹板厚度，该腹板厚度小于内环的厚度和外环的厚度。

在另一方面，该多条槽各自具有从该多槽齿轮的轴线的径向方向上测量的槽宽度，该槽宽度小于从该轴线的径向方向上测量的腹板的腹板宽度。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种用于车辆的动力总成。该动力总成包括马达，该马达具有输出轴、设置在输出轴上的输出齿轮、传动轴，和设置在传动轴上并与输出齿轮啮合的多槽齿轮。多槽齿轮包括内环、外环、设置在该内环和该外环之间的腹板，和设置在该腹板内的多条槽。其中，外环具有设置在该外环的外周上的齿轮齿。其中该多条槽中的每条槽包括槽角，并且其中多条槽中的每条槽按照间隔角彼此隔开，其中槽角与间隔角的比值大于2。该动力总成还包括：设置成用于在传动轴上共同旋转的传动齿轮；驱动轴；和设置在该驱动轴上并且与传动齿轮啮合的从动齿轮，其中马达的输出扭矩从输出轴和输出齿轮传递到多槽齿轮，多槽齿轮使传动轴和传动齿轮旋转以便将扭矩传递到从动齿轮和驱动轴。

根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，说明书和具体实施例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于图示目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开原理的具有多槽齿轮的示例性动力总成的透视图；

图2是多槽齿轮的实施例；

图3是图示了多槽齿轮中的比值与槽数之间的关系的图表；以及

图4是图示了多槽齿轮中的槽数与减轻的质量和减小的应力之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。

参见图1，示出了示例性动力总成12以及根据本公开原理的多槽齿轮10。动力总成12用在车辆(未示出)中，并且通常包括具有输出轴16的马达14。输出齿轮18设置在输出轴16上。输出齿轮18与多槽齿轮10啮合。多槽齿轮10设置用于在传动轴20上共同旋转。传动齿轮22也设置用于在传动轴20上共同旋转。传动齿轮22与从动齿轮24啮合。从动齿轮24设置在与驱动轮(未示出)连接的驱动轴26上。马达14的输出扭矩从输出轴16和输出齿轮18传递到多槽齿轮10。多槽齿轮10使传动轴20和传动齿轮22旋转，从而将扭矩传递到从动齿轮24和驱动轴26。由于多槽齿轮10相对于输出齿轮18的直径和齿数，多槽齿轮10在动力传动系12的运行期间经受大量的扭矩。

多槽齿轮10使用多体动力学分析来设计，以确定对NVH、应力和轻量化影响最大的参数。首先，使用轴、轴承齿轮以及几何和运动边界条件的系统建模来计算多槽齿轮10的时变啮合刚度。多体动力学分析包括从先前执行的系统建模中识别系统中的柔性体(壳体、轴、定子)、时变啮合刚度，以及运行模拟以确定振动响应、力等。然后，进行声学分析以确定使用多槽齿轮设计是否降低了噪声。

参照图2，更详细地图示了根据本公开原理设计的多槽齿轮10。多槽齿轮10通常由下述多个设计参数定义。多槽齿轮10包括围绕轴线34设置的内环30和外环32。内环30限定孔36，传动轴20(图1)穿过该孔设置。外环32包括限定多个齿轮齿40的外径38。齿轮齿40的尺寸设计成与输出齿轮18(图1)啮合。腹板42在内环30和外环32之间延伸。腹板42的腹板厚度(沿轴线34测量)小于内环30的厚度和外环32的厚度。

多条槽44穿过腹板42设置。槽44定义为腹板42的、材料没有完全延伸穿过多槽齿轮10的腹板42的部分。每条槽44是相同的并且围绕轴线34对称设置。每条槽44具有从轴线34沿径向测量的槽宽度46。槽宽度46小于从轴线34沿径向测量的腹板宽度48。每条槽44都是带有端50的弧形。在一个非限制性方面，多个端50每个均为半圆形，但也可采用其他形状，并且由槽角52限定。槽角52定义为从一条槽44的一端50到该槽44的另一端50相对于轴线34测量的径向角。相邻槽44之间的距离由间隔角54限定。间隔角54定义为从一条槽44的一端50到相邻槽44的最近端50相对于轴线34测量的径向角。

为了设计满足质量、应力和NVH要求的传动齿轮，必须调节传动齿轮的每个参数，并且可能有接近无限数量的组合，使得传动齿轮的优化变得困难。然而，已经使用本公开的原理将槽44的数量和槽44相对于腹板42的位置/大小确定为减少质量、应力和NVH问题的主要参数。因此，为了减少NVH问题、减轻质量和减小应力，多槽齿轮10的槽角52与间隔角54的比值大于2。另外，多条槽44包括多于四条槽。在一个实施例中，多条槽44包括八条槽，其中槽角52大约为34度，并且间隔角54大约为11度。应当理解，术语“大约”是本领域技术人员已知的。可替代地，术语“大约”定义为+/-4度。

图3示出了槽角52和间隔角54的比值与槽44的数量之间的关系的图表100。x轴102表示槽44的数量。y轴是槽角52和间隔角54与槽44的数量之比。传动齿轮的其他参数(包括腹板宽度)对于每种数量的槽44保持恒定。通过上述方法制作图表100，该方法包括多体动力学分析，该多体动力学分析使用时变啮合刚度以使腹板42中的局部应力集中最小化，同时最大化NVH减小量和质量减小量。框106图示了针对槽44的数量的每一种情况的有效NVH区域。有效NVH区域106表示多槽齿轮10设计满足动力总成12的NVH要求。当该比值大于2时，槽角52与间隔角54之间的比值落入有效NVH区域106内。在一方面，该比值优选地小于5以落入有效NVH区域106内。

图4示出了多槽齿轮10设计中的槽44的数量与减轻的质量和应力之间的关系的曲线图200。x轴202表示槽44的数量。y轴204表示减轻的质量，单位为kg。减轻的质量是相对于没有槽的齿轮设计而言的。y轴206表示腹板42中的应力，单位为MPa。

参见图3和图4，能够确定，为了优化NVH，多槽齿轮10的槽角52与间隔角54的比值大于2。此外，能够确定，为了优化减轻的质量和减小的应力，多条槽44包括多于四条槽，并且最佳地该多条槽44包括八条槽。

如上所述的描述和优化的多槽齿轮10比传统设计提供了许多优点。通过减小NVH，多槽齿轮10能够用于电动汽车项目中的大扭矩应用。通过减轻质量，同时最小化应力，多槽齿轮10提高了车辆效率并延长了里程。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的要旨的变型旨在处于本公开的范围内。此类变化不应被视为偏离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多槽齿轮，用于车辆的动力总成，所述多槽齿轮包括：

内环；

外环，具有设置在所述外环的周边上的多个齿轮齿；

腹板，设置在所述内环与所述外环之间；和

设置在所述腹板内的多条槽，其中所述多条槽中的每条槽包括槽角，并且其中所述多条槽中的每条槽按照间隔角彼此隔开，

其中所述槽角与所述间隔角的比值大于2。

2.根据权利要求1所述的多槽齿轮，其中所述多条槽包括多于四条槽。

3.根据权利要求2所述的多槽齿轮，其中所述多条槽包括八条槽。

4.根据权利要求3所述的多槽齿轮，其中所述槽角为34度。

5.根据权利要求4所述的多槽齿轮，其中所述间隔角为11度。

6.根据权利要求1所述的多槽齿轮，其中所述槽角定义为从所述多条槽中的一条槽的一端到所述多条槽中的所述槽的另一端相对于与所述内环和所述外环同轴的轴线测得的径向角。

7.根据权利要求6所述的多槽齿轮，其中所述间隔角定义为从所述多条槽中的所述槽的一端到所述多条槽中的相邻槽的最近端相对于所述轴线测量的径向角。

8.根据权利要求1所述的多槽齿轮，其中所述腹板具有沿所述多槽齿轮的轴线测量的腹板厚度，所述腹板厚度小于所述内环的厚度和所述外环的厚度。

9.根据权利要求1所述的多槽齿轮，其中所述多条槽中的每条槽定义为所述腹板的、材料没有完全延伸穿过所述腹板的部分。

10.根据权利要求1所述的多槽齿轮，其中所述多条槽中的每条槽是相同的，并且围绕所述多槽齿轮的轴线对称设置。