DE102012205360B4

DE102012205360B4 - Antriebsanordnung zum verbinden eines antriebszahnrads eines fahrzeuggetriebes/verteilers mit einer gelenkwelle

Info

Publication number: DE102012205360B4
Application number: DE102012205360.3A
Authority: DE
Inventors: Steven W. Creek; Edralin S. Diaz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: DE102012205360A1; CN102734341B; US8430778B2; CN102734341A; US20120258836A1

Abstract

Antriebsanordnung zum Verbinden eines Antriebszahnrads (34) eines Fahrzeuggetriebes/Verteilers (10) mit einer Gelenkwelle (26), die einen Satz Räder (30, 32) antreibt, wobei die Antriebsanordnung umfasst: ein angetriebenes Zahnrad (44), das zur Rotation an einem Gehäuse (46) gelagert ist und Zähne (56) aufweist, wobei das angetriebene Zahnrad (44) eine sich axial erstreckende, zylindrische, zentrale Bohrung (68) aufweist; einen Gabelkopf (72), der an der Gelenkwelle (26) angebracht ist und ein Wellenende aufweist, das sich in die zentrale Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) hinein erstreckt; einen kreisförmigen inneren Laufring (80), der eine zentrale Bohrung, die den Gabelkopf (72) umgibt, und eine Außenfläche (94) aufweist; passende Kerbzähne (78, 82), die an dem inneren Laufring (80) und dem Gabelkopf (72) vorgesehen sind, so dass der innere Laufring (80) und der Gabelkopf (72) zur Rotation gekoppelt sind; mehrere Kugeln (88), die zwischen der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) und der zentralen Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) angeordnet sind, wobei jede der Kugeln (88) innerhalb sich in Längsrichtung erstreckenden ersten Rillen (92), die an der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) vorgesehen sind, und sich in Längsrichtung erstreckenden zweiten Rillen (98), die an der zentralen Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) vorgesehen ist, sitzt, wobei die Kugeln (88) Drehmoment zwischen dem angetriebenen Zahnrad (44) und dem inneren Laufring (80) übertragen und die Kugeln (88) auch axial innerhalb der ersten und zweiten Rillen (98) rollen, um eine Bewegung des Gabelkopfs (72) innerhalb der zentralen Bohrung (68) während einer Hochgeschwindigkeitsrotation des angetriebenen Zahnrads (44) und der Gelenkwelle (26) zu gestatten; dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (56) des angetriebenen Zahnrads (44) mit an dem Antriebszahnrad (34) vorgesehenen Zähnen (54) kämmen und dass die ersten Rillen (92), die an der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) vorgesehen sind, gekrümmt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zum Verbinden eines Antriebszahnrads eines Fahrzeuggetriebes/Verteilers mit einer Gelenkwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus der DE 11 2004 002 218 T5 bekannt.
Die US 5 916 055 A offenbart in 1 ein Getriebe mit mehreren Gleichlaufgelenken, die an ihrer Außenseite jeweils mit einer Verzahnung versehen sind.
Ferner zeigt die DE 10 2009 034 793 A1 ein Getriebe mit einem Abtriebsrad, das über ein Gelenk mit einer Abtriebswelle verbunden ist, wobei das Gelenk zumindest teilweise in das Abtriebsrad integriert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, rotierende Teile über ein Gleichlaufgelenk zu verbinden, das eine Fehlausrichtung oder Bewegung des einen rotierenden Teils relativ zu dem anderen ausgleichen wird. Derartige Gleichlaufgelenke umfassen in der Regel einen inneren Laufring, der an einem der rotierenden Elemente angebracht ist, und einen äußeren Laufring, der an dem anderen der rotierenden Elemente angebracht ist.
Es wäre erwünscht, ein Antriebswellen-Gleichlaufgelenk in einem Allradantriebsystem vorzusehen, das den äußeren Laufring in ein Zahnrad integrieren würde, um dadurch Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und ein verbessertes Leistungsvermögen zu erhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Antriebsanordnung verbindet ein Antriebszahnrad eines Fahrzeuggetriebes/Verteilers mit einer Gelenkwelle, die einen Satz Räder antreibt, und umfasst ein angetriebenes Zahnrad, das zur Rotation an einem Gehäuse gelagert ist und Zähne aufweist, die mit an dem Antriebszahnrad vorgesehenen Zähnen kämmen. Das angetriebene Zahnrad weist eine sich axial erstreckende, zylindrische, zentrale Bohrung auf. Ein Gabelkopf, der an der Gelenkwelle angebracht ist, weist eine Welle auf, die sich in die zentrale Bohrung des angetriebenen Zahnrads hinein erstreckt. Ein kreisförmiger innerer Laufring weist eine zentrale Bohrung, die den Gabelkopf umgibt, und eine Außenfläche auf. Passende Kerbzähne, die an der zentralen Bohrung des inneren Laufrings und dem Gabelkopf vorgesehen sind, koppeln den inneren Laufring und den Gabelkopf zur Rotation. Mehrere Kugeln sind zwischen der Außenfläche des inneren Laufrings und der zentralen Bohrung des angetriebenen Zahnrads angeordnet, wobei jede der Kugeln in einer sich in Längsrichtung erstreckenden ersten gekrümmten Rille, die an der Außenfläche des inneren Laufrings vorgesehen ist, und einer sich in Längsrichtung erstreckenden zweiten Rille, die an der zentralen Bohrung des angetriebenen Zahnrads vorgesehen ist, sitzt. Die Kugeln übertragen Drehmoment zwischen dem angetriebenen Zahnrad und dem inneren Laufring und rollen axial innerhalb der ersten und zweiten Rillen, um eine Bewegung des Gabelkopfs innerhalb der zentralen Bohrung während einer Hochgeschwindigkeitsrotation des angetriebenen Zahnrads und der Gelenkwelle zu gestatten.
Weitere Anwendbarkeitsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und die besonderen Beispiele, obgleich sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, wobei:
1 ist eine Draufsicht, die eine Fahrzeuggetriebe-/Verteilereinheit zeigt, die mit einer Antriebswelle durch ein Gleichlaufgelenk verbunden ist.
2 ist eine Vergrößerung des mit 2 bezeichneten Gebiets in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht, genommen in der Richtung der Pfeile 3-3 von 1
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Allradantriebsystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Eine Fahrzeuggetriebe-/Verteilereinheit, die allgemein bei 10 angegeben ist, wird durch eine Fahrzeugmaschine, nicht gezeigt, angetrieben. Eine Antriebswelle 16 erstreckt sich von der Getriebe-/Verteilereinheit 10 zu einem hinteren Differenzial 18, das Hinterräder 20 und 22 antreibt. Eine Antriebs- oder Gelenkwelle 26 erstreckt sich zu einem vorderen Differenzial 28, das die Vorderräder 30 und 32 antreibt.
Es ist ein Gleichlaufgelenkmechanismus zum Verbinden der Gelenkwelle 26 mit der Getriebe-/Verteilereinheit 10 vorgesehen. Wie es in 1 zu sehen ist, weist die Getriebe-/Verteilereinheit 10 ein Antriebszahnrad 34 auf, das zur Rotation durch Kugellageranordnungen 36 und 38 gelagert ist. Ein angetriebenes Zahnrad 44 ist zur Rotation innerhalb eines Gehäuses 46 durch Kugellageranordnungen 48 und 50 gelagert. Das Antriebszahnrad 34 weist Zähne 54 auf, die mit Zähnen 56 des angetriebenen Zahnrads 44 kämmen, wie es in den 1 und 3 zu sehen ist. Dementsprechend wird eine Rotation des Antriebszahnrads 34 bewirken, dass das angetriebene Zahnrad 44 rotiert.
Wie es am besten in 1 zu sehen ist, umfasst das angetriebene Zahnrad 44 einen zentralen Abschnitt 58, der die Zähne 56 trägt, einen vorderen Nabenabschnitt 62, der an dem Gehäuse 46 durch die Kugellageranordnung 48 montiert ist, und einen hinteren Nabenabschnitt 64, der an dem Gehäuse 46 durch die Kugellageranordnung 50 montiert ist. Das angetriebene Zahnrad 44 weist eine zentrale Bohrung 68 auf, die sich axial durch die Mitte des angetriebenen Zahnrads 44 einschließlich ihres zentralen Abschnitts 48, des vorderen Nabenabschnitts 62 und des hinteren Nabenabschnitts 64 erstreckt. Die zentrale Bohrung 68 weist eine Achse 70 an der Rotationsmitte des angetriebenen Zahnrads auf.
Ein Gabelkopf 72 ist an der Gelenkwelle 26 angebracht und erstreckt sich innerhalb der zentralen Bohrung 68 des angetriebenen Zahnrads 44. Wie es in 1 zu sehen ist, weist der Gabelkopf 72 im Besonderen ein Nabenende 74 auf, das sich in das Ende der Gelenkwelle 26 erstreckt und an Schweißnähten 75 an diese geschweißt ist. Entgegengesetzt zu dem Nabenende 74 weist der Gabelkopf ein Wellenende 76 mit daran gebildeten Kerbzähnen 78 auf. Ein innerer Laufring 80 mit kreisförmiger Gestalt umgibt das Wellenende 76 des Gabelkopfes 72 und weist Kerbzähne 82 auf, die mit den Kerbzähnen 78 des Gabelkopfs 72 kämmen. Somit gestattet das Kämmen der Kerbzähne 78 und 82, dass der innere Laufring 80 auf den Gabelkopf 72 gleitet. Ein geschlitzter Sprengring 84, der am besten in 2 zu sehen ist, sitzt innerhalb Ausnehmungen 85 und 86, die jeweils an dem Gabelkopf 72 und dem inneren Laufring 80 vorgesehen sind, um den inneren Laufring 80 an einer bestimmten Stelle an der Welle 72 festzuhalten, während die Kerbzähne 78 und 82 den inneren Laufring 80 an dem Gabelkopf 72 zur Rotation damit sperren. Eine ähnliche Sprengringverbindung wird beispielsweise in der US 4 723 464 A beschrieben.
Wie es in den 1 und 3 zu sehen ist, sind mehrere Kugeln 88 zwischen dem inneren Laufring 80 und dem angetriebenen Zahnrad 44 angeordnet. Insbesondere, wie es am besten in 3 zu sehen ist, weist der innere Laufring 80 gekrümmte Rillen 92 auf, die sich axial an seiner Außenfläche 94 erstrecken, um jede der Kugeln 88 aufzunehmen und zu fangen. Die zentrale Bohrung 68 des angetriebenen Zahnrads 44 weist auch sich in Längsrichtung erstreckende Rillen 98 auf, die sich axial innerhalb des angetriebenen Zahnrads 44 erstrecken, um die entsprechende Kugel 88 aufzunehmen und zu fangen. Diese Rillen 98 des angetriebenen Zahnrads 44 sind geradlinig, d. h. die Rillen 98 haben denselben Abstand von der Achse der zentralen Bohrung 68 entlang der gesamten Länge der Rillen 98. Zusätzlich sind die Kugeln 88 durch einen Käfig 102 mit kreisförmiger Gestalt, der Öffnungen darin 104 zur Aufnahme der Kugeln 88 aufweist, relativ zueinander gefangen und genau beabstandet.
Während des Zusammenbaus des Gelenks wird der Gabelkopf 72 mit dem daran durch den Sprengring 84 festgehaltenen inneren Laufring 80 und mit dem durch den Käfig 102 in Position gehaltenen Kugeln 88 in die zentrale Bohrung 68 des angetriebenen Zahnrads 44 hineingeschoben. Anschließend wird eine Endkappe 108 aus einer gestanzten Metallkonstruktion an ihre Stelle gepresst, um das Ende der zentralen Bohrung 68 zu verschließen. Eine Rollmembrandichtung 110 wird zwischen dem Gabelkopf 72 der vorderen Nabe 62 des angetriebenen Zahnrads 44 vorgesehen. Die Dichtung 110 weist einen inneren Abschnitt 112 auf, der an der vorderen Nabe 62 durch eine Haltekappe 114 angebracht ist, und einen äußeren Abschnitt 115, der an dem Gabelkopf 72 durch eine Klammer 116 angebracht ist.
Im Betrieb wird die Rotation des Antriebszahnrads 44 durch die Getriebe-/Verteilereinheit das angetriebene Zahnrad 44 rotieren, weil die Zähne 54 und 56 miteinander kämmen. Eine Rotation des angetriebenen Zahnrads 44 wird die Kugeln 88 rotieren, weil die Kugeln 88 innerhalb der Rillen 98 des angetriebenen Zahnrads 44 gefangen sind. Eine Rotation der Kugeln 88 wird den inneren Laufring 80 rotieren, weil die Kugeln innerhalb der gekrümmten Rillen 92 des inneren Laufrings 80 gefangen sind. Eine Rotation des inneren Laufrings 80 wird den Gabelkopf 72 rotieren und Leistung an das vordere Differenzial 28 liefern, weil die Kerbzähne 78 und 82 den inneren Laufring 80 an dem Gabelkopf 72 sperren.
Die Getriebe-/Verteilereinheit 10 ist an der Fahrzeugkarosserie durch nachgiebige Gummimontagehalterungen montiert und wird während des Betriebs des Fahrzeugs relativ zu der Karosserie rollen und etwas vibrieren, insbesondere wenn die Maschine und die Getriebe-/Verteilereinheit Drehmoment ausgesetzt sind. Obwohl das vordere Differenzial fest an der Fahrzeugkarosserie montiert ist, ist die Fahrzeugkarosserie selbst nichts desto weniger etwas Biegung aufgrund der Straßenbedingungen ausgesetzt. Infolgedessen wird bewirkt, dass der Gabelkopf 72 etwas nach links und rechts fällt, wie in 1 betrachtet. Dieses Fallen des Gabelkopfes 72 wird durch die Kugeln 88 zugelassen, die axial von dem angetriebenen Zahnrad 44 innerhalb der Rillen 98 laufen. Zusätzlich kann die Bewegung und Biegung eine gewisse Schwenkbewegung oder Winkelbewegung des Gabelkopfs 72 innerhalb des angetriebenen Zahnrads 44 hervorrufen. Diese Schwenkbewegung oder Winkelbewegung des Gabelkopfs 72 wird durch die Fähigkeit der Kugeln 88, sich in den Rillen 98 zu bewegen, und die Tatsache ermöglicht, dass die gekrümmte Gestalt der gekrümmten Rillen 92 eine konstante Kraft auf die Kugeln 88 aufrecht erhalten wird, so dass sich zwischen den Kugeln 88, dem angetriebenen Zahnrad 44 und dem inneren Laufring 80 kein Spiel entwickeln wird.
Somit ist zu sehen, dass die Erfindung ein neues und verbessertes Gleichlaufgelenk zum Verbinden einer Fahrzeuggetriebe-/Verteilereinheit mit einer Antriebswelle vorsieht, die Leistung auf ein vorderes Differenzial überträgt. Es ist aus dem Vorstehenden zu verstehen, dass die vorhergehenden Zeichnungen und die vorhergehende Beschreibung für die Erfindung beispielhaft sind, und Veränderungen daran vorgenommen werden können. Obwohl in der Zeichnung acht Kugeln gezeigt sind, kann zum Beispiel jede Zahl von Kugeln angewandt werden.

Claims

Antriebsanordnung zum Verbinden eines Antriebszahnrads (34) eines Fahrzeuggetriebes/Verteilers (10) mit einer Gelenkwelle (26), die einen Satz Räder (30, 32) antreibt, wobei die Antriebsanordnung umfasst: ein angetriebenes Zahnrad (44), das zur Rotation an einem Gehäuse (46) gelagert ist und Zähne (56) aufweist, wobei das angetriebene Zahnrad (44) eine sich axial erstreckende, zylindrische, zentrale Bohrung (68) aufweist; einen Gabelkopf (72), der an der Gelenkwelle (26) angebracht ist und ein Wellenende aufweist, das sich in die zentrale Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) hinein erstreckt; einen kreisförmigen inneren Laufring (80), der eine zentrale Bohrung, die den Gabelkopf (72) umgibt, und eine Außenfläche (94) aufweist; passende Kerbzähne (78, 82), die an dem inneren Laufring (80) und dem Gabelkopf (72) vorgesehen sind, so dass der innere Laufring (80) und der Gabelkopf (72) zur Rotation gekoppelt sind; mehrere Kugeln (88), die zwischen der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) und der zentralen Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) angeordnet sind, wobei jede der Kugeln (88) innerhalb sich in Längsrichtung erstreckenden ersten Rillen (92), die an der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) vorgesehen sind, und sich in Längsrichtung erstreckenden zweiten Rillen (98), die an der zentralen Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) vorgesehen ist, sitzt, wobei die Kugeln (88) Drehmoment zwischen dem angetriebenen Zahnrad (44) und dem inneren Laufring (80) übertragen und die Kugeln (88) auch axial innerhalb der ersten und zweiten Rillen (98) rollen, um eine Bewegung des Gabelkopfs (72) innerhalb der zentralen Bohrung (68) während einer Hochgeschwindigkeitsrotation des angetriebenen Zahnrads (44) und der Gelenkwelle (26) zu gestatten; dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (56) des angetriebenen Zahnrads (44) mit an dem Antriebszahnrad (34) vorgesehenen Zähnen (54) kämmen und dass die ersten Rillen (92), die an der Außenfläche (94) des inneren Laufrings (80) vorgesehen sind, gekrümmt sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass die Kerbzähne (82) den inneren Laufring (80) für eine axiale Gleitbewegung an dem Gabelkopf (72) montieren, und ein Sprengring (84) zwischen dem Gabelkopf und dem inneren Laufring wirkt, um den inneren Laufring gegen axiales Gleiten an dem Gabelkopf festzuhalten.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass die zweiten Rillen (98), die an der zentralen Bohrung (68) des angetriebenen Zahnrads (44) vorgesehen sind, geradlinig ohne Krümmung sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass das angetriebene Zahnrad (44) ein offenes Ende und eine Endkappe (108) aufweist, die das offene Ende verschließt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Dichtung (110) umfasst, die zwischen dem Gabelkopf (72) und dem angetriebenen Zahnrad (44) wirkt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, die ferner umfasst, dass die Dichtung (110) eine Rollmembrandichtung ist und einen äußeren Abschnitt (115), der an dem angetriebenen Zahnrad (44) montiert ist, und einen inneren Abschnitt (112), der an dem Gabelkopf (72) montiert ist, aufweist.