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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hypoidgetriebe, und insbesondere eine Technologie, die ein Kontaktverhältnis erhöht, ohne den Spiralwinkel eines eingreifenden Zahns zu erhöhen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Hypoidgetriebe hat im Allgemeinen ein Tellerrad und ein Ritzel, von denen jedes mehrere Zähne hat, die an einer konischen Fläche ausgebildet sind, die mit einem bestimmten Spiralwinkel geschnitten sind, und die eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche haben, die gekrümmt sind, um der Spirale zu folgen. Das Tellerrad kämmt mit dem Ritzel, um die konvexen Zahnflächen in Kontakt mit den konkaven Zahnflächen zu bringen. Hypoidgetriebe werden im Allgemeinen beispielsweise in dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet. Bei der Auslegung solcher Hypoidgetriebe ist es üblich, dass Eingriffswinkel an der konvexen Zahnfläche und der konkaven Zahnfläche festgelegt sind, um eine bestimmtes Festigkeitsanforderung zu erfüllen (japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 9-32908 (
JP-A-9-32908 )).
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Obwohl der größere Eingriffswinkel mit einer größeren Festigkeit korreliert, verringert er das Kontaktverhältnis. Somit wird der Spiralwinkel des eingreifenden Zahns erhöht, um das bestimmte Kontaktverhältnis zu erzielen. Des Weiteren erzeugt der größere Spiralwinkel eine höhere Gleitgeschwindigkeit an der Zahnfläche und erhöht als eine Folge den Eingriffsverlust. Darüber hinaus hat dies auch einen größeren Lagerverlust und eine verringerte Haltbarkeit zur Folge, die von einer erhöhten Drucklast resultieren.
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6A und 6B stellen die Gleitgeschwindigkeit dar. 6A ist eine schematische Ansicht eines Hypoidgetriebes 100, in dem ein Tellerrad 102 mit einem größeren Durchmesser mit einem Ritzel 104 mit einem kleineren Durchmesser in einer kreuzenden Ausrichtung kämmt. Das Tellerrad 102 und das Ritzel 104 haben jeweils mehrere Zähne 106, 108 (nur einer von diesen ist in 6A gezeigt) an einer konischen Fläche. Weil das Tellerrad 102 mit dem Ritzel 104 in der kreuzenden Ausrichtung kämmt, wird ein Versatz E durch eine axiale Mitte Og des Tellerrads 102 und eine axiale Mitte Op des Ritzels 104 erzeugt, und ein Winkel ε wird zwischen den Erzeugenden beider Konen gebildet, die einen Kontaktpunkt P durchlaufen. Der Winkel ε ist die Differenz zwischen dem Spiralwinkel φg des Zahns 106 des Tellerrads 102 und dem Spiralwinkel φp des Zahns 108 des Ritzels 104 und erzeugt eine Gleitgeschwindigkeit ΔV, die in der folgenden Gleichung (1) gezeigt ist. Falls der Winkel ε in der Gleichung (1) konstant gehalten wird, dann korreliert der größere Spiralwinkel φg mit der höheren Gleitgeschwindigkeit ΔV. Der Eingriffsverlust Q ist in der Gleichung (2) mit einem Reibungskoeffizienten μ und einer Eingriffslast F ausgedrückt und erhöht sich mit der höheren Geschwindigkeit ΔV. Somit korreliert der größere Eingriffsverlust Q mit den größeren Spiralwinkeln φg und φp. Hier sind die Vektoren Vg und Vp in 6B jeweilige Bewegungsgeschwindigkeiten bei dem Kontaktpunkt P an dem Tellerrad 102 und dem Ritzel 104. ΔV = Vn × (tanφp – tanφg) = Vn × [tan(φg + ε) – tanφg] (1) Q = μ × ΔV × F (2)
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hypoidgetriebe mit mehreren Zähnen, die in bestimmten Spiralwinkeln gekrümmt sind, wobei in dem Hypoidgetriebe das Kontaktverhältnis erhöht ist ohne die Spiralwinkel der Zähne zu erhöhen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Hypoidgetriebe, das einen Aufbau aus einem Tellerrad und einem Ritzel hat. Jedes von dem Tellerrad und dem Ritzel hat die mehreren eingreifenden Zähne, die in einem bestimmten Spiralwinkel an einer konischen Fläche gekrümmt sind. Wenigstens eine von den Zahnflächen des Tellerrads ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Diagonalrichtung an der Zahnfläche, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine erste Diagonalrichtung an der Zahnfläche definiert, sich ein Eingriffswinkel von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei dem eine zweite Diagonallinie an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung erhöht.
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Die Forschungen und Studien durch die vorliegenden Erfinder haben gezeigt, dass, wenn sich der Eingriffswinkel fortlaufend in der Zahnbreitenrichtung ändert, sich ein Neigungswinkel Δ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie ändert, und sich demzufolge das Kontaktverhältnis ändert. Bei dem ersten Aspekt kann das Kontaktverhältnis des eingreifenden Zahns des Tellerrads erhöht werden, wenn sich der Eingriffswinkel von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei dem eine zweite diagonale Linie, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine Richtung einer ersten diagonalen Linie an der Zahnfläche bestimmt, an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung kontinuierlich erhöht. Demzufolge kann das Kontaktverhältnis ohne Erhöhung des Spiralwinkels des eingreifenden Zahns erhöht werden, und das Kontaktverhältnis kann erhöht werden, während ein größerer Eingriffsverlust, der durch eine höhere Gleitgeschwindigkeit an der Zahnfläche verursacht wird, ein größerer Lagerverlust, der durch eine größere Drucklast erzeugt wird, und eine verringerte Haltbarkeit verhindert werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Hypoidgetriebe, das einen Aufbau aus einem Tellerrad und einem Ritzel hat. Jedes von dem Tellerrad und dem Ritzel hat mehrere eingreifende Zähne, die in einem bestimmten Spiralwinkel an einer konischen Fläche gekrümmt sind. Wenigstens eine der Zahnflächen des eingreifenden Zahns des Ritzels ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Diagonalrichtung an der Zahnfläche, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine erste Diagonalrichtung an der Zahnfläche definiert, ein Eingriffswinkel sich von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, an dem eine zweite Diagonallinie an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung fortlaufend verringert.
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Der zweite Aspekt betrifft eine Zahnform des Ritzels, die gestaltet ist, um zu einer Zahnform des Tellerrads in dem ersten Aspekt zu korrespondieren. Im Speziellen verringert sich der Eingriffswinkel fortlaufend von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei dem eine zweite Diagonallinie, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine Richtung einer ersten Diagonallinie an der Zahnfläche bestimmt, an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung. Demzufolge kann das Ritzel in geeigneter Weise mit dem Tellerrad des ersten Aspekts zur Leistungsübertragung kämmen, und kann somit die gleichen Effekte wie diejenigen des ersten Aspekts erreichen.
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In dem dritten Aspekt hat ein Hypoidgetriebe ein Tellerrad, das als Paar mit einem Ritzel vorgesehen ist, von denen jedes mehrere eingreifende Zähne an einer konischen Fläche hat, die in einem bestimmten Spiralwinkel geschnitten sind und eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche haben, die in einem Winkel entsprechend dem Spiralwinkel gekrümmt sind. Das Tellerrad kämmt mit dem Ritzel, um einen Kontakt der konvexen Zahnfläche mit der konkaven Zahnfläche zu bilden. In dem Hypoidgetriebe erhöht sich der Eingriffswinkel an der konvexen Zahnfläche des Tellerrads fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser.
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Der dritte Aspekt betrifft die konvexe Zahnfläche des Tellerrads, dessen Kontaktverhältnis durch fortlaufendes Erhöhen des Eingriffswinkels von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöht werden kann. Dieser dritte Aspekt entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform des ersten Aspekts und kann somit die gleichen Effekte wie diejenigen des ersten Aspekts erreichen.
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Darüber hinaus kann sich in dem Hypoidgetriebe des dritten Aspekts der Eingriffswinkel an der konkaven Zahnfläche des Ritzels, die die konvexe Zahnfläche des Tellerrads berührt, fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöhen.
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Demzufolge ist die konkave Zahnfläche des Ritzels, die die konvexe Zahnfläche des Tellerrads berührt, gestaltet, um zu der konvexen Zahnfläche des Tellerrads zu korrespondieren, und der Eingriffswinkel kann fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöht werden. Deshalb kann die konkave Zahnfläche des Ritzels in geeigneter Weise die konvexe Zahnfläche des Tellerrads des dritten Aspekts zur Leistungsübertragung berühren, und kann die gleichen Effekte wie diejenigen des dritten Aspekts erreichen.
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Der vierte Aspekt betrifft ein Hypoidgetriebe, das einen Aufbau aus einem Tellerrad und einem Ritzel hat, von denen jedes mehrere eingreifende Zähne an einer konischen Fläche hat, die in einem bestimmten Spiralwinkel geschnitten sind und eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche haben, die in einem Winkel entsprechend dem Spiralwinkel gekrümmt sind. In dem Hypoidgetriebe verringert sich der Eingriffswinkel an der konkaven Zahnfläche des Tellerrads fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser.
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Der vierte Aspekt betrifft die konkave Zahnfläche des Tellerrads, deren Kontaktverhältnis durch fortlaufendes Verringern des Eingriffswinkels von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöht werden kann. Der vierte Aspekt korrespondiert im Wesentlichen zu der ersten Ausführungsform des ersten Aspekts, und kann somit die gleichen Effekte wie diejenigen des ersten Aspekts erreichen.
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Des Weiteren kann sich in dem Hypoidgetriebe des vierten Aspekts der Eingriffswinkel an der konvexen Zahnfläche des Ritzels, die die konkave Zahnfläche des Tellerrads berührt, fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser verringern.
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Demzufolge ist die konvexe Zahnfläche des Ritzels, die die konkave Zahnfläche des Tellerrads berührt, gestaltet, um zu der konkaven Zahnfläche des Tellerrads zu korrespondieren, und der Eingriffswinkel an der konvexen Zahnfläche des Ritzels kann sich von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend verringern. Deshalb kann die konvexe Zahnfläche des Ritzels die konkave Zahnfläche des Tellerrads des vierten Aspekts zur Leistungsübertragung in geeigneter Weise berühren, und kann die gleichen Effekte wie diejenigen des vierten Aspekts erreichen.
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Der fünfte Aspekt betrifft ein Hypoidgetriebe, das einen Aufbau aus einem Tellerrad und einem Ritzel hat, von denen jedes mehrere eingreifende Zähne an einer konischen Fläche hat, die in einem bestimmten Spiralwinkel geschnitten sind und eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche haben, die in einem Winkel entsprechend dem Spiralwinkel gekrümmt sind. Das Tellerrad kämmt mit dem Ritzel, so dass die konvexe Zahnfläche einen Kontakt mit der konvexen Zahnfläche bildet. In dem Hypoidgetriebe ist eine Form der konvexen Zahnfläche des Tellerrads derart gestaltet, dass ein Neigungswinkel θ einer durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie sich von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend erhöht. Die vorstehende Form der konvexen Zahnfläche ist keine Mikroform, wie eine Balligkeit und eine Schräge, sondern eine Makroform. Das Gleiche gilt für die Form der folgenden Zahnfläche.
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Der fünfte Aspekt betrifft die konvexe Zahnfläche des Tellerrads, deren Kontaktverhältnis durch fortlaufendes Erhöhen des Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöht werden kann, und kann somit die gleichen Effekte wie diejenigen des ersten Aspekts erreichen.
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Des Weiteren kann in dem Hypoidgetriebe des fünften Aspekts eine Form der konkaven Zahnfläche des Ritzels, die die konvexe Zahnfläche des Tellerrads berührt, derart gestaltet sein, dass sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend erhöht.
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Demzufolge ist die konkave Zahnfläche des Ritzels, die die konvexe Zahnfläche des Tellerrads berührt, gestaltet, um zu der konvexen Zahnfläche des Tellerrads zu korrespondieren, und der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie kann von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend erhöht werden. Deshalb kann die konkave Zahnfläche des Ritzels die konvexe Zahnfläche des Tellerrads des fünften Aspekts zur Leistungsübertragung in geeigneter Weise berühren, und kann die gleichen Effekte wie diejenigen des fünften Aspekts erreichen.
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Der sechste Aspekt betrifft ein Hypoidgetriebe, das einen Aufbau aus einem Tellerrad und einem Ritzel hat, von denen jedes mehrere eingreifende Zähne an einer konischen Fläche hat, die in einem bestimmten Spiralwinkel geschnitten sind und eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche haben, die in einem Winkel entsprechend dem Spiralwinkel gekrümmt sind. Das Tellerrad und das Ritzel kämmen miteinander, so dass die konkaven Zahnflächen die konvexen Zahnflächen berühren. In dem Hypoidgetriebe ist eine Form der konkaven Zahnfläche des Tellerrads derart gestaltet, dass sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend verringert.
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Der sechste Aspekt betrifft die konkave Zahnfläche des Tellerrads, deren Kontaktverhältnis durch fortlaufendes Verringern des Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser erhöht werden kann, und kann somit die gleichen Effekte wie diejenigen des ersten Aspekts erreichen.
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Des Weiteren kann in dem Hypoidgetriebe des sechsten Aspekts eine Form der konvexen Zahnfläche des Ritzels, die die konkave Zahnfläche des Tellerrads berührt, derart gestaltet sein, dass der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie sich von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser fortlaufend verringert.
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Demzufolge ist die konvexe Zahnfläche des Ritzels, die die konkave Zahnfläche des Tellerrads des sechsten Aspekts berührt, gestaltet, um zu der konkaven Zahnfläche des Tellerrads zu korrespondieren, und der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie kann sich fortlaufend von dem Fußende zu dem hinteren Ende verringern. Deshalb kann die konvexe Zahnfläche des Ritzels in geeigneter Weise die konkave Zahnfläche des Tellerrads des sechsten Aspekts zur Leistungsübertragung berühren, und kann die gleichen Effekte wie diejenigen des sechsten Aspekts erreichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das Vorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlicher von der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu repräsentieren.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hypoidgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2A und 2B zeigen jeweils eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche, wobei die Flächen abgeflacht sind, und stellen auch Änderungen des Eingriffswinkels und des Neigungswinkels θ einer durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie dar;
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3A und 3B sind perspektivische Ansichten, die räumliche Formen der konvexen Zahnfläche und der konkaven Zahnfläche des Tellerrads in 2A und 2B zeigen;
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4A und 4B zeigen jeweils die konvexe Zahnfläche und die konkave Zahnfläche, wobei die Flächen abgeflacht sind, und stellen auch Änderungen des Eingriffswinkels und des Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie dar;
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5A und 5B zeigen die Zahnflächen des Tellerrads und eines Ritzels des Hypoidgetriebes und stellen Änderungen des Eingriffswinkels und des Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie, um das Kontaktverhältnis zu erhöhen, mit Bezug auf eine Neigungsrichtung der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie dar; und
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6A und 6B stellen die Erhöhung einer Gleitgeschwindigkeit ΔV mit größeren Spiralwinkeln φg und φp von eingreifenden Zähnen des Hypoidgetriebes dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Hypoidgetriebe mit einem Versatz zwischen dem Spiralwinkel φg der Zähne eines Tellerrads und dem Spiralwinkel φp der Zähne eines Ritzels angewendet, wobei der Spiralwinkel φp größer als der Spiralwinkel φg ist. Jedoch kann die vorliegenden Erfindung auch auf ein Hypoidgetriebe mit einem Versatz zwischen dem Spiralwinkel φg der Zähne des Tellerrads und dem Spiralwinkel φp der Zähne des Ritzels angewendet werden, wobei der Spiralwinkel φp kleiner als der Spiralwinkel φg ist. Spiralrichtungen der eingreifenden Zähne des Tellerrads und des Ritzels sind einander entgegengesetzt, und die Spiralrichtungen sind in geeigneter Weise bestimmt. Die Spiralwinkel φg und φp können über die Länge der eingreifenden Zähne in einer Zahnbreitenrichtung konstant sein oder sie können sich fortlaufend ändern, wie beispielsweise kreisbogeneingreifende Zähne.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Tellerrad, und eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Ritzel. Diese Ausführungsformen können separat realisiert werden. Wenn jedoch die Ausführungsformen tatsächlich als ein Hypoidgetriebe verwendet werden, werden das Tellerrad und das Ritzel kombiniert, und die Ausführungsformen werden auf Zahnflächen angewendet, die einander berühren. Die Zähne haben eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf beide Zahnflächen des Tellerrads oder des Ritzels angewendet. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf die konvexe Zahnfläche des Tellerrads und die konkave Zahnfläche des Ritzels oder auf die konkave Zahnfläche des Tellerrads und die konvexe Zahnfläche des Ritzels angewendet werden.
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In der ersten Ausführungsform werden eine Erhöhung und eine Verringerung eines Eingriffswinkels im Bezug auf eine zweite Diagonalrichtung der Zahnflächen bestimmt, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine erste Diagonalrichtung der Zahnflächen definiert. Des Weiteren können im Wesentlichen eine gleiche Erhöhung und Verringerung des Eingriffswinkels wie vorstehend mit Bezug auf die erste Diagonalrichtung bestimmt werden, die in der gleichen Neigungsrichtung wie die durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie ist. Es kann bestimmt werden, dass sich der Eingreifswinkel von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei dem die erste Diagonallinie an einer Zahnkopfseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung fortlaufend erhöht. Diese Bestimmung ist auch in einem technischen Umfang der ersten Ausführungsform umfasst. Das Gleiche gilt auch für die zweite Ausführungsform.
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Obwohl der Eingriffswinkel in der ersten und zweiten Ausführungsform bestimmt wird, kann auch eine Erhöhung und Verringerung eines Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie bestimmt werden. Genauer gesagt kann sich an wenigstens einer von den Zahnflächen des eingreifenden Zahns des Tellerrads der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei der eine zweite Diagonallinie, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine Richtung einer ersten Diagonallinie an der Zahnfläche bestimmt, an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung fortlaufend erhöhen. Im Speziellen kann sich an wenigstens einer von den Zahnflächen des eingreifenden Zahns des Ritzels der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie von einem Ende in einer Zahnbreitenrichtung, bei dem eine zweite Diagonallinie, die eine durch einen gleichen Punkt gehende Kontaktlinie schneidet, die eine Richtung einer ersten Diagonallinie an der Zahnfläche bestimmt, an einer Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung fortlaufend verringern. Die Erhöhung und Verringerung des Eingriffswinkels und die Erhöhung und Verringerung des Neigungswinkels θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie ändern sich beispielsweise linear mit einer konstanten Änderungsrate in der Zahnbreitenrichtung.
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Die vorliegende Erfindung kann in geeigneter Weise auf ein Hypoidgetriebe angewendet werden, in dem das Tellerrad, das in einem Differenzialgetriebezug vorgesehen ist, der eine Antriebsleistung zu dem linken und rechten Rad eines Fahrzeugs überträgt, durch das Ritzel drehbar angetrieben wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf das Hypoidgetriebe angewendet werden, das in einem anderen Antriebsstrang eines Fahrzeugs oder anderweitig verwendet wird.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Hypoidgetriebes 10, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist und das ein Tellerrad 12 mit einem großen Durchmesser und ein Ritzel 14 mit einem kleinen Durchmesser hat. Das Hypoidgetriebe 10 wird in geeigneter Weise verwendet, wenn das Tellerrad 12, das beispielsweise in einem Differenzialgetriebezug zum Vorsehen einer Antriebsleistung zu einem linken und rechten Hinterrad des Fahrzeugs vorgesehen ist, durch das Ritzel 14 drehbar angetrieben wird, das mit einer Antriebswelle verbunden ist. Während mehrere eingreifende Zähne 16, die in Uhrzeigersinnrichtung in einem bestimmten Spiralwinkel φg gekrümmt sind, an einer konischen Fläche des Tellerrads 12 vorgesehen sind, sind mehrere eingreifende Zähne 18, die in Gegenuhrzeigersinn in dem bestimmten Spiralwinkel φp gekrümmt sind, an einer konischen Fläche des Ritzels 14 vorgesehen. Diese eingreifenden Zähne 16 und 18 sind im Allgemeinen bogenförmig, aus Sicht von der oberen Seite der konischen Flächen, und haben jeweils bogenförmige konvexe Zahnflächen 16a und 18a und konkave Zahnflächen 16b und 18b an beiden Außen- und Innenumfangsseiten. Eine axiale Mitte Og des Tellerrads 12 und eine axiale Mitte Op des Ritzels 14 sind in der gekreuzten Ausrichtung und sind um einen Abstand E versetzt. In dieser Ausführungsform ist die axiale Mitte Op des Ritzels in eine Richtung versetzt, wo der Spiralwinkel φp der eingreifenden Zähne 18 des Ritzels 14 größer als der Spiralwinkel φg der eingreifenden Zähne 16 des Tellerrads 12 ist (in einer Richtung nach unten rechts in 1). Obwohl die Spiralwinkel φg und φp sich über die Länge der eingreifenden Zähne 16 und 18 in der Zahnbreitenrichtung fortlaufend ändern, sind die Spiralwinkel φp und φg, die hier beschrieben sind, die Spiralwinkel an einem mittleren Punkt in der Zahnbreitenrichtung (mittlerer Spiralwinkel). Der Spiralwinkel φg ist beispielsweise ungefähr 35° und der Spiralwinkel φp ist beispielsweise 50°.
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In solch einem Hypoidgetriebe 10, wenn ein Fahrzeug beschleunigt wird, um vorwärts zu fahren, wird das Ritzel 14 in der Richtung, die durch den Pfeil A gezeigt ist, drehbar angetrieben, so dass die konkave Zahnfläche 18b des eingreifenden Zahns 18 des Ritzels 14 mit der konvexen Zahnfläche 16a des eingreifenden Zahns 16 des Tellerrads 12 eingreift, und demzufolge dreht die Antriebskraft das Tellerrad 12 in der Richtung, die durch den Pfeil B gezeigt ist. Wenn das Fahrzeug in der Vorwärtsrichtung rollt, wird das Tellerrad 12 in der Richtung, die durch den Pfeil B gezeigt ist, drehbar angetrieben, so dass die konkave Zahnfläche 16b des eingreifenden Zahns 16 des Tellerrads 12 mit der konvexen Zahnfläche 18a des eingreifenden Zahns 18 des Ritzels 14 eingreift, und demzufolge wird das Ritzel 14 in der Richtung, die durch den Pfeil A gezeigt ist, drehbar angetrieben. Im Gegensatz dazu, obwohl es nicht häufig verwendet wird, wird das Ritzel 14 in der Richtung entgegengesetzt zu der, die durch den Pfeil A gezeigt ist, drehbar angetrieben, wenn das Fahrzeug rückwärts beschleunigt. Demzufolge greift die konvexe Zahnfläche 18a des eingreifenden Zahns 18 des Ritzels 14 mit der konkaven Zahnfläche 16b des eingreifenden Zahns 16 des Tellerrads 12 ein, und demzufolge dreht die Antriebskraft das Tellerrad 12 in der Richtung entgegengesetzt zu der, die durch den Pfeil B gezeigt ist. Wenn das Fahrzeug in der Rückwärtsrichtung rollt, da das Tellerrad 12 in der entgegengesetzten Richtung des Pfeils B drehbar angetrieben wird, greift die konvexe Zahnfläche 16a des eingreifenden Zahns 16 des Tellerrads 12 mit der konkaven Zahnfläche 18b des eingreifenden Zahns 18 des Ritzels 14 ein, und demzufolge wird das Ritzel 14 in der Richtung entgegengesetzt zu der, die durch den Pfeil A gezeigt ist, drehbar angetrieben.
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2A und 2B sind eine Ansicht, die im Speziellen die konvexe Zahnfläche 16a und die konkave Zahnfläche 16b des Tellerrads 12 zeigen, wobei die konvexe Zahnfläche 16a und die konkave Zahnfläche 16b abgeflacht sind. Dünne diagonale Linien in jeder Figur stellen schematisch die durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinien (streng genommen gekrümmte Linien) dar. 2A und 2B zeigen die durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinien des eingreifenden Zahns 16 für einen Abstand, der in 16 Segmente unterteilt ist, und ein Quotient aus der Anzahl der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinien und 16 entspricht dem Kontaktverhältnis. Das Gleiche gilt für 4A und 4B, sowie für 5A und 5B.
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2A zeigt die konvexe Zahnfläche 16a. Die obere Figur von 2A zeigt die konvexe Zahnfläche 16a des Stands der Technik, wo der Eingriffswinkel konstant 15° ist. Die untere Figur von 2A zeigt die konvexe Zahnfläche 16a dieser Ausführungsform, wo sich der Eingriffswinkel von 11° bis 19° fortlaufend erhöht, wenn sich ein Messpunkt des Winkels von einem Ende mit kleinem Durchmesser zu einem Ende mit großem Durchmesser bewegt, wobei 15° an dem mittleren Punkt in der Zahnbreitenrichtung zwischen diesen liegt. In dieser Ausführungsform erhöht sich der Eingriffswinkel linear mit einer konstanten Rate in der Zahnbreitenrichtung. Weil sich der Eingriffswinkel fortlaufend ändert, wie vorstehend beschrieben ist, erhöht sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Das Kontaktverhältnis wird in Simulationen berechnet, in denen der Eingriffswinkel konstant bleibt, und in Simulationen, in denen sich der Eingriffswinkel fortlaufend ändert. Falls der Eingriffswinkel konstant ist, war das Kontaktverhältnis 2,75. Falls sich der Eingriffswinkel fortlaufend erhöht, wie vorstehend beschrieben ist, ist das Kontaktverhältnis 2,875, was eine Erhöhung von 0,125 ist. 3A ist eine perspektivische Ansicht, in der eine durchgehende Linie die räumliche Form der konvexen Zahnfläche 16a zeigt und eine lang und kurz gestrichelte Linie die konvexe Zahnfläche 16a zeigt, deren Eingriffswinkel konstant 15° ist.
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2B zeigt die konkave Zahnfläche 16b. Die obere Figur von 2B zeigt die konvexe Zahnfläche 16b des Stands der Technik, wo der Eingriffswinkel konstant 23° ist. Die untere Figur von 2B zeigt die konkave Zahnfläche 16b dieser Ausführungsform, wo sich der Eingriffswinkel von 25° bis 21° fortlaufend verringert, wenn sich ein Messpunkt des Winkels von einem Ende mit kleinem Durchmesser zu einem Ende mit großem Durchmesser bewegt, wobei 23° an dem mittleren Punkt in der Zahnbreitenrichtung zwischen diesen liegt. In dieser Ausführungsform verringert sich der Eingriffswinkel linear mit einer konstanten Rate in der Zahnbreitenrichtung. Weil sich der Eingriffswinkel fortlaufend verändert, wie vorstehend beschrieben ist, verringert sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Das Kontaktverhältnis wurde in Simulationen für einen Fall berechnet, bei dem der Eingriffswinkel konstant bleibt, und für einen Fall, bei dem sich der Eingriffswinkel fortlaufend ändert, wie vorstehend beschrieben ist. Wenn der Eingriffswinkel konstant ist, war das Kontaktverhältnis 2,625. Wenn sich der Eingriffswinkel fortlaufend ändert, wie vorstehend beschrieben ist, war das Kontaktverhältnis 2,75, was eine Erhöhung von 0,125 ist. 3B ist eine perspektivische Ansicht, in der eine durchgehende Linie die räumliche Form der konkaven Zahnfläche 16b zeigt und eine lang und kurz gestrichelte Linie die konkave Zahnfläche 16b zeigt, deren Eingriffswinkel konstant 23° ist.
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Die Eingriffswinkeländerung der konvexen Zahnfläche 16a und der konkaven Zahnfläche 16b im Bezug auf die Neigungsrichtungen der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinien an den Zahnflächen zeigen die gleiche Tendenz, wie in 5A gezeigt ist. Genauer gesagt, wie durch den hohlen weißen Pfeil in 5A gezeigt ist, wenn eine Diagonallinie, die in einer entgegengesetzten Richtung von der Neigungsrichtung der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der Zahnfläche definiert ist, erhöht sich der Eingriffswinkel fortlaufend von einem Ende in der Zahnbreitenrichtung, bei dem die Diagonallinie an der Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung. Eine erste Diagonalrichtung ist in der gleichen Richtung geneigt, wie die Neigungsrichtung der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie. Eine zweite Diagonalrichtung ist nicht in der gleichen Weise wie die erste Diagonalrichtung geneigt, d. h. eine Diagonalrichtung, die mit der hohlen weißen Linie gezeigt ist. Darüber hinaus erhöht sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie fortlaufend von dem vorstehenden einen Ende zu dem anderen Ende. In der konvexen Zahnfläche 16a ist das Ende mit kleinem Durchmesser das eine Ende, während das Ende mit großem Durchmesser das andere Ende ist. In der konkaven Zahnfläche 16b ist das Ende mit großem Durchmesser das eine Ende, während das Ende mit kleinem Durchmesser das andere Ende ist.
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Jedoch ist das Kontaktverhältnis durch die Beziehung mit der Zahnfläche des Ritzels 14 bestimmt. Die Form der konkaven Zahnfläche 18b des Ritzels 14 ist komplementär zu der konvexen Zahnfläche 16a des Tellerrads. Die Form der konvexen Zahnfläche 18a des Ritzels 14 ist komplementär zu der konkaven Zahnfläche 16b des Tellerrads 12. Genauer gesagt erhöht sich an der konkaven Zahnfläche 18b der Eingriffswinkel fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Gleichzeitig erhöht sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie in gleicher Weise fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. In dieser Ausführungsform erhöht sich der Eingriffswinkel linear mit einer konstanten Rate in der Zahnbreitenrichtung. An der konvexen Zahnfläche 18a verringert sich der Eingriffswinkel fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Gleichzeitig verringert sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie auch fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. In dieser Ausführungsform verringert sich der Eingriffswinkel linear mit einer konstanten Rate in der Zahnbreitenrichtung.
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Die Eingriffswinkeländerung der konvexen Zahnfläche 18a und der konkaven Zahnfläche 18b des Ritzels 14 mit den Neigerichtungen der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinien an den Zahnflächen als Referenzen zeigen die gleiche Tendenz, wie in 5b gezeigt ist. Im Speziellen, wie durch den hohlen weißen Pfeil in 5B gezeigt ist, wenn eine Diagonallinie, die in einer entgegengesetzten Richtung von der Neigungsrichtung der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der Zahnfläche geneigt ist, definiert ist, verringert sich der Eingriffswinkel fortlaufend von einem Ende in der Zahnbreitenrichtung, bei dem die Diagonallinie an der Zahnfußseite ist, zu dem anderen Ende in der Zahnbreitenrichtung. Eine erste Diagonalrichtung ist in der gleichen Richtung wie die Neigungsrichtung der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie geneigt. Eine zweite Diagonalrichtung ist nicht in der gleichen Weise wie die erste Diagonalrichtung geneigt, d. h. geneigt, wie mit der hohlen weißen Linie gezeigt ist. Darüber hinaus verringert sich der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie fortlaufend von dem vorstehenden einen Ende zu dem anderen Ende. In der konvexen Zahnfläche 18a ist das Ende mit kleinem Durchmesser das eine Ende, während das Ende mit großem Durchmesser das andere Ende ist. In der konkaven Zahnfläche 18b ist das Ende mit großem Durchmesser das eine Ende, während das Ende mit kleinem Durchmesser das andere Ende ist.
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Wie vorstehend beschrieben ist, erhöht sich in dem Hypoidgetriebe 10 dieser Ausführungsform der Eingriffswinkel oder der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der konvexen Zahnfläche 16a des Tellerrads 12 fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Des Weiteren erhöht sich der Eingriffswinkel oder der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der konkaven Zahnfläche 18b des Ritzels 14, die die konvexe Zahnfläche 16a berührt, fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Demzufolge kann das Kontaktverhältnis zwischen der konvexen Zahnfläche 16a und der konkaven Zahnfläche 18b erhöht werden. Im Speziellen kann das Kontaktverhältnis erhöht werden, ohne die Spiralwinkel φg und φp des eingreifenden Zahnrads 16 und 18 zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Kontaktverhältnis zwischen der konvexen Zahnfläche 16a des Tellerrads 12 und der konkaven Zahnfläche 18b des Ritzels 14 erhöht werden, während eine Erhöhung des Eingriffsverlusts, der durch eine höhere Gleitgeschwindigkeit an der Zahnfläche verursacht wird, eine Erhöhung eines Lagerverlusts und eine Verringerung der Haltbarkeit vermieden werden, die durch eine größere Drucklast verursacht werden. Demzufolge ist es möglich, ein Geräusch, eine Schwingung und dergleichen zu verringern, die erzeugt werden, wenn das Fahrzeug vorwärts beschleunigt wird und die konvexe Zahnfläche 16a des Tellerrads 12 mit der konkaven Zahnfläche 18b des Ritzels 14 eingreift.
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Der Eingriffswinkel oder der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der konkaven Zahnfläche 16b des Tellerrads 12 verringert sich fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Des Weiteren verringert sich der Eingriffswinkel oder der Neigungswinkel θ der durch einen gleichen Punkt gehenden Kontaktlinie an der konvexen Zahnfläche 18a des Ritzels 14, die die konkave Zahnfläche 16b berührt, fortlaufend von dem Ende mit kleinem Durchmesser zu dem Ende mit großem Durchmesser. Demzufolge kann das Kontaktverhältnis zwischen der konkaven Zahnfläche 16b und der konvexen Zahnfläche 18a erhöht werden. Im Speziellen kann das Kontaktverhältnis erhöht werden, ohne die Spiralwinkel φg und φp des eingreifenden Zahns 16 und 18 zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Kontaktverhältnis zwischen der konkaven Zahnfläche 16b des Tellerrads 12 und der konvexen Zahnfläche 18a des Ritzels 14 erhöht werden, ohne einen Eingriffsverlust zu erhöhen, der durch die höhere Gleitgeschwindigkeit an den Zahnflächen verursacht wird, sowie eine Erhöhung eines Lagerverlusts und eine Verringerung einer Haltbarkeit vermieden werden, die durch die größere Drucklast verursacht werden. Demzufolge ist es möglich, ein Geräusch, eine Schwingung und dergleichen zu verringern, die erzeugt werden, wenn das Fahrzeug vorwärts rollt und die konkave Zahnfläche 16b des Tellerrads 12 mit der konvexen Zahnfläche 18a des Ritzels 14 eingreift.
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Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die Ausführungsform lediglich veranschaulichend, und die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Weisen auf der Basis des Wissens eines Fachmanns modifiziert und verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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