JP6322229B2

JP6322229B2 - 平歯車

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Publication number: JP6322229B2
Application number: JP2016120350A
Authority: JP
Inventors: メファートペーター; ハイルフォルトファルク
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: JP2017009115A; US10234011B2; US20160369882A1; DE102015109870A1; CN106257098A

Description

本発明は、自動車を駆動させるための駆動トルクを自動車トランスミッションの歯車機構で伝達することができる平歯車に関する。

下記特許文献１は、逆向きの螺旋状の歯が付いた２つの歯車本体を有する山歯歯車機構を備える平歯車であって、歯車本体が、互いに対して回転オフセットを有し、したがって、互いに向かい合う歯車本体の軸方向側面で、一方の歯車本体の歯が、他方の歯車本体の歯溝に対して中央に配置される平歯車が開示している。

自動車トランスミッションをできるだけ小さくかつ静かに設計する必要が常にある。さらに、全体として高い効率を実現することが求められている。

独国特許出願公開第１０２０１００２７３００Ａ１号明細書

本発明の目的は、小さな構造的空間要件を有する静かな自動車トランスミッションを実現することを可能にする手段を特定することである。特に、本発明の目的は、自動車トランスミッションの内力を減少させること、および／または全体的な効率を高めることである。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有する平歯車によって実現される。本発明の好ましい改良形態は、従属請求項および以下の説明で特定され、これらの改良形態は、それぞれ個別に、または組み合わさって、本発明の一態様をなすことができる。

本発明によれば、自動車トランスミッションの歯車機構で駆動トルクを伝達するための平歯車であって、第１の歯を形成するための螺旋状の歯が付いた第１の歯車本体と、第２の歯を形成するための、山歯（ヘリンボーン歯）歯車機構を形成するように第１の歯車本体に対して逆向きの螺旋状の歯が付いた第２の歯車本体とを有し、第１の歯車本体と第２の歯車本体との互いに向かい合う軸方向側面で、第１の歯と第２の歯とが、それぞれ対として少なくとも一部互いに重なり合うように互いに向かい合い、第２の歯車本体に向いた第１の歯車本体の軸方向側面で、第１の歯の第１の歯面（側面）が、向かい合う第２の歯の後に円周方向で続く第２の歯の第２の歯面（側面）に軸方向で向いている、平歯車が提供される。

第１の歯車本体と第２の歯車本体との互いに向かい合わせに位置される歯は、互いに向かい合うそれらの軸方向側面が面積に関して最大の重なりを有する歯である。所与の螺旋角度に関して、少なくとも第２の歯の円周方向成分は、第２の歯の所与のピッチで、第１の歯が終わるときに第２の歯が円周方向で既に始まる程度まで延在する。軸方向での第１の歯面の想像上の延長線は、少なくとも、後続の第２の歯の第２の歯面の縁部と交わる。このようにして、歯車機構での第１の歯が係合から外れるときに、後続の第２の歯が既に係合している、またはちょうど係合することを保証することができる。このようにして、常に、第１の歯および第２の歯の少なくとも一方が係合し、それにより、トルクトランスミッションの中断が避けられ、トランスミッションノイズを小さく保つことができる。ここで、第１の歯車本体および／または第２の歯車本体の幅は、前の歯が係合から外れるときに歯車本体の後続の歯がまだ係合していないほど小さくなるように選択することも可能である。なぜなら、このとき、それぞれの他方の歯車本体の少なくとも１つの歯が係合しているからである。それにより、歯車本体の少なくとも１つの軸方向寸法を特に小さくすることができ、したがって、平歯車の軸方向での構造的空間要件を減少させることができる。前の歯対の第１の歯が係合から外れるときに、後続の第２の歯が既に係合しているため、少なくとも１つの歯車本体の軸方向寸法を減少させることができ、大きなさらなる歯車ノイズを甘受する必要はなく、したがって、小さい構造的空間要件を有する静かな自動車トランスミッションを実現することが可能になる。さらに、このようにして、自動車トランスミッションの内力を減少させることができ、自動車トランスミッションの全体的な効率を高めることができる。

山歯歯車機構を形成するように歯車本体が配置されることにより、トランスミッション効率を増加させることができる。さらに、シャフトベアリングの力を減少させることができ、平歯車と噛み合う遊び歯車（a floating gear）の遊び歯車ベアリングに対する傾斜モーメント負荷をなくすことができる。単に螺旋状の歯が付いた平歯車とは異なり、歯車本体の湾曲をなくすことが可能であり、それにより、歯車本体のウェブのウェブ厚を減少させることが可能である。なぜなら、実質的に円周方向の力および半径方向の力しかウェブに作用しないからである。さらに、歯幅にわたる負荷分散を改良することができる。山歯歯車機構により、平歯車と噛み合う遊び歯車の中心を自動的に合わせて、２つの歯車本体にわたる実質的に均等な負荷分散をもたらすことができる。さらに、第１の歯および／または第２の歯に関するより大きな螺旋角度が可能である。歯車本体の変形の減少により、同様に、ノイズ放出をなくし、改良された音響特性をもたらすことが可能である。

特に、第１の歯のかみ合い長さ（a face advance）Ｕ_１と、後続の第２の歯のかみ合い長さＵ_２とが、円周方向で距離εにわたって重なり合い、ここで、０．００≦ε／Ｕ_２≦０．２０、特に０．０１≦ε／Ｕ_２≦０．１０、好ましくは０．０２≦ε／Ｕ_２≦０．０５、特に好ましくは０．０３≦ε／Ｕ_２≦０．０４である。かみ合い長さは、ピッチ円直径（作業円直径とも呼ばれる）の半径方向頂部での、円周方向での螺旋歯の歯面の広がりである。距離εは、同様に、ピッチ円直径の半径方向頂部で、円周方向で定義される。したがって、距離εは、非常に短いことがあり、それにより、少なくとも１つの歯車本体の特に短い軸方向寸法が可能である。しかし、距離εが、特定の安全率を有して寸法設定されることも可能であり、それにより、製造および位置公差、ならびに考慮すべきさらなる公差を考慮に入れて、第１の歯が係合から外れるときに後続の第２の歯が係合することを保証することができる。不要に大きい距離εを避けることができ、したがって、軸方向でのそれぞれの歯車本体の不要に大きい幅が避けられる。

好ましくは、第１の歯車本体および／または第２の歯車本体は、ε_β≦１．００、特に０．５０≦ε_β＜１．００、好ましくは０．７５≦ε_β≦０．９９、より好ましくは０．８５≦ε_β≦０．９８、特に好ましくは０．９５≦ε_β≦０．９７のかみ合い率（a face contact ratio）ε_βを有する。かみ合い率は、ピッチ円直径の半径方向頂部での、それぞれの歯のかみ合い長さとそのピッチとの比である。第１の歯が係合から外れるときに後続の第２の歯が既に係合しているため、それぞれの歯車本体が、１．００未満のかみ合い率を有することもあり、その際、歯車本体の転動中に歯が一時的に係合していない場合がある。この状況では、トルクの伝達は、それぞれの他方の歯車本体を介して行うことができる。１．００未満のかみ合い率にも関わらず、歯の震えおよびがたつきノイズを回避することができる。

第１の歯車本体と第２の歯車本体とが円周方向で互いに対してオフセットされ、互いに向かい合う第１の歯車本体と第２の歯車本体との軸方向側面で、第１の歯と第２の歯が一部のみ互いに重なり合うことが特に好ましい。互いに向かい合う第１の歯と第２の歯との軸方向側面は、完全に重なり合うようには互いに向けられず、円周方向で互いに対して回転オフセットを有するように位置決めされる。このようにすると、少なくとも１つの歯車本体の幅がさらに小さい場合にも、第１の歯が係合から外れるときに後続の第２の歯が係合することを実現することが可能である。さらに、相互オフセットのない山歯歯車機構に比べて歯のかみ合い量を増加させることが可能である。

互いに向かい合う第１の歯車本体と第２の歯車本体との軸方向側面で、第１の歯の第１の歯面が、向かい合わせに位置された一部重なり合った第２の歯の第２の歯面に対して、円周方向でＶ_Ｕだけオフセットされており、第１の歯および第２の歯の円周方向での最大の歯厚をＳとして、０．００＜Ｖ_Ｕ／Ｓ＜１．００、特に０．２５≦Ｖ_Ｕ／Ｓ≦０．９８、好ましくは０．５０≦Ｖ_Ｕ／Ｓ≦０．９５、より好ましくは０．７５≦Ｖ_Ｕ／Ｓ≦０．９０、特に好ましくは０．８０≦Ｖ_Ｕ／Ｓ≦０．８５が成り立つことが特に企図（適用）される。第１の歯面と第２の歯面はそれぞれ同じ円周方向に向いている。通常、最大歯厚は、ピッチ円直径よりも小さい直径位置で、歯元の近傍にある。上記のようなオフセットの場合、互いに向かい合う歯の軸方向側面の端面の少なくとも一部が重なり合ったままである。

互いに向かい合う第１の歯車本体と第２の歯車本体との軸方向側面で、第１の歯の第１の歯面が、向かい合わせに位置された、一部重なり合った第２の歯の第２の歯面に対して、円周方向でＶ_Ｕだけオフセットされており、ピッチ円直径の半径方向頂部での第１の歯および第２の歯の円周方向での歯厚をｓとして、０．００≦Ｖ_Ｕ／ｓ≦１．００、特に０．２５≦Ｖ_Ｕ／ｓ≦０．９８、好ましくは０．５０≦Ｖ_Ｕ／ｓ≦０．９５、より好ましくは０．７５≦Ｖ_Ｕ／ｓ≦０．９０、特に好ましくは０．８０≦Ｖ_Ｕ／ｓ≦０．８５が成り立つことが好ましくは企図（適用）される。第１の歯面と第２の歯面はそれぞれ同じ円周方向に向いている。この歯厚は、ピッチ円直径の半径方向頂部におけるものである。上記のようなオフセットの場合、互いに向かい合う歯の軸方向側面の端面の少なくとも一部が、ピッチ円直径の半径方向頂部で重なり合ったままである。

特に好ましくは、第１の歯が第１の螺旋角度を有し、および第２の歯が第２の螺旋角度を有し、第１の螺旋角度の大きさが第２の螺旋角度の大きさと異なることが企図される。異なる螺旋角度により、予想される追加の軸方向力を見込み、補償することができる。

好ましくは第１の歯が第１の歯幅を有し、および好ましくは第２の歯が、第１の歯幅と異なる第２の歯幅を有する。第２の歯に対する第１の歯の異なる歯幅により、予想される追加の軸方向力を見込み、補償することができる。

特に、平歯車を取り付けるためのハブ（a hub）が提供され、第１の歯車本体および第２の歯車本体が、動かないようにハブに接続される。特に、第１の歯車本体および／または第２の歯車本体は、それぞれ歯冠と歯のみから構成することができ、それぞれの歯車本体のためのウェブはハブによって形成される。第１の歯車本体および／または第２の歯車本体は、例えば、歯車機構などの嵌合接続によって、および／または例えば溶接接続などの接着接続によってハブに固定接続される。このようにして、特に、自動車トランスミッションの様々なギア段に関して同じハブを使用し、形成すべきそれぞれのギア段ごとに、前記ギア段用に提供される歯車本体を単にハブに接続することが可能である。それにより、製造コストを低く保つことができる。

また、本発明は、上述したように設計および改良することができる平歯車と、平歯車と噛み合う遊び歯車とを有する自動車トランスミッション用のギア段であって、遊び歯車が軸方向で変位可能であるように取り付けられるギア段に関する。前の歯対の第１の歯が係合から外れるときに、平歯車の後続の第２の歯が既に係合しているため、少なくとも１つの歯車本体の軸方向寸法を減少させることができ、大きなさらなる歯車ノイズを甘受する必要はなく、したがって、小さい構造的空間要件を有する静かな自動車トランスミッションを実現することが可能になる。

また、本発明は、車両変速比（vehicle gear speeds）にシフトするための自動車トランスミッションであって、ギア段に割り当てられた車両変速比にシフトするために上述したように設計および改良することができる少なくとも１つのギア段を有する自動車トランスミッションに関する。前の歯対の第１の歯が係合から外れるときに、平歯車の後続の第２の歯が既に係合しているため、少なくとも１つの歯車本体の軸方向寸法を減少させることができ、大きなさらなる歯車ノイズを甘受する必要はなく、したがって、小さい構造的空間要件を有する静かな自動車トランスミッションを実現することが可能になる。

以下、本発明を、添付図面を参照して、好ましい例示的実施形態に基づいて例として論じる。以下に提示する特徴は、それぞれ個別にまたは組み合わさって、本発明の一態様をなすことができる。

平歯車の概略斜視図を示す。図１からの平歯車の概略断面図を示す。図１からの平歯車の概略平面図を示す。図１からの平歯車に関する第２の実施形態の概略斜視図を示す。図１からの平歯車に関する第３の実施形態の概略斜視図を示す。

図１および図２に示される平歯車１０は、ハブ１２を有し、ハブ１２に、第１の歯車本体１４および第２の歯車本体１６が固定接続されている。第１の歯車本体１４は、螺旋状の第１の歯１８を有し、第２の歯車本体１６は、逆向きの螺旋状の第２の歯２０を有し、平歯車１０の山歯歯車機構をなす。ハブ１２は、歯車本体１４、１６のための共通のウェブ２２を形成する。

図３に示されるように、第１の歯車本体１４と第２の歯車本体１６は、互いに対して回転オフセットを有し、したがって円周方向で互いに対してオフセットされ、それにより、互いに向かい合う第１の歯１８と第２の歯２０との軸方向側面は、軸方向で見て完全には重なり合わず、一部のみ重なり合う。このとき、第１の歯車本体１４の幅ｂ_１が非常に小さく、かつ第２の歯車本体１６の幅ｂ_２が非常に小さい場合、第２の歯車本体１６に向いた第１の歯１８の軸方向側面での、第１の歯１８の第１の歯面２６の想像上の延長線２４が、第１の歯車本体１４とは反対側の、向かい合う第２の歯２０の後に続く第２の歯３０の軸方向側面で、第２の歯２０の第２の歯面２８の縁部に実質的に正確に交わることを実現することができる。それにより、第１の歯１８が係合から外れるときに、後続の第２の歯３０が係合することを保証することができる。さらに、それにより、第１の歯車本体１４の第１のかみ合い長さＵ_１と第２の歯車本体１６の第２のかみ合い長さＵ_２とが１ピッチｐ_ｔ未満であり、それぞれの歯車本体１４、１６に関して１．００未満のかみ合い率をもたらす場合、噛み合う遊び歯車との連続的な歯列の係合を実現することが可能である。

図４に示される平歯車１０の実施形態では、第１の歯１８の第１のかみ合い長さＵ_１が後続の第２の歯３０の第２のかみ合い長さＵ_２にわずかに重なる程度まで、第１の歯車本体１４が第２の歯車本体１６に対して回転オフセットされている。図５に示される平歯車１０の実施形態では、第１の歯車本体１４は、第２の歯車本体１６に対してさらに回転オフセットされ、第１の歯１８の第１のかみ合い長さＵ_１と後続の第２の歯３０の第２のかみ合い長さＵ_２とのさらに大きい重なりを生じる。さらに、ここで、少なくともピッチ円直径の範囲内で半径方向で、第１の歯１８が２つの第２の歯２０に一部重なり、第２の歯２０が２つの第１の歯１８に一部重なることを実現することができる。

１０平歯車
１２ハブ
１４第１の歯車本体
１６第２の歯車本体
１８第１の歯
２０第２の歯
２６第１の歯面
２８第２の歯面
３０第２の歯

Claims

自動車トランスミッションの歯車機構で駆動トルクを伝達するための平歯車であって、
第１の歯（１８）を形成するための螺旋状の歯が付いた第１の歯車本体（１４）と、
第２の歯（２０）を形成するための、山歯歯車機構を形成するように前記第１の歯車本体（１４）に対して逆向きの螺旋状の歯が付いた第２の歯車本体（１６）と、を有し、
前記第１の歯車本体（１４）と前記第２の歯車本体（１６）との互いに向かい合う軸方向側面で、前記第１の歯（１８）と前記第２の歯（２０）とが、それぞれ対として一部互いに重なり合うように互いに向かい合い、
前記第１の歯（１８）が第１の螺旋角度を有し、および前記第２の歯（２０）が第２の螺旋角度を有し、前記第１の螺旋角度の大きさが前記第２の螺旋角度の大きさと異なり、
前記第１の歯（１８）のかみ合い長さＵ１と、前記向かい合う第２の歯（２０）の後に円周方向で続く第２の歯（３０）のかみ合い長さＵ２とが、円周方向で重なり合い、
前記第１の歯車本体（１４）の前記かみ合い長さＵ１と前記第２の歯車本体（１６）の前記かみ合い長さＵ２とが１ピッチ（Ｐｔ）未満である
ことを特徴とする、平歯車。
自動車トランスミッションの歯車機構で駆動トルクを伝達するための平歯車であって、
第１の歯（１８）を形成するための螺旋状の歯が付いた第１の歯車本体（１４）と、
第２の歯（２０）を形成するための、山歯歯車機構を形成するように前記第１の歯車本体（１４）に対して逆向きの螺旋状の歯が付いた第２の歯車本体（１６）と、を有し、
前記第１の歯車本体（１４）と前記第２の歯車本体（１６）との互いに向かい合う軸方向側面で、前記第１の歯（１８）と前記第２の歯（２０）とが、それぞれ対として一部互いに重なり合うように互いに向かい合い、
前記第１の歯（１８）が第１の歯幅を有し、および前記第２の歯（２０）が、前記第１の歯幅と異なる第２の歯幅を有し、
前記第１の歯（１８）のかみ合い長さＵ１と、前記向かい合う第２の歯（２０）の後に円周方向で続く第２の歯（３０）のかみ合い長さＵ２とが、円周方向で重なり合い、
前記第１の歯車本体（１４）の前記かみ合い長さＵ１と前記第２の歯車本体（１６）の前記かみ合い長さＵ２とが１ピッチ（Ｐｔ）未満である
ことを特徴とする、平歯車。
前記第１の歯（１８）のかみ合い長さＵ１と、前記第２の歯（３０）のかみ合い長さＵ２とが、円周方向で距離εにわたって重なり合い、ここで、０．００≦ε／Ｕ２≦０．２０であることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の平歯車。
前記第１の歯車本体（１４）と前記第２の歯車本体（１６）とが円周方向で互いに対してオフセットされ、互いに向かい合う前記第１の歯車本体（１４）と前記第２の歯車本体（１６）との前記軸方向側面で、前記第１の歯（１８）と前記第２の歯（２０）とが一部のみ互いに重なり合うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の平歯車。
互いに向かい合う前記第１の歯車本体（１４）と前記第２の歯車本体（１６）との前記軸方向側面で、前記第１の歯（１８）の第１の歯面（２６）が、前記向かい合わせに位置された一部重なり合った第２の歯（２０）の第２の歯面（２８）に対して、前記円周方向でＶＵだけオフセットされており、前記第１の歯（１８）および前記第２の歯（２０）の前記円周方向での最大の歯厚をＳとして、０．００＜ＶＵ／Ｓ＜１．００が成り立つことを特徴とする、請求項４に記載の平歯車。
互いに向かい合う前記軸方向側面で、前記第１の歯（１８）の第１の歯面（２６）が、前記向かい合わせに位置された一部重なり合った第２の歯（２０）の第２の歯面（２８）に対して、前記円周方向でＶＵだけオフセットされており、ピッチ円直径の半径方向頂部での前記第１の歯（１８）および前記第２の歯（２０）の前記円周方向での歯厚をｓとして、０．００≦ＶＵ／ｓ≦１．００が成り立つことを特徴とする、請求項４または５に記載の平歯車。
前記平歯車（１０）を取り付けるためのハブ（１２）が提供され、前記第１の歯車本体（１４）および前記第２の歯車本体（１６）が、動かないように前記ハブ（１２）に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の平歯車。
車両変速比にシフトするための自動車トランスミッションであって、ギア段に割り当てられた車両変速比にシフトするための請求項７に記載の少なくとも１つのギア段を有する自動車トランスミッション。