用于傳遞扭矩的輪轂的制作方法
【專利摘要】帶有用于嚙合到套管內(nèi)嚙合部中的外嚙合部(4)以及用于與軸接觸的中央凹部(23)的輪轂(2、22),其中,外嚙合部(4)由多個(gè)嚙合部區(qū)段形成,這些嚙合部區(qū)段通過嚙合部開口(7)彼此分隔開,并且其中,未裝在軸上的輪轂(2、22)具有節(jié)距誤差,其在從嚙合部開口(7)離開的方向上降低。
【專利說明】用于傳遞扭矩的輪轂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有用于嚙合到套管內(nèi)嚙合部中的外嚙合部以及用于與軸接觸的中央凹部的輪轂,其中,外嚙合部由多個(gè)嚙合部區(qū)段形成,這些嚙合部區(qū)段通過嚙合部開口彼此分隔開。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的輪轂在本領(lǐng)域中以極不相同的應(yīng)用形式,例如作為傳動(dòng)齒輪所公知。輪轂的嚙合部具有嚙合部區(qū)段,在這些嚙合部區(qū)段中,齒等距離地彼此相間隔。此外還具有如下區(qū)域,在這些區(qū)域中嚙合部例如通過用于預(yù)同步元件的凹部被中斷或者更寬地去掉若干單個(gè)齒,它們嚙合到對(duì)應(yīng)嚙合部中的相應(yīng)的更寬的齒槽中,以便使彼此嚙合的構(gòu)件可以正確地相互定位。
[0003]由DE38 17 767A1公知了一種套筒狀的滑動(dòng)套管,其以內(nèi)嚙合部嚙合到柱體狀同步載體的外嚙合部中。為了減小通過淬火變形產(chǎn)生的滑動(dòng)套管傾斜,嚙合部的齒直徑如下這樣地匹配,即,在維持限定的間隙的情況下保障滑動(dòng)套管的精確的滑動(dòng)引導(dǎo)。
[0004]DE100 18 094A1公開了一種滑動(dòng)套管,其帶有非切削地制成的、波紋狀的、具有內(nèi)嚙合部的套管體和作為換擋撥叉引導(dǎo)裝置的盤形件。盤形件以向內(nèi)伸入的楔形部嚙合到套管體中。在這種情況下,具有相同的或有偏差的齒距的套管體和盤形件的型面可以相互嚙
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[0005]由此,輪轂經(jīng)常是非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的,這例如是因?yàn)閲Ш喜坎皇侨h(huán)繞的,而是劃分成嚙合部節(jié)段,或者出于其他的功能性原因有不同的力作用到各單個(gè)齒上。特別是嚙合部的那些與齒開口相鄰的齒經(jīng)受 很強(qiáng)的齒力過度曾高,而其余的齒則傳遞明顯較小的負(fù)荷。這種效果如下這樣被加強(qiáng),即,特別是當(dāng)輪轂借助于壓配合與軸固定連接時(shí),輪轂的嚙合部由于裝配在軸上而稍微變形。輪轂越不圓或者徑向凹部從外嚙合部向輪轂中心延伸得越深,變形行為就越顯著。由此,特別是與徑向凹部相鄰的齒經(jīng)受很強(qiáng)的負(fù)載。
[0006]因此,在輪轂中形成不期望的應(yīng)力集中,其可能導(dǎo)致失效以及阻礙輪轂進(jìn)一步的質(zhì)量減少。在輪轂帶有齒開口的情況下,特別是嚙合部節(jié)段的第一個(gè)和最后一個(gè)齒關(guān)鍵性地被加載,這是因?yàn)樽饔玫剿鼈兩系凝X力特別強(qiáng)地確定了齒開口中的缺口應(yīng)力以及進(jìn)而整個(gè)構(gòu)件的缺口應(yīng)力。
[0007]為了解決這個(gè)問題,在節(jié)段的第一個(gè)和最后一個(gè)齒的不同的結(jié)構(gòu)中,由于厚度減小完全脫離嚙合,由此到對(duì)應(yīng)構(gòu)件中的負(fù)載輸入被齒開口移走。但是在此,在齒之間的不均勻的負(fù)荷分布的問題原則上仍然存在并且僅以一個(gè)齒推移。此外,提供了更少地承載的齒以傳遞扭矩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]因此本發(fā)明的任務(wù)是,提供一種用于軸的輪轂,其在相同的結(jié)構(gòu)空間的情況下可以傳遞更1?的扭矩或者提1? 了它 的使用壽命。[0009]根據(jù)本發(fā)明,這個(gè)任務(wù)在根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的輪轂中通過以下方式來解決,即,未裝在軸上的輪轂具有節(jié)距誤差,其在從嚙合部開口離開的方向上降低。由此,各單個(gè)齒在幾何結(jié)構(gòu)上并不是彼此間等間隔地構(gòu)造,而是朝向齒開口以與幾何結(jié)構(gòu)上的理想齒距遞增地錯(cuò)開的方式構(gòu)造。節(jié)距誤差如下這樣確定規(guī)格,即,輪轂在特別是通過壓連接與軸連接之后不具有或者具有很小的節(jié)距誤差。由此,由通過裝配造成的在切向方向上不均勻的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形在制造嚙合部時(shí)在結(jié)構(gòu)上被考慮到。因此,通過過盈配合導(dǎo)入輪轂中并使輪轂變形的力并沒有被消除,而是被利用以克服之前人工地引入的節(jié)距誤差。附加地,輪轂可以制造成不圓的,以便通過壓配合獲得在齒根的高度上的圓柱形周邊。
[0010]因此,單個(gè)齒彼此間的齒布置和/或齒延伸的、通過不對(duì)稱性、布置錯(cuò)位或齒廓改變(以下稱為節(jié)距誤差)造成的、借助本身公知的有限元法計(jì)算出的偏差有針對(duì)性地被用于抵抗由輪轂與軸的連接產(chǎn)生的變形。人工引入的節(jié)距誤差通過輪轂在其裝配時(shí)的變形被減小,從而輪轂在安裝好的狀態(tài)下不具有值得注意的節(jié)距誤差的嚙合部。因此,輪轂的齒區(qū)域由于裝配變形得越強(qiáng)烈,節(jié)距誤差就越顯著。通過在輪轂在其他方面具有相同的結(jié)構(gòu)形式的情況下引入人工的特別匹配的節(jié)距誤差,提高了力矩傳遞可靠性。
[0011]以下結(jié)合同步化單元描述本發(fā)明。同步化單元同樣可以用在其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用中以及通常用在軸輪轂連接裝置上。在同步化單元中,同步載體設(shè)有具有人工節(jié)距誤差的輪轂。
[0012]優(yōu)選地,節(jié)距誤差不僅涉及單個(gè)的齒,而且涉及至少兩個(gè)相鄰的齒或者所有相鄰的齒。如果功能元件構(gòu)造為凹部或者構(gòu)造為齒開口,那么減負(fù)的區(qū)域大多為直接與凹部鄰接的齒。
[0013]在變型方案中設(shè)置,每個(gè)或者幾乎每個(gè)齒都設(shè)有節(jié)距誤差,從而最強(qiáng)地負(fù)載的齒與最小地負(fù)載的齒相比僅略微更強(qiáng)地負(fù)載。理想地,負(fù)載差通過節(jié)距誤差以至少80%減小。因此,通常節(jié)距誤差的計(jì)算將會(huì)導(dǎo)致確保在同步化單元運(yùn)行中到所有齒上的在很大程度上均勻的力分布的嚙合部。
[0014]備選地也可以想到,關(guān)于嚙合部可以有針對(duì)性地引入不均勻的力分布,但是這種力分布會(huì)導(dǎo)致在與嚙合部連接或者協(xié)同作用的構(gòu)件中的特別低的應(yīng)力。由此可以設(shè)計(jì)出具有較少材料的同步化單元,這導(dǎo)致重量優(yōu)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)空間優(yōu)點(diǎn)。
[0015]在試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí),在根據(jù)本發(fā)明的同步載體中的應(yīng)力以最多30%下降。這在必要時(shí)甚至允許在同步化單元中使用僅由板材材料構(gòu)建成的同步載體,隨之而來的是相對(duì)于實(shí)心的同步載體的顯著的材料節(jié)約和重量節(jié)約。
[0016]在節(jié)距誤差的設(shè)計(jì)中,可以根據(jù)所使用的構(gòu)件的類型要么考慮到對(duì)整體同步化單元進(jìn)行優(yōu)化。要么備選地使各單個(gè)構(gòu)件或區(qū)域有針對(duì)性地稍微更高地負(fù)載,以便另外地如下這樣減負(fù),即,產(chǎn)生了在制造中例如通過節(jié)約生產(chǎn)步驟、材料或者通過實(shí)現(xiàn)備選的生產(chǎn)工藝的額外的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]人工節(jié)距誤差的調(diào)整可以通過改變齒厚度、通過不同的齒廓和/或通過在嚙合部中的齒布置來實(shí)現(xiàn)。因此,嚙合部并不是在幾何結(jié)構(gòu)上理想地實(shí)現(xiàn)的,而是各單個(gè)齒或較厚或較薄地實(shí)施,并且嚙合部具有不同的橫截面或型面或者是關(guān)于幾何結(jié)構(gòu)上理想的位置稍微錯(cuò)開。顯而易見的是,節(jié)距誤差也可以由這些措施的組合來組成。
[0018]通過在運(yùn)行中調(diào)整出的優(yōu)化的齒力分布,嚙合部及其對(duì)應(yīng)嚙合部以及承載它們的構(gòu)件明顯更低地被加載。已經(jīng)證實(shí),節(jié)距誤差在用于載客機(jī)動(dòng)車的傳動(dòng)同步的情況下在數(shù)微米到最大百分之幾毫米的范圍中。在任何情況下,節(jié)距誤差以一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)小于齒本身的尺寸。
[0019]為了將通過再加工帶來的制造成本或者對(duì)生產(chǎn)精度的過高的要求保持在可接受的范圍內(nèi),最小的節(jié)距誤差不應(yīng)低于由生產(chǎn)技術(shù)限定的下限。在計(jì)算節(jié)距誤差時(shí),對(duì)于其余的齒應(yīng)當(dāng)考慮該下限。
[0020]原則上,在同步構(gòu)件的嚙合部上設(shè)定的節(jié)距誤差是足夠的。但是,不僅嚙合部而且還有對(duì)應(yīng)嚙合部也可以含有節(jié)距誤差。
[0021]如果第一同步化構(gòu)件為同步載體而第二同步構(gòu)件為滑動(dòng)套管,那么當(dāng)滑動(dòng)套管與離合器體的齒嚙合不應(yīng)當(dāng)受到影響時(shí),在同步載體的嚙合部中設(shè)置節(jié)距誤差是有利的。
[0022]在嚙合部內(nèi)制造出節(jié)距誤差可以用簡單的方式如下這樣來實(shí)現(xiàn),S卩,特別是在嚙合部通過冷成型技術(shù)制成的情況下,生產(chǎn)工具設(shè)有不協(xié)調(diào)的齒幾何結(jié)構(gòu)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的嚙合部可以設(shè)置有第二節(jié)距誤差。之前提到的根據(jù)本發(fā)明的(第一)節(jié)距誤差設(shè)置僅與幾何結(jié)構(gòu)位置偏離的齒布置,而作為第二節(jié)距誤差可以設(shè)置齒側(cè)后退或者其他幾何結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)開,其依賴于引入到輪轂上的負(fù)荷和/或轉(zhuǎn)動(dòng)方向。該第二節(jié)距誤差導(dǎo)致不協(xié)調(diào)的齒嚙合,也就是說,齒不是在每個(gè)負(fù)載情況下都同時(shí)嚙合,而是由于所需的彈性變形在特定的負(fù)荷分布下才嚙合,該負(fù)荷分布超出在預(yù)定的可根據(jù)節(jié)距誤差的類型和大小設(shè)定的閾值。如果在傳遞微小的扭矩的齒上的負(fù)荷過大,那么這些齒會(huì)稍微變形,從而使更多的齒起作用。因此,在負(fù)載不斷增加的情況下,越來越多的齒參與扭矩傳遞,直至在最大的扭矩輸入的情況下所有齒都對(duì)扭矩傳遞做出貢獻(xiàn)。由此得到了依賴于負(fù)載的負(fù)荷分布。結(jié)果這會(huì)導(dǎo)致,各單個(gè)齒雖然在特定的或者所有運(yùn)行條件下比幾何結(jié)構(gòu)上理想的嚙合部的齒更高地負(fù)載;但是同步化構(gòu)件的在最不利的可能的運(yùn)行條件下最強(qiáng)地被加載的齒或嚙合部區(qū)段的峰值負(fù)荷降低。因?yàn)橥交瘑卧鶕?jù)這種峰值負(fù)載來設(shè)計(jì),所以通過有針對(duì)性的第二節(jié)距誤差額外提高了使用壽命或所能傳遞的扭矩。
[0024]因此,具有之前提到的兩個(gè)節(jié)距誤差的輪轂在裝配在軸上之后還不能立即獲得幾何結(jié)構(gòu)上理想的嚙合部,而是在帶有輪轂的設(shè)備的運(yùn)行中負(fù)載的情況下才獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]以適宜的方式結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。在附圖中:
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的輪轂及作為帶有對(duì)應(yīng)嚙合部的構(gòu)件的滑動(dòng)套管的橫截面圖,該輪轂的形式為同步載體;
[0027]圖2示出了圖1中的同步化單元的立體圖;
[0028]圖3示出了第二個(gè)根據(jù)本發(fā)明的輪轂的橫截面的局部截段,帶有投影的幾何結(jié)構(gòu)上理想的嚙合部;
[0029]圖4a示出了在裝配之前根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輪轂的嚙合部區(qū)段的節(jié)距誤差的圖表;
[0030]圖4b示出了在將輪轂裝配到軸上之后,單個(gè)齒的由根據(jù)圖4a的齒幾何結(jié)構(gòu)造成的節(jié)距誤差;
[0031]圖5a示出了在裝配之前根據(jù)圖3的根據(jù)本發(fā)明的輪轂的嚙合部區(qū)段的齒的節(jié)距誤差;以及[0032]圖5b示出了在裝配之后根據(jù)圖3的根據(jù)本發(fā)明的輪轂的嚙合部區(qū)段的齒的節(jié)距誤差。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的輪轂22,其作為同步化單元I的同步載體2。輪轂22在其向外指向的表面3上具有外嚙合部4。輪轂與外嚙合部4同中心地具有中央凹部23,輪轂可通過該中央凹部抗相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地(drehfest)固定。為了這個(gè)目的,輪轂22在中央凹部23中具有軸嚙合部8,通過該軸嚙合部輪轂可以嚙合到未示出的傳動(dòng)軸的對(duì)應(yīng)嚙合部中。
[0034]構(gòu)造為同步載體2的輪轂22用外嚙合部4嚙合在互補(bǔ)的內(nèi)嚙合部14中,該內(nèi)嚙合部在同中心地包圍同步載體2的作為第二構(gòu)件的滑動(dòng)套管12的向內(nèi)指向的表面13上地布置?;瑒?dòng)套管12在外側(cè)具有由環(huán)狀輪緣16形成的換擋撥叉槽17,其用于與操縱同步化單元I的未示出的滑檔撥叉進(jìn)行嚙合。同步載體2和滑動(dòng)套管12通過它們?cè)谳S向方向上延伸的哨合部4、14形狀鎖合地(formschluessig)連接并且可軸向相對(duì)彼此移動(dòng)。
[0035]同步載體2是非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的構(gòu)件。具體而言,同步載體2的外嚙合部4在周側(cè)通過用于鎖定的形式為留空部7的三個(gè)嚙合部開口 10被劃分成三個(gè)嚙合部區(qū)段24、25、26,它們?cè)诙藗?cè)分別具有各一個(gè)鎖定開口齒18。鎖定裝置(未示出)用于導(dǎo)入預(yù)同步過程。嚙合部區(qū)段24、25、26具有定位齒9,其構(gòu)造成明顯比其余的齒5更寬。借助于定位齒9,在裝配時(shí)確保了兩個(gè)構(gòu)件,即滑動(dòng)套管12和同步載體2的正確的角定位。此外,在軸嚙合部8上還布置有凹部11。
[0036]同步載體2的齒5具有與其負(fù)載相協(xié)調(diào)的、例如在齒頂和齒根之間的中部測(cè)得的、單個(gè)的齒厚度di并因此具有節(jié)距誤差?;瑒?dòng)套管12的齒15等距離地布置并且具有保持不變的齒厚度。
[0037]在這種實(shí)施方式中,同步載體2的齒5基本上都具有相同的(漸開線的)基本形狀。為了更好地比較,在圖3中,如在齒具有在幾何結(jié)構(gòu)上相等的間距的情況下所產(chǎn)生那樣的嚙合部投影到具有節(jié)距誤差的齒5上。節(jié)距誤差由定位齒9開始向鎖定開口齒18單調(diào)遞
[0038]圖4a和圖4b涉及現(xiàn)有技術(shù)的同步化單兀。在圖4a中,針對(duì)同步載體2的每個(gè)齒,示出了在其裝配到軸上之前各齒布置與在嚙合部區(qū)段具有在幾何結(jié)構(gòu)上相等節(jié)距的情況下通過12個(gè)齒產(chǎn)生的位置的偏差。由于所有相鄰的齒都具有相同的構(gòu)造和間距,所以偏差為零或者處于可在生產(chǎn)技術(shù)上產(chǎn)生影響的范圍之下。在圖4b中示出的在將同步載體2壓入之后的重新定位配屬于這種類型的嚙合部區(qū)段。位于外側(cè)的鎖定開口齒(第一和第十二齒)最強(qiáng)地從其幾何結(jié)構(gòu)上的理想位置脫離。
[0039]圖5a和5b示出了圖1至圖3中的根據(jù)本發(fā)明的同步化單元中的情況。在此情況幾乎是相反的:在裝配前鎖定開口齒最遠(yuǎn)地離開它在幾何結(jié)構(gòu)上的理想位置地制成,而在裝配之后(圖5b)產(chǎn)生了相等的齒距。
[0040]附圖標(biāo)記 列表
[0041]I) 同步化單元
[0042]2) 同步載體[0043]3)向外指向的表面
[0044]4)外嚙合部
[0045]5)齒
[0046]6)(未說明)
[0047]7)留空部
[0048]8)軸嚙合部
[0049]9)定位齒
[0050]10)功能元件
[0051]11)凹部
[0052]12)滑動(dòng)套管
[0053]13)向內(nèi)指向的表面
[0054]14)內(nèi)嚙合部
[0055]15)齒
[0056]16)環(huán)狀輪緣
[0057]17)換擋撥叉槽
[0058]18)鎖定開口齒
[0059]19)間隙
[0060]20)齒側(cè)減小部
[0061]21)齒側(cè)
[0062]22)輪轂
[0063]23)中央凹部
[0064]24)嚙合部區(qū)段
[0065]25)嚙合部區(qū) 段
[0066]26)嚙合部區(qū)段
【權(quán)利要求】
1.一種具有用于嚙合到套管內(nèi)嚙合部中的外嚙合部(4)以及用于與軸接觸的中央凹部(23)的輪轂(2、22),其中, -外嚙合部(4)由多個(gè)嚙合部區(qū)段(24、25、26)形成,所述嚙合部區(qū)段通過嚙合部開口(10)彼此分隔開, 其特征在于,未裝在軸上的輪轂(2、22)具有幾何結(jié)構(gòu)上的節(jié)距誤差,所述節(jié)距誤差在從嚙合部開口(10)離開的方向上降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂,其特征在于,外嚙合部(4)為直齒嚙合部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂,其特征在于,輪轂(22)是用于同步化裝置的(I)的同步體(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂,其特征在于,嚙合部開口(10)構(gòu)造為至少兩個(gè)齒那么寬的徑向凹部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂,其特征在于,最大節(jié)距誤差小于100微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輪轂,其特征在于,輪轂(2、22)的外嚙合部(4)具有另一節(jié)距誤差,以便使通過嚙合部開口(10)或構(gòu)件(2、12)的幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的、不同的、瞬時(shí)引起的負(fù)載被平衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪轂,其特征在于,所述另一節(jié)距誤差構(gòu)造為特定的齒的厚度減小(8)或者齒側(cè)后退。
8.一種帶有軸和根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的輪轂(2、22)的結(jié)構(gòu)單元,其特征在于,輪轂(2、22)利用過盈配合的方式壓在軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)單元,其特征在于,輪轂(2、22)在裝配在軸上之后在無負(fù)荷或者有負(fù)荷的情況下都具有近似等距離的齒距。
【文檔編號(hào)】F16D23/06GK103890432SQ201280036942
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】亞歷克斯·尼古拉斯奎克, 福爾克哈德·瓦爾特, 魯?shù)婪颉じ柨? 申請(qǐng)人:舍弗勒技術(shù)有限兩合公司