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）由多個嚙合部區段形成，這些嚙合部區段通過嚙合部開口（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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有用于嚙合到套管內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，外嚙合部由多個嚙合部區段形成，這些嚙合部區段通過嚙合部開口彼此分隔開。
【背景技術】
[0002]這種類型的輪轂在本領域中以極不相同的應用形式，例如作為傳動齒輪所公知。輪轂的嚙合部具有嚙合部區段，在這些嚙合部區段中，齒等距離地彼此相間隔。此外還具有如下區域，在這些區域中嚙合部例如通過用于預同步元件的凹部被中斷或者更寬地去掉若干單個齒，它們嚙合到對應嚙合部中的相應的更寬的齒槽中，以便使彼此嚙合的構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套管，其以內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生的滑動套管傾斜，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套管的精確的滑動引導。
[0004]DE100 18 094A1公開了一種滑動套管，其帶有非切削地制成的、波紋狀的、具有內嚙合部的套管體和作為換擋撥叉引導裝置的盤形件。盤形件以向內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
口 ο
[0005]由此，輪轂經常是非旋轉對稱的，這例如是因為嚙合部不是全環繞的，而是劃分成嚙合部節段，或者出于其他的功能性原因有不同的力作用到各單個齒上。特別是嚙合部的那些與齒開口相鄰的齒經受 很強的齒力過度曾高，而其余的齒則傳遞明顯較小的負荷。這種效果如下這樣被加強，即，特別是當輪轂借助于壓配合與軸固定連接時，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受很強的負載。
[0006]因此，在輪轂中形成不期望的應力集中，其可能導致失效以及阻礙輪轂進一步的質量減少。在輪轂帶有齒開口的情況下，特別是嚙合部節段的第一個和最后一個齒關鍵性地被加載，這是因為作用到它們上的齒力特別強地確定了齒開口中的缺口應力以及進而整個構件的缺口應力。
[0007]為了解決這個問題，在節段的第一個和最后一個齒的不同的結構中，由于厚度減小完全脫離嚙合，由此到對應構件中的負載輸入被齒開口移走。但是在此，在齒之間的不均勻的負荷分布的問題原則上仍然存在并且僅以一個齒推移。此外，提供了更少地承載的齒以傳遞扭矩。
【發明內容】
[0008]因此本發明的任務是，提供一種用于軸的輪轂，其在相同的結構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]根據本發明，這個任務在根據權利要求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距誤差，其在從嚙合部開口離開的方向上降低。由此，各單個齒在幾何結構上并不是彼此間等間隔地構造，而是朝向齒開口以與幾何結構上的理想齒距遞增地錯開的方式構造。節距誤差如下這樣確定規格，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距誤差。由此，由通過裝配造成的在切向方向上不均勻的結構產生的變形在制造嚙合部時在結構上被考慮到。因此，通過過盈配合導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，單個齒彼此間的齒布置和/或齒延伸的、通過不對稱性、布置錯位或齒廓改變(以下稱為節距誤差)造成的、借助本身公知的有限元法計算出的偏差有針對性地被用于抵抗由輪轂與軸的連接產生的變形。人工引入的節距誤差通過輪轂在其裝配時的變形被減小，從而輪轂在安裝好的狀態下不具有值得注意的節距誤差的嚙合部。因此，輪轂的齒區域由于裝配變形得越強烈，節距誤差就越顯著。通過在輪轂在其他方面具有相同的結構形式的情況下引入人工的特別匹配的節距誤差，提高了力矩傳遞可靠性。
[0011]以下結合同步化單元描述本發明。同步化單元同樣可以用在其他傳動機構應用中以及通常用在軸輪轂連接裝置上。在同步化單元中，同步載體設有具有人工節距誤差的輪轂。
[0012]優選地，節距誤差不僅涉及單個的齒，而且涉及至少兩個相鄰的齒或者所有相鄰的齒。如果功能元件構造為凹部或者構造為齒開口，那么減負的區域大多為直接與凹部鄰接的齒。
[0013]在變型方案中設置，每個或者幾乎每個齒都設有節距誤差，從而最強地負載的齒與最小地負載的齒相比僅略微更強地負載。理想地，負載差通過節距誤差以至少80%減小。因此，通常節距誤差的計算將會導致確保在同步化單元運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，關于嚙合部可以有針對性地引入不均勻的力分布，但是這種力分布會導致在與嚙合部連接或者協同作用的構件中的特別低的應力。由此可以設計出具有較少材料的同步化單元，這導致重量優點以及結構空間優點。
[0015]在試驗中已經證實，在根據本發明的同步載體中的應力以最多30%下降。這在必要時甚至允許在同步化單元中使用僅由板材材料構建成的同步載體，隨之而來的是相對于實心的同步載體的顯著的材料節約和重量節約。
[0016]在節距誤差的設計中，可以根據所使用的構件的類型要么考慮到對整體同步化單元進行優化。要么備選地使各單個構件或區域有針對性地稍微更高地負載，以便另外地如下這樣減負，即，產生了在制造中例如通過節約生產步驟、材料或者通過實現備選的生產工藝的額外的優點。
[0017]人工節距誤差的調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現。因此，嚙合部并不是在幾何結構上理想地實現的，而是各單個齒或較厚或較薄地實施，并且嚙合部具有不同的橫截面或型面或者是關于幾何結構上理想的位置稍微錯開。顯而易見的是，節距誤差也可以由這些措施的組合來組成。
[0018]通過在運行中調整出的優化的齒力分布，嚙合部及其對應嚙合部以及承載它們的構件明顯更低地被加載。已經證實，節距誤差在用于載客機動車的傳動同步的情況下在數微米到最大百分之幾毫米的范圍中。在任何情況下，節距誤差以一個或多個數量級小于齒本身的尺寸。
[0019]為了將通過再加工帶來的制造成本或者對生產精度的過高的要求保持在可接受的范圍內，最小的節距誤差不應低于由生產技術限定的下限。在計算節距誤差時，對于其余的齒應當考慮該下限。
[0020]原則上，在同步構件的嚙合部上設定的節距誤差是足夠的。但是，不僅嚙合部而且還有對應嚙合部也可以含有節距誤差。
[0021]如果第一同步化構件為同步載體而第二同步構件為滑動套管，那么當滑動套管與離合器體的齒嚙合不應當受到影響時，在同步載體的嚙合部中設置節距誤差是有利的。
[0022]在嚙合部內制造出節距誤差可以用簡單的方式如下這樣來實現，S卩，特別是在嚙合部通過冷成型技術制成的情況下，生產工具設有不協調的齒幾何結構。
[0023]根據本發明的嚙合部可以設置有第二節距誤差。之前提到的根據本發明的(第一)節距誤差設置僅與幾何結構位置偏離的齒布置，而作為第二節距誤差可以設置齒側后退或者其他幾何結構上的錯開，其依賴于引入到輪轂上的負荷和/或轉動方向。該第二節距誤差導致不協調的齒嚙合，也就是說，齒不是在每個負載情況下都同時嚙合，而是由于所需的彈性變形在特定的負荷分布下才嚙合，該負荷分布超出在預定的可根據節距誤差的類型和大小設定的閾值。如果在傳遞微小的扭矩的齒上的負荷過大，那么這些齒會稍微變形，從而使更多的齒起作用。因此，在負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扭矩傳遞做出貢獻。由此得到了依賴于負載的負荷分布。結果這會導致，各單個齒雖然在特定的或者所有運行條件下比幾何結構上理想的嚙合部的齒更高地負載；但是同步化構件的在最不利的可能的運行條件下最強地被加載的齒或嚙合部區段的峰值負荷降低。因為同步化單元根據這種峰值負載來設計，所以通過有針對性的第二節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節距誤差的輪轂在裝配在軸上之后還不能立即獲得幾何結構上理想的嚙合部，而是在帶有輪轂的設備的運行中負載的情況下才獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]以適宜的方式結合附圖詳細闡述本發明。在附圖中:
[0026]圖1示出了根據本發明的輪轂及作為帶有對應嚙合部的構件的滑動套管的橫截面圖，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示出了第二個根據本發明的輪轂的橫截面的局部截段，帶有投影的幾何結構上理想的嚙合部；
[0029]圖4a示出了在裝配之前根據現有技術的輪轂的嚙合部區段的節距誤差的圖表；
[0030]圖4b示出了在將輪轂裝配到軸上之后，單個齒的由根據圖4a的齒幾何結構造成的節距誤差；
[0031]圖5a示出了在裝配之前根據圖3的根據本發明的輪轂的嚙合部區段的齒的節距誤差；以及[0032]圖5b示出了在裝配之后根據圖3的根據本發明的輪轂的嚙合部區段的齒的節距誤差。
【具體實施方式】
[0033]圖1和圖2示出了根據本發明的輪轂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轉動地(drehfest)固定。為了這個目的，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軸的對應嚙合部中。
[0034]構造為同步載體2的輪轂22用外嚙合部4嚙合在互補的內嚙合部14中，該內嚙合部在同中心地包圍同步載體2的作為第二構件的滑動套管12的向內指向的表面13上地布置。滑動套管12在外側具有由環狀輪緣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行嚙合。同步載體2和滑動套管12通過它們在軸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彼此移動。
[0035]同步載體2是非旋轉對稱的構件。具體而言，同步載體2的外嚙合部4在周側通過用于鎖定的形式為留空部7的三個嚙合部開口 10被劃分成三個嚙合部區段24、25、26，它們在端側分別具有各一個鎖定開口齒18。鎖定裝置(未示出)用于導入預同步過程。嚙合部區段24、25、26具有定位齒9，其構造成明顯比其余的齒5更寬。借助于定位齒9，在裝配時確保了兩個構件，即滑動套管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具有與其負載相協調的、例如在齒頂和齒根之間的中部測得的、單個的齒厚度di并因此具有節距誤差。滑動套管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構上相等的間距的情況下所產生那樣的嚙合部投影到具有節距誤差的齒5上。節距誤差由定位齒9開始向鎖定開口齒18單調遞
[0038]圖4a和圖4b涉及現有技術的同步化單兀。在圖4a中，針對同步載體2的每個齒，示出了在其裝配到軸上之前各齒布置與在嚙合部區段具有在幾何結構上相等節距的情況下通過12個齒產生的位置的偏差。由于所有相鄰的齒都具有相同的構造和間距，所以偏差為零或者處于可在生產技術上產生影響的范圍之下。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段。位于外側的鎖定開口齒(第一和第十二齒)最強地從其幾何結構上的理想位置脫離。
[0039]圖5a和5b示出了圖1至圖3中的根據本發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地離開它在幾何結構上的理想位置地制成，而在裝配之后(圖5b)產生了相等的齒距。
[0040]附圖標記 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)滑動套管
[0053]13)向內指向的表面
[0054]14)內嚙合部
[0055]15)齒
[0056]16)環狀輪緣
[0057]17)換擋撥叉槽
[0058]18)鎖定開口齒
[0059]19)間隙
[0060]20)齒側減小部
[0061]21)齒側
[0062]22)輪轂
[0063]23)中央凹部
[0064]24)嚙合部區段
[0065]25)嚙合部區 段
[0066]26)嚙合部區段
【權利要求】
1.一種具有用于嚙合到套管內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)由多個嚙合部區段(24、25、26)形成，所述嚙合部區段通過嚙合部開口(10)彼此分隔開， 其特征在于，未裝在軸上的輪轂(2、22)具有幾何結構上的節距誤差，所述節距誤差在從嚙合部開口(10)離開的方向上降低。
2.根據權利要求1所述的輪轂，其特征在于，外嚙合部(4)為直齒嚙合部。
3.根據權利要求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.根據權利要求1所述的輪轂，其特征在于，嚙合部開口(10)構造為至少兩個齒那么寬的徑向凹部。
5.根據權利要求1所述的輪轂，其特征在于，最大節距誤差小于100微米。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的輪轂，其特征在于，輪轂(2、22)的外嚙合部(4)具有另一節距誤差，以便使通過嚙合部開口(10)或構件(2、12)的幾何結構產生的、不同的、瞬時引起的負載被平衡。
7.根據權利要求6所述的輪轂，其特征在于，所述另一節距誤差構造為特定的齒的厚度減小(8)或者齒側后退。
8.一種帶有軸和根據前述權利要求中任一項所述的輪轂(2、22)的結構單元，其特征在于，輪轂(2、22)利用過盈配合的方式壓在軸上。
9.根據權利要求8所述的結構單元，其特征在于，輪轂(2、22)在裝配在軸上之后在無負荷或者有負荷的情況下都具有近似等距離的齒距。
【文檔編號】F16D23/06GK103890432SQ201280036942
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年7月17日 優先權日:2011年8月5日
【發明者】亞歷克斯·尼古拉斯奎克, 福爾克哈德·瓦爾特, 魯道夫·弗爾克 申請人:舍弗勒技術有限兩合公司