專利名稱：軸的結(jié)構(gòu)系列及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸的結(jié)構(gòu)系列及一種加工方法。本發(fā)明還包括相應地制作的代替軸的桿。
背景技術(shù)：
由EP0339380B1已知一種用來同心地不可相對旋轉(zhuǎn)地連接兩個零件的裝置，其中采用一用于軸向固定的橫向螺紋銷。但是該裝置加工復雜，因為橫向螺紋銷是一個額外的零件，并需要加工一相應的適合于該橫向螺紋銷的螺紋孔。
由DE3732223C2已知一種用于轉(zhuǎn)子軸的壓配合結(jié)構(gòu)。這里軸以其齒形區(qū)插入一接納件的孔內(nèi)，這時在形鎖合地壓入時形成碎屑。為了收集在形鎖合壓入時形成的碎屑設有環(huán)形槽。此外軸具有至少兩個配合區(qū)(圖4、6、7)。因此特別是由于至少兩個配合區(qū)和環(huán)形槽所述壓配合結(jié)構(gòu)的加工復雜和成本高昂。此外缺點是，不存在用來承受軸向力的壓配合。軸向力甚至會導致，轉(zhuǎn)子組件8可能碰上后壁4，并提高摩擦損失。
由DE4134552A1已知一種用行星傳動裝置的小齒輪固定裝置，其中小齒輪設有一配合區(qū)和一標準化的、硬化和磨削的壓花齒部，并在加熱的情況下壓入接納件內(nèi)。為了收集碎屑同樣設有環(huán)形槽。配合區(qū)和齒形具有不同的外徑。這種小齒輪固定結(jié)構(gòu)的加工同樣是復雜而昂貴的，特別是因為具有環(huán)形槽以及齒部和配合區(qū)不同的外徑。這里另外的缺點是，此前已經(jīng)拼裝在一起的小齒輪固定結(jié)構(gòu)不能重新裝配。因為在DE4134552A1的第三節(jié)第12行中清楚地提到，設有壓配合。特別是在區(qū)域5內(nèi)的這種壓配合和區(qū)域5的軸向長度大于區(qū)域3的軸向長度的情況是促使在為了重新裝配安裝軸時不可能感覺到軸的齒部裝入已經(jīng)在第一次裝配時壓出內(nèi)齒部的孔內(nèi)時的接合的感覺。
由EP0784758B1已知一種軸固定結(jié)構(gòu)，它具有兩個配合區(qū)(圖1和2，區(qū)域A和C)。在軸插入接納件的孔內(nèi)時通過形鎖合的壓入實現(xiàn)形鎖合。扭矩由齒形或壓花區(qū)B傳遞。缺點是，區(qū)域C不能傳遞扭矩。在這里區(qū)域A和C內(nèi)的相對運動導致摩擦疲勞破壞。缺點還有，需要兩個配合區(qū)，從而需要大的結(jié)構(gòu)長度。此外兩個配合區(qū)的加工成本非常昂貴。此外孔具有三個不同的直徑，其加工同樣很復雜。必要的區(qū)域A和C僅起輔助對中的作用，對傳遞扭矩沒有幫助。
由EP0661474B1已知一種軸固定結(jié)構(gòu)，它同樣具有兩個配合區(qū)和一個帶三種不同直徑的孔。這種軸固定結(jié)構(gòu)加工也很復雜。在同一份文件的另一種變型方案中公開了一種只帶兩個不同直徑的孔的軸固定結(jié)構(gòu)。這種方案成本也很高，因為必須精確地加工配合區(qū)和孔的內(nèi)壁，使得一方面在軸插入以壓入接納件的孔內(nèi)時不產(chǎn)生碎屑，另一方面在插入后，亦即在裝配后的壓入狀態(tài)在軸和孔內(nèi)壁之間不形成中間空隙。扭矩由齒形或壓花區(qū)B傳遞。缺點是，區(qū)域A不能傳遞扭矩。必要的區(qū)域A和C僅對于壓入過程起輔助對中作用，它對傳遞扭矩沒有幫助。不能重新裝配，或者非常困難，因為區(qū)域C比接納件的區(qū)域B′長。
由EP1281884A2已知一種軸1的結(jié)構(gòu)系列，所述軸可與一接納件連接，接納件具有帶唯一一個孔徑的孔3。軸至少以其圓柱形區(qū)域B和壓花區(qū)域B1壓入孔3。這里缺點是很難重新裝配。因為在軸1壓入接納件并重新拉出后，在軸重新裝入以便重新連接時不可能找到齒部位置，因為在軸略微裝入時區(qū)域B1內(nèi)的壓花位于接納件之外，并用力將圓柱形區(qū)域B2壓入。但是如果圓柱形區(qū)B2深深地重新壓入接納件內(nèi)，那么軸1只有用很大的力才能旋轉(zhuǎn)。因此在區(qū)域B1的壓花與先前連接時接納件上所產(chǎn)生的內(nèi)壓花剛剛相互碰到時并然后進行旋轉(zhuǎn)使壓花卡入內(nèi)壓花內(nèi)將感到特別困難。因為為此所需要的旋轉(zhuǎn)所需的扭矩很大，而由壓花的卡入造成的扭矩波動非常小。因此不可能用普通方法特別是用手工找到卡入(位置)重新裝配。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，改進軸固定結(jié)構(gòu)，其中應該保持加工和儲存費用小，因此應該可以用少的費用經(jīng)濟地制造軸固定結(jié)構(gòu)。
按本發(fā)明此目的通過在按權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)系列、按權(quán)利要求16或17的軸和按權(quán)利要求18的方法中給定的特征來實現(xiàn)。
用來將軸固定在一接納件的孔中的結(jié)構(gòu)系列包括至少兩種不同的結(jié)構(gòu)尺寸，它們分別包括軸的不同變型方案。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)系列方面的主要特征是，a)軸分別具有至少五個軸向區(qū)域A、B、C、D和F，所述區(qū)域按表示它們的字母的字母順序相互鄰接，其中F具有比A、B和/或C大的直徑；b)在一種結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)包括多個軸的變型方案，所述變型在軸的F區(qū)內(nèi)分別加工出不同的齒部，特別是具有不同的外徑；c)在軸的區(qū)域C處加工出齒部和/或壓花；d)在第一種結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)至少在第一種變型方案中軸在區(qū)域A和B內(nèi)未加工出齒部；e)在第一種結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)在至少第二種變型方案中由F區(qū)的齒形的齒間形成的凹槽在其齒根區(qū)內(nèi)至少部分地也延伸到軸的B區(qū)或B區(qū)和A區(qū)內(nèi)；f)接納件上的孔至少分成三個軸向相互鄰接的區(qū)域G’、H’和J’，其中區(qū)域G’在軸固定在接納件內(nèi)時與區(qū)域A相配，區(qū)域H’與區(qū)域C相配，而區(qū)域J’連接在區(qū)域H’上；g)接納件上的孔在區(qū)域G’內(nèi)具有一在數(shù)學上等于或大于一個數(shù)值d的內(nèi)徑；h)軸區(qū)域A包括接納件側(cè)的分區(qū)A1和連接在該分區(qū)上的分區(qū)A2，其中分區(qū)A1具有一外徑，該外徑這樣地等于或小于區(qū)域G’的直徑d，分區(qū)A2的外徑這樣地等于或大于分區(qū)A1的外徑，使得在軸壓入接納件內(nèi)時產(chǎn)生力鎖合的連接；i)軸區(qū)域B連接在區(qū)域A2上，區(qū)域C連接在區(qū)域B上，其中區(qū)域B的外徑小于區(qū)域C的外徑；j)在軸壓入接納件內(nèi)時軸以其加工出齒部或壓花的區(qū)域C由于軸的壓入形鎖合地切入孔的區(qū)域H’內(nèi)。
在區(qū)域A2內(nèi)的力鎖合連接有利地也傳遞軸向力。此外有利的是，提供了一對待固定的軸或桿，特別是小齒輪桿的對中的接納部。在保持相應高的裝配精度后在壓入期間區(qū)域A、B、C、D和F先后進入接納件的孔內(nèi)。這時分區(qū)A1和區(qū)域B預先對中，并在裝配期間引導軸。因為區(qū)域A的直徑小于區(qū)域G’的內(nèi)徑，首先在軸的區(qū)域A特別是A2進入時可以實現(xiàn)準確對中。因為區(qū)域A1的直徑可做得略小于區(qū)域A2的外徑，特別是小百分之1至6(mm)。因此在繼續(xù)壓入時區(qū)域A2對中地引導軸。由此有利地實現(xiàn)抗橫向力的高穩(wěn)定性。代替在所述區(qū)域內(nèi)所述百分之1至6的直徑差也可以采用其它直徑差，特別是在采用壓入時接納件和軸之間的溫度差的情況下。
通過所述區(qū)域A1和B區(qū)域A2和G’一起可做成壓配合，其中由于不存在間隙可以達到較高的對中精度。因此有利的是，在壓配合內(nèi)還可以傳遞軸向力。
然后在軸繼續(xù)進入時區(qū)域A、B和C壓入。從而在壓花或加工出齒部的區(qū)域C內(nèi)形成形鎖合連接。
借助于主要在區(qū)域C內(nèi)的形鎖合連接使得可以傳遞固有的力和扭矩。
區(qū)域B內(nèi)的外徑小于區(qū)域C內(nèi)的外徑，例如小十分之1至3(mm)。A1和B有利地做成這樣，使得裝配中在裝上時可以“用手穿入”。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，軸的加工方便和經(jīng)濟。特別是可以在一道工序內(nèi)進行精磨，其中加工工具的徑向距離可以在整個軸向區(qū)域上相匹配。
此外有利的是，可保持加工和儲存費用小，因為在軸—特別是包括傳動裝置側(cè)的運行齒部的軸—和接納件之間不需要聯(lián)軸器。因此可以用小的費用經(jīng)濟地制造軸固定結(jié)構(gòu)。
優(yōu)點還有，接納件可在其端部上以設一用來對中地接納軸的對中裝置它。因為區(qū)域A的軸向長度等于或大于區(qū)域H’，在軸插入接納件的孔內(nèi)時，特別是在將區(qū)域C內(nèi)的壓花部壓入?yún)^(qū)域H’內(nèi)接納件的材料內(nèi)時，軸得到引導，因為插入小齒輪在區(qū)域B內(nèi)的外徑可以和接納件在區(qū)域H’內(nèi)的內(nèi)徑匹配，以便穿入。因此軸在穿入和插入時保持對中。也就是說在插入時區(qū)域A1和B構(gòu)成一對中裝置和/或兩點支承。
此外孔不是具有多個而是只具有兩個不同的、便于加工的內(nèi)徑，也就是說區(qū)域G’內(nèi)的內(nèi)徑小于區(qū)域H’內(nèi)的內(nèi)徑。
還有一個重要的優(yōu)點是，通過相應設計的、相對貼合的區(qū)域A1和G’對中導向隨著軸插入深度的加大而增強。在繼續(xù)增加插入深度時對于A2和G’也一樣。也就是說在插入深度越來越大時橫向力造成的軸的徑向偏移越來越小。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，軸在區(qū)域A、B和C內(nèi)可以做得盡可能大，特別是僅略小于加工出齒部的區(qū)域F的外徑。這造成高的強度，特別是扭轉(zhuǎn)強度。然而在結(jié)構(gòu)系列的另一種變型方案中區(qū)域F的外徑可以做得大得多，因為齒部參數(shù)相應地不同。在這種情況下區(qū)域D對于降低應力集中是有利的。沒有區(qū)域D軸只能用來傳遞小的扭矩，承受小的軸向力和/或徑向力。區(qū)域D的確切形狀可以通過用有限元法計算優(yōu)化。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是，允許區(qū)域F齒間的凹槽越過區(qū)域D、C進入?yún)^(qū)域B，并根據(jù)齒部參數(shù)的不同也允許進入?yún)^(qū)域A，而不致使軸固定結(jié)構(gòu)的強度或其它重要性能有明顯的惡化。也就是說利用本發(fā)明，所述區(qū)域內(nèi)的齒部在軸的區(qū)域C、B和A內(nèi)的直徑盡可能大、即在強度高的同時可以方便和經(jīng)濟地加工。曲線的確切形狀取決于區(qū)域F的齒部參數(shù)。
本發(fā)明的主要核心是，有利地利用一僅是單側(cè)的導向便可在插入時達到足夠高的對中精度。對中精度的大小甚至對于伺服驅(qū)動裝置也是足夠的，特別是在伺服電機與伺服傳動裝置連接時。特別是在與伺服電機連接的、高速運轉(zhuǎn)的行星傳動裝置時需要保持高的精度。在按本發(fā)明的其它實施形式中軸在區(qū)域F內(nèi)甚至可以用作裝入的第一級傳動的太陽輪。這時必須保持軸的高的對中精度，因為特別是高速運轉(zhuǎn)的伺服傳動裝置的第一級傳動的太陽輪需要特別精確地對中。
本發(fā)明另一個主要優(yōu)點是可以重新裝配。因為在軸壓入接納件并然后重新拉出后，在為了重新連接重新裝入軸時可以方便地找到齒部位置，因為在軸剛裝上時，即壓花部裝在接納件上時，在區(qū)域B內(nèi)和裝在接納件上的圓柱形端部區(qū)域A1內(nèi)還不存在壓配合，因此軸還可以方便地相對于接納件，特別是用手旋轉(zhuǎn)。這時由原來的連接產(chǎn)生的接納件的內(nèi)壓花部和區(qū)域B和區(qū)域C起始處的壓花部相接合，這是可以感覺到的。因為對于為此需要的旋轉(zhuǎn)所要求的扭矩小，而來自壓花部的接合的扭矩波動足夠大。因此可以用普通的方法特別是用手尋找接合位置而重新裝配。對此重要的是，區(qū)域A2的軸向長度必須基本上小于等于接納件區(qū)域H’的軸向長度。
與EP0661474B1相比另一個優(yōu)點是，軸和接納件可做得軸向比較短，因為EP0661474B1的圖1中的區(qū)域A對于實施本發(fā)明是不必要的。
在一種有利的結(jié)構(gòu)中在結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)在區(qū)域F內(nèi)不同的齒形變型方案，亦即至少第一方案和第二方案，可分別固定在一相同的接納件內(nèi)。其中有利的是，接納件可做成一用來和一馬達連接的聯(lián)軸器，其中對于不同變型方案的聯(lián)軸器始終做成一樣的。軸和接納件之間的接口，亦即連接部位，僅僅這樣地通過切削改變，使得軸的軸頸和接納件內(nèi)的孔可以力鎖合地連接，同時保持本發(fā)明的優(yōu)點。因此傳動裝置側(cè)的齒部—即加工出齒部的區(qū)域F—可以做得不同，從而在相同的接納件時也可以設置不同的傳動比。這時電機選擇與傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸相配的結(jié)構(gòu)尺寸，而不會有過大或過小的尺寸。
在另一種有利的實施形式中軸的結(jié)構(gòu)系列在一種結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)包括幾種變型方案—即至少第一種方案和第二種方案，所述變型方案在區(qū)域F內(nèi)加工出同樣的齒部，并可分別固定在不同大小的接納件內(nèi)，特別是不同結(jié)構(gòu)尺寸的電機的電機軸內(nèi)。這里有利的是，傳動裝置可直接裝在包括多種電機結(jié)構(gòu)尺寸的電機結(jié)構(gòu)系列的電機上。由此傳動裝置可在不同電機上，特別是一個電機結(jié)構(gòu)系列之內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)尺寸中的電機的不同尺寸電機軸上的直接連接，即所謂的直接安裝。通過這種直接安裝包括電機和傳動裝置的整個驅(qū)動裝置變得緊湊，即需要較小的結(jié)構(gòu)空間。此外用這種方法也可以連接初看起來顯得尺寸過大的電機，即電機結(jié)構(gòu)系列中一種大的結(jié)構(gòu)尺寸的代表，但是所述電機用減小的運行參數(shù)，即不是額定扭矩或最大扭矩運行。這帶來熱和控制技術(shù)方面的優(yōu)點。特別是在短的周期時間(Taktzeit)時也可以將大的扭矩傳遞到傳動裝置上。為了能夠這樣地將軸固定在不同大小的電機軸上，只需要使軸預先設置在不同的變型方案中?？扇∠厥獾穆?lián)軸器。從而也減少了零件的多樣性，并降低庫存費用和維護開支。
在一種有利的實施形式中，區(qū)域D內(nèi)設有一從軸的區(qū)域F稍大一些的外徑到區(qū)域C的稍小的外徑的徑向過渡部。從而有利地減小應力集中(Kerbwirkung)和失效危險。
在一種有利的實施形式中，軸在區(qū)域A內(nèi)具有所謂的用來排氣的螺旋槽，即一沿周向的螺旋形槽。這里令人驚訝的是，盡管區(qū)域A內(nèi)有螺旋槽，強度沒有受到損害。這里螺旋槽與區(qū)域F內(nèi)齒形向外引出的凹槽相交，此凹槽根據(jù)齒部參數(shù)的不同還一直延伸到區(qū)域A內(nèi)。此外因為螺旋槽可以方便和經(jīng)濟地加工，在軸插入時達到排氣，而沒有使強度或其它主要性能削弱。排氣造成這樣的優(yōu)點，即可以方便和以較小的橫向力實現(xiàn)對中。
在一種有利的結(jié)構(gòu)中軸的區(qū)域F內(nèi)的齒部做成帶有不等于零(nichtverschwinden)的傾斜角的斜齒部。優(yōu)點是，由此可以制造噪聲特別小的傳動裝置。
在一種有利實施形式中孔的區(qū)域J’同時做成對中和加工的輔助結(jié)構(gòu)，特別是用于工件支承，此外優(yōu)點是，接納件在加工時可用頂尖夾緊，從而使孔可以達到高的徑向振擺/同軸度精度。這里這種加工輔助結(jié)構(gòu)可以做成這樣，即它同時可用作在軸穿入接納件的孔內(nèi)時的輔助結(jié)構(gòu)。
在一種有利的實施形式中接納件具有一裝配槽，以接合和支承可用來將軸壓入接納件的工具。優(yōu)點是，由此在壓入時可達到要求的對中精度。
在軸固定結(jié)構(gòu)的加工方法上重要的是，在插入和/或壓入期間接納件—特別是其內(nèi)部—的溫度和軸—特別是其內(nèi)部—的溫度不同，特別是接納件的溫度和軸的溫度相差60K以上。這里優(yōu)點是，在溫度平衡和由此造成的收縮后形成特別牢固的在區(qū)域A的部分區(qū)域內(nèi)的力鎖合連接。這里出人意料的是，根據(jù)設計的不同可以設想，用這種方法形成的在軸的區(qū)域A的連接可強于在區(qū)域C內(nèi)的形鎖合連接。
其它有利的實施形式由從屬權(quán)利要求得到。


現(xiàn)在借助于附圖對本發(fā)明作詳細說明。
圖1a中分別單獨示出一軸1和一設有孔3的接納件4。
圖1b中示出在裝配開始時，即在軸穿入接納件4時的軸1和接納件4。
圖1c中示出在裝配結(jié)束，即在壓入的固定狀態(tài)時的軸1和接納件4。
在圖2中示出結(jié)構(gòu)系列中的不同軸安裝在接納件例如聯(lián)軸器上。其中不同的軸分別單獨用圖2a、2b和2c表示。
在圖3a、3b和3c中示出做得帶有不同軸頸的軸安裝在相應地不同的接納件上，例如作為在一電機結(jié)構(gòu)系列的不同電機軸上的直接安裝。
具體實施例方式
在圖1a中示出本發(fā)明的第一實施例。其中軸1在其接納件側(cè)的端部上具有一圓柱形區(qū)域A，其中區(qū)域A包括一分區(qū)A1和一分區(qū)A2。分區(qū)A1的外徑略小于分區(qū)A2的外徑，從而可快速和方便地穿入孔內(nèi)。在區(qū)域A上連接壓花的區(qū)域B和C，其中為了快速和方便地穿入，區(qū)域B的外徑又小于區(qū)域C的外徑。但是區(qū)域B的外徑大于區(qū)域A1和A2的外徑。在加工時區(qū)域B和C首先制備壓花，然后硬化，最后通過精磨形成規(guī)定的外徑。
在區(qū)域F形成齒部，即齒部加工包括普通的加工方法，特別是采用銑刀銑削或用砂輪磨削。如果區(qū)域F內(nèi)齒的根圓半徑，即齒間的各個最低點，小于區(qū)域D、C、B和A內(nèi)的外圓半徑，即各個最大半徑，那么這時至少部分切入與所述區(qū)域相鄰的區(qū)域C還有區(qū)域B，因為相應的刀具在一個半徑上工作。因此由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽根據(jù)在其根部區(qū)域內(nèi)齒部參數(shù)的不同至少延伸越過區(qū)域D和C上。根據(jù)齒部參數(shù)的不同它們還延伸到區(qū)域B甚至區(qū)域A內(nèi)。
延伸的齒間軸向長度取決于刀具半徑和軸的參數(shù)選擇及尺寸。如果在區(qū)域F內(nèi)齒部的根圓半徑大于區(qū)域B和A的外圓半徑，那么齒間不切入?yún)^(qū)域A和B內(nèi)。
區(qū)域C被壓花并且齒部的齒間穿過區(qū)域C。區(qū)域B和區(qū)域C一樣也壓花，但是這里外徑相對于在區(qū)域C內(nèi)的外徑減小。區(qū)域D沒有壓花。因此對于區(qū)域B和C為了產(chǎn)生壓花可采用簡單和經(jīng)濟的工具。
接納件4具有一孔3，該孔至少具有在兩個區(qū)域G’和H’內(nèi)的兩個不同的內(nèi)徑。其中設置在軸側(cè)的區(qū)域H’的軸向長度與區(qū)域A1和B之間的軸向距離相一致。特別是H’的軸向長度等于A2的軸向長度。因此可以方便地穿入并且從穿入一開始就存在兩點支承，這時兩點支承在裝配時形成對中。區(qū)域G’的軸向長度等于或大于軸的區(qū)域A的軸向長度。
接納件的孔的內(nèi)徑在區(qū)域G’內(nèi)大于或等于數(shù)值d。公差H7特別合適。軸的區(qū)域A1具有比數(shù)值d小的外徑。公差h6特別合適。在區(qū)域A2內(nèi)為了形成與孔的區(qū)域G’的力鎖合連接采用略大于數(shù)值d的外徑。因此在壓入時區(qū)域A1內(nèi)的材料略微變形并產(chǎn)生高承載能力的摩擦鎖合連接。然而該外徑值和在區(qū)域G’內(nèi)的內(nèi)徑值之差在10μm至100μm之間，尤其是30μm。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例中區(qū)域F的齒部做成斜齒。因此以及由于區(qū)域A1和A2內(nèi)的摩擦與力鎖合連接可以使包括區(qū)域F在內(nèi)的級傳動(Getriebestufe)噪聲特別低地運行。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中區(qū)域F做成直齒部，以便在裝入的行星級傳動中用作太陽輪。
在加工區(qū)域F的齒部時切入壓花區(qū)C內(nèi)。因此區(qū)域C的壓花部與區(qū)域F的齒部參數(shù)無關(guān)地可始終做得一樣。這有這樣的優(yōu)點，即在軸1插入接納件的孔3內(nèi)時始終是同樣的壓花部壓入接納件內(nèi)，因此在軸1和接納件4之間形成的形鎖合連接始終做得一樣，也就是說決不存在這樣的危險，即由于區(qū)域F內(nèi)不合適的齒部參數(shù)而使這種連接受到削弱。特別是區(qū)域C和區(qū)域F的齒數(shù)可以相同，而齒在軸周向上的相互位置對于連接沒有什么意義。
在區(qū)域A內(nèi)附加地加工出一螺旋槽5，且該螺旋槽在軸1插入接納件的孔3時用來排氣。
在軸壓入接納件內(nèi)時區(qū)域C硬的壓花部切入?yún)^(qū)域H’的孔內(nèi)壁內(nèi)?？?在區(qū)域G’內(nèi)的直徑小于在區(qū)域H’內(nèi)的直徑。
在壓花區(qū)域C和設有齒部的區(qū)域F之間有一個區(qū)域D，該區(qū)域一個是從軸在區(qū)域F內(nèi)較大的外徑到在區(qū)域C內(nèi)較小的外徑的過渡區(qū)。在本發(fā)明第一實施例中這個過渡可用一個半徑實現(xiàn)。在本發(fā)明的第二實施例中這個過渡包括一具有另一半徑的過渡區(qū)和軸向延伸較多的按圖1a、1b和1c的直線過渡區(qū)。
在任何情況下在合適地設計這個過渡區(qū)特別是半徑時，可降低對于應力集中的敏感度。在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中在過渡區(qū)內(nèi)采用其它的半徑或其它的形狀是有利的。
此外圖1c表示，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中接納件上的孔3做得這樣深，使得在裝配結(jié)束后還存在一空腔。在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中取消這個空腔。
在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中可代替壓花部采用另一個齒部。齒部始終始終至少理解成漸開線齒部。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中孔3的區(qū)域J’為了對中做成具有60°角的錐形。這種輔助對中結(jié)構(gòu)使軸更容易插入孔3內(nèi)，并因此減少成本和費用。在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中可有利地設計其它的角度或輔助對中結(jié)構(gòu)。同時這個輔助對中結(jié)構(gòu)也可以用作加工輔助結(jié)構(gòu)，以將接納件夾緊在頂尖之間，從而可有利地達到高的徑向振擺精度。
在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，所述接納件包括在聯(lián)軸器或馬達、特別是電機中。特別是電機的轉(zhuǎn)子軸或聯(lián)軸器的軸可設計成帶有本發(fā)明的孔的按本發(fā)明的接納件。
在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，所述軸是用于一傳動裝置的裝入的小齒輪。因此節(jié)省零件，并以極少的加工和裝配費用形成一形鎖合的連接，該形鎖合連接用少量零件就可實現(xiàn)，并可快速和方便地裝配。
特別是在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中軸可以用其區(qū)域F至少部分地用作行星傳動裝置的太陽輪，這種直接連接節(jié)省更多零件，如聯(lián)軸器等等。
在圖2中示出軸連同各自所屬的接納件的三種變型方案。在圖2a、2b和2c中示出軸的各種變型方案。
對于按圖2a至2c的所有軸可始終采用同一接納件。在三種不同的變型方案中齒部區(qū)域F做得不同。因此軸可以用在傳動裝置中，所述傳動裝置根據(jù)方案的不同具有不同的傳動比。接納件可做成用來與電機連接的聯(lián)軸器，其中對于不同方案聯(lián)軸器始終設計成一樣的。即軸和接納件之間的接口—也就是連接—在軸側(cè)通過切削這樣地變化，使軸的軸頸可與接納件的孔力鎖合地連接。因此傳動裝置側(cè)的齒部即加工出齒部的區(qū)域F可以設成各種不同的形式，并由此在接納件相同時可以設置不同的傳動比。這時電機選擇成適合于傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸的結(jié)構(gòu)尺寸，而不致尺寸過大或過小。通過在圖2中三種軸的變型方案中齒部區(qū)域F的不同實施形式由區(qū)域F齒部的齒間形成的凹槽的齒根區(qū)根據(jù)區(qū)域F內(nèi)齒根圓直徑的不同一直延伸到區(qū)域A內(nèi)。如果如在按圖2a的方案中那樣區(qū)域F內(nèi)齒部的齒根圓直徑大于區(qū)域A、B、C和D內(nèi)(的外徑)，那么這些區(qū)域便不產(chǎn)生過切(Verschneiden)。
在按圖2b的第二變型方案中存在壓花部的過切，因為由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽的齒根區(qū)一直延伸超過區(qū)域C上。
在按圖2c的第三方案中放棄了區(qū)域C上的壓花部，因為在圖2c中齒部參數(shù)這樣選擇，使得齒部做得這樣大，使由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽在其齒根區(qū)域內(nèi)這樣地延伸到區(qū)域C上，使得去掉過多的壓花部的材料。因此在這種齒部參數(shù)時可以放棄壓花。因此力的傳遞通過在區(qū)域C內(nèi)延伸的區(qū)域F的齒部的齒間或相應地形成的凹槽進行。
在圖3中示出所謂的直接安裝。
其中在圖3a、3b和3c中示出屬于一個結(jié)構(gòu)尺寸并在區(qū)域F內(nèi)加工相同的齒部的三種方案。它們可分別固定在不同大小的接納件內(nèi)，特別是不同結(jié)構(gòu)尺寸的電機的電機軸內(nèi)。在電機軸中孔始終做成相應于結(jié)構(gòu)尺寸的大小，因為只有這樣才能傳遞最大可傳遞扭矩。在這種結(jié)構(gòu)系列中優(yōu)點是，傳動裝置可直接裝在一個電機結(jié)構(gòu)系列的電機上，此結(jié)構(gòu)系列包括按圖3a至3c的三種電機結(jié)構(gòu)尺寸。因此可實現(xiàn)傳動裝置在不同電機上，特別是在電機結(jié)構(gòu)系列內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)尺寸的電機的不同大小的電機軸上的直接連接，即所謂的直接安裝。通過這種直接安裝整個驅(qū)動裝置—包括電機和傳動裝置—變得比較緊湊，也就是說需要較小的結(jié)構(gòu)空間。此外用這種方法也可以連接初看顯得尺寸過大的電機，即電機結(jié)構(gòu)系列中大的結(jié)構(gòu)尺寸的代表，但是所述電機以減小的運行參數(shù)，即不按額定力矩或最大力矩運行。這帶來熱和控制技術(shù)方面的優(yōu)點。特別是在短的周期時間時也可以將大的扭矩傳遞給傳動裝置。為了能夠?qū)崿F(xiàn)軸在不同大小的電機軸上的這種固定，只需要將軸預先設定保持在所述不同的變型方案中?？梢匀∠麑ｉT的聯(lián)軸器。因此也降低了零件的多樣性，減小存儲成本和維護費用。在圖3a至3c中根據(jù)接納件即電機軸的結(jié)構(gòu)尺寸的不同，相應地制造軸區(qū)域A、B、C和D。
在本發(fā)明的另一個實施例中完全放棄區(qū)域B和C內(nèi)的壓花部，這時區(qū)域F內(nèi)齒部的齒根圓直徑小于區(qū)域C內(nèi)的外徑。因此齒部及其延伸至區(qū)域C內(nèi)的凹槽便承擔壓花部的功能。這里應該注意，合適地選擇齒部參數(shù)，從而使切削量足夠小，由此在軸壓入接納件時可產(chǎn)生壓力。
在本文中結(jié)構(gòu)系列理解為一定數(shù)量的裝置，它可以分成或分類成被稱作結(jié)構(gòu)尺寸的分量。劃分標準可以是幾何類型，例如軸的直徑和/或軸在底板上方的高度。但是也可以是額定扭矩、最大可傳遞扭矩、驅(qū)動功率、輸出功率或其它特征值。特別是也可以是混合標準。代替結(jié)構(gòu)系列也可以采用組合部件(Baukasten)這個詞。
在軸的區(qū)域C和B內(nèi)加工出的壓花部通過齒數(shù)N來表示。區(qū)域F內(nèi)的齒部用齒數(shù)Z表示。如果N和Z具有至少一個質(zhì)數(shù)公因數(shù)p，那么按圖2b或圖3b過切的區(qū)域C在周向上具有對稱性。因為在360°/p角之后在周向上幾何造型出現(xiàn)重復。如果齒數(shù)N和Z具有多個質(zhì)數(shù)公因數(shù)，對稱性相應地較高。例如在Z＝24＝2×2×2×3和N＝12＝2×2×3時在30°以后在周向上重新出現(xiàn)同樣的造型。對稱性使得，在軸壓入接納件時出現(xiàn)較小的徑向力，從而可以較高的對中精度壓入。壓入工具也可以相應地設計得較簡單和經(jīng)濟。
在齒數(shù)Z＝24＝2×2×2×3和N＝21＝3×7時存在120°的對稱性。在齒數(shù)Z＝24＝2×2×2×3和N＝22＝2×11時存在180°的對稱性。在齒數(shù)Z＝24＝2×2×2×3和N＝20＝2×2×5時存在90°的對稱性。因此這里在壓花部的齒數(shù)選擇為N＝21±1時顯得特別有利。因為在加工壓花部時只有用昂貴的方法才能非常準確地確定齒數(shù)。會出現(xiàn)這樣的情況，在相似但不完全相同的毛坯件時齒數(shù)加大或減小一個齒。因此在所述選擇Z＝24，N＝20、21或22時分別至少存在一180°的對稱性，從而使壓入過程更容易，并提高對中精度。所述優(yōu)點也適用于6的整數(shù)倍的齒數(shù)Z，即Z＝6、12、18、24、30或36等。即這里重要的是，三個相鄰的齒數(shù)N＝20、21和22至少具有不是2就是3作為質(zhì)數(shù)因數(shù)，這兩者同時是6和其整數(shù)倍的質(zhì)數(shù)因數(shù)。
在圖4a中示出作為本發(fā)明另一個實施例的具有過切的區(qū)域C的軸，其中用A表示在圖4b中示出的剖面。這里壓花部的齒數(shù)為N＝75。在區(qū)域F內(nèi)的齒部的齒數(shù)為Z＝12。圖中可以看到，在過切區(qū)域內(nèi)每個齒保留帶有三個突起部，即帶有三個剩余下來的壓花部的齒。圖4c示出在接納件內(nèi)孔內(nèi)切除或變形的區(qū)域。這些區(qū)域具有120°的對稱性。因此可方便地進行壓入。在相鄰齒數(shù)N＝76或N＝74時分別至少具有2作為質(zhì)數(shù)公因數(shù)，因此具有180°的對稱性。在壓入時具有相應的優(yōu)點。
在圖5b和5c中表示在軸具有N＝74的壓花部齒數(shù)時相應于圖4b和4c的圖形。
附圖標記表1、軸 2、螺旋槽3、孔 4、接納件5、裝配槽
權(quán)利要求
1.用來固定在一接納件的孔內(nèi)的軸結(jié)構(gòu)系列，其中所述結(jié)構(gòu)系列至少包括兩種不同的分別包括軸的不同變型方案的結(jié)構(gòu)尺寸，其特征為a)所述軸分別具有至少五個軸向區(qū)域A、B、C、D和F，所述區(qū)域按表示它們的字母的字母順序相互鄰接，其中F具有比A、B和/或C大的外徑；b)在一種結(jié)構(gòu)尺寸中包括多個軸的變型方案，所述方案在軸的區(qū)域F內(nèi)分別加工出不同的齒部，特別是具有不同的外徑；c)在軸上區(qū)域C加工出齒部或壓花；d)在一第一結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)至少在一第一變型方案時所述軸在區(qū)域A和B內(nèi)不加工出齒部；e)在一第一結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)至少在一第二變型方案時由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽以其齒根區(qū)域至少部分地延伸到軸的區(qū)域B內(nèi)或穿過區(qū)域B進入?yún)^(qū)域A；f)所述接納件中的孔分成至少三個軸向相互鄰接的區(qū)域G’、H’和J’，其中區(qū)域G’在軸固定在接納件內(nèi)時與區(qū)域A相配，區(qū)域H’在軸固定在接納件內(nèi)時與區(qū)域C相配，而區(qū)域J’連接在區(qū)域H’上；g)所述接納件中的孔在區(qū)域G’內(nèi)具有一在數(shù)學上等于或大于一數(shù)值d的內(nèi)徑；h)軸區(qū)域A包括接納件側(cè)的分區(qū)A1和連接在該分區(qū)上的分區(qū)A2，其中分區(qū)A1具有一這樣地等于或小于區(qū)域G’的直徑d的外徑，而分區(qū)A2的外徑這樣地等于或大于分區(qū)A1的分徑，使得在軸壓入接納件時設有一力鎖合的連接；i)軸區(qū)域B連接在區(qū)域A2上，而區(qū)域C連接在區(qū)域B上，其中區(qū)域B的外徑小于區(qū)域C的外徑；j)在軸壓入接納件時，所述軸由于軸的壓入以其加工出齒部或壓花的區(qū)域C形鎖合地切入孔的區(qū)域H’內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為在一個結(jié)構(gòu)尺寸中在區(qū)域F內(nèi)加工齒部的不同變型方案，即至少第一變型方案和第二變型方案，可分別固定在一相同的接納件內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述軸的結(jié)構(gòu)系列包括在一個結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)的多個變型方案，即至少第一變型方案和第二變型方案，所述方案在區(qū)域F內(nèi)加工出相同的齒部，并可分別固定在不同大小的接納件，特別是不同結(jié)構(gòu)尺寸電機的電機軸內(nèi)。
4.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為軸的區(qū)域C連同接納件的區(qū)域H’設定成過載時的形鎖合連接。
5.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為軸的區(qū)域F內(nèi)的齒部加工成斜齒部，且具有一不等于零的傾斜角。
6.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為孔的區(qū)域J’同時做成輔助對中和輔助加工結(jié)構(gòu)。
7.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述接納件是一聯(lián)軸器的一部分，或特別是一驅(qū)動電機的一電機軸。
8.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述軸是用于一傳動裝置，特別是圓柱齒輪傳動裝置的裝入的小齒輪。
9.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述區(qū)域F至少部分地設計成行星齒輪傳動裝置的太陽輪。
10.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述接納件具有一用于接合入和支承工具的裝配槽，可以用此工具將軸壓入接納件。
11.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為所述軸在區(qū)域A內(nèi)具有一螺旋槽，即一沿周向上的螺旋形槽，以特別是在軸壓入接納件時進行壓力平衡或排氣。
12.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為在區(qū)域C內(nèi)的軸不壓花，而是在區(qū)域C內(nèi)也加工出區(qū)域F的齒部，或由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽以其齒根區(qū)域也延伸到區(qū)域C內(nèi)，即設想一第三變型方案。
13.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為區(qū)域A2的軸向長度小于等于接納件的區(qū)域H’的軸向長度。
14.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為區(qū)域A2的軸向長度加上區(qū)域B的軸向長度小于等于接納件的區(qū)域H’的軸向長度。
15.按上述權(quán)利要求之任一項所述的結(jié)構(gòu)系列，其特征為區(qū)域C內(nèi)壓花部的齒數(shù)N是三個分別具有至少兩個質(zhì)數(shù)因子的相鄰的數(shù)字n、n+1、n-1之一，其中在區(qū)域F內(nèi)的齒部的齒數(shù)Z與這三個相鄰數(shù)字n、n+1、n-1中的每一個分別具有至少一個質(zhì)數(shù)公因數(shù)。
16.用來固定在一接納件的一孔內(nèi)的軸，其特征為a)所述軸分別具有至少五個軸向區(qū)域A、B、C、D和F，所述區(qū)域按表示它們的字母的字母順序相互鄰接，其中F具有比A、B和/或C大的外徑；b)在軸上區(qū)域C加工出齒部和/或壓花；c)軸在區(qū)域D、A和B內(nèi)不加工出齒部；d)接納件上的孔分成至少三個軸向鄰接的區(qū)域G’、H’和J’，其中區(qū)域G’在軸固定在接納件內(nèi)時和區(qū)域A相配，且區(qū)域H’在軸固定在接納件內(nèi)時和區(qū)域C相配，而區(qū)域J’連接在區(qū)域H’上；e)接納件中的孔在區(qū)域G’內(nèi)具有一在數(shù)學上等于或大于一個數(shù)值d的內(nèi)徑；f)軸區(qū)域A包括接納件側(cè)的分區(qū)A1和連接在該分區(qū)上的分區(qū)A2，其中分區(qū)A1具有一這樣地等于或小于區(qū)域G’的直徑d的外徑，而分區(qū)A2的外徑這樣地等于或大于分區(qū)A1的分徑，使得在軸壓入接納件時設有一力鎖合的連接；g)軸區(qū)域B連接在區(qū)域A2上，區(qū)域C連接在區(qū)域B上，其中區(qū)域B的外徑小于區(qū)域C的外徑；h)在軸壓入接納件時，所述軸由于軸的壓入以其加工出齒部或壓花的區(qū)域C形鎖合地切入孔的區(qū)域H’內(nèi)。
17.用來固定在一接納件一孔內(nèi)的軸，其特征為a)所述軸分別具有至少五個軸向區(qū)域A、B、C、D和F，所述區(qū)域按表示它們的字母的字母順序相互鄰接，其中F具有比A、B和/或C大的外徑；b)在軸上區(qū)域C加工出齒部和/或壓花；c)由區(qū)域F的齒部的齒間形成的凹槽以其齒根區(qū)域延伸穿過軸的區(qū)域D、C并至少部分延伸到區(qū)域B或區(qū)域B和A內(nèi)；d)所述接納件中的孔分成至少三個軸向相互鄰接的區(qū)域G’、H’和J’，其中區(qū)域G’在軸固定在接納件內(nèi)時與區(qū)域A相配，區(qū)域H’在軸固定在接納件內(nèi)時與區(qū)域C相配，而區(qū)域J’連接在區(qū)域H’上e)所述接納件中的孔在區(qū)域G’內(nèi)具有一在數(shù)學上等于或大于一數(shù)值d的內(nèi)徑；f)軸區(qū)域A包括接納件側(cè)的分區(qū)A1和連接在該分區(qū)上的分區(qū)A2，其中分區(qū)A1具有一這樣地等于或小于區(qū)域G’的直徑d的外徑，而分區(qū)A2的外徑這樣地等于或大于分區(qū)A1的分徑，使得在軸壓入接納件時設有一力鎖合的連接；g)軸區(qū)域B連接在區(qū)域A2上，而區(qū)域C連接在區(qū)域B上，其中區(qū)域B的外徑小于區(qū)域C的外徑；h)在軸壓入接納件時，所述軸由于軸的壓入以其加工出齒部或壓花的區(qū)域C形鎖合地切入孔的區(qū)域H’內(nèi)。
18.用于加工按上述權(quán)利要求之任一項的軸固定結(jié)構(gòu)的方法，其中在插入和/或壓入期間，接納件—特別是其內(nèi)部—的溫度和軸—特別是在內(nèi)部—的溫度不等。
19.按上述權(quán)利要求之任一項所述的方法，其特征為接納件的溫度和軸的溫度相差超過60K以上。
全文摘要
用來固定在一接納件的一孔內(nèi)的軸的結(jié)構(gòu)系列，其中結(jié)構(gòu)系列包括至少兩個不同的分別包括不同的軸的變型方案的結(jié)構(gòu)尺寸，其中a)軸分別具有至少五個軸向區(qū)A、B、C、D和F，在一個結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)包括多種軸的變型方案，在至少一第一變型方案的第一結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)軸在區(qū)域A內(nèi)不加工出齒部；b)接納件中的孔分成至少三個軸向相互鄰接的區(qū)域G’、H’和J’；c)接納件中的孔在區(qū)域G’內(nèi)具有一在數(shù)學上等于或大于一數(shù)值d的內(nèi)徑；d)軸區(qū)域A具有一外徑，使得在軸壓入接納件內(nèi)時設有力鎖合的連接，由于軸的壓入，所述軸在軸壓入接納件內(nèi)時以其加工出齒部或壓花的區(qū)域C形鎖合地切入孔的區(qū)域H’內(nèi)。
文檔編號F16H57/00GK1643266SQ03806998
公開日2005年7月20日 申請日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
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