專利名稱：包括齒輪傳動裝置的汽車發(fā)動機輔助傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分特征的包括齒輪傳動裝置的汽車發(fā)動機輔助傳動裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)動機輔助傳動裝置指的是在汽車內(nèi)部的那種傳動裝置，它不直接導致驅(qū)動車輪并因而不直接導致運動，而是通過它由發(fā)動機驅(qū)動汽車內(nèi)部一些輔助裝置。屬于這種發(fā)動機輔助傳動裝置的尤其是凸輪軸、油泵或內(nèi)燃機平衡軸的傳動裝置。通過這些平衡軸可以顯著減小尤其是在四缸內(nèi)燃機中令人不舒適的振動。
借助已知的平衡軸產(chǎn)生慣性力和慣性矩，它們對抗由內(nèi)燃機產(chǎn)生的慣性力和慣性矩并因而將它們抵消。為此，從曲軸出發(fā)用規(guī)定的傳動比(1∶1或1∶2，取決于要抵消的力是何數(shù)量級)和規(guī)定的相位驅(qū)動平衡軸。
為了驅(qū)動傳動軸，通常使用有兩個嚙合齒輪齒配對的齒輪傳動裝置，其中，第一齒輪裝在曲軸上并與裝在平衡軸上的第二齒輪嚙合。
顯然，在這種發(fā)動機輔助傳動裝置中以及尤其是在平衡軸的傳動裝置中，通常導致有關(guān)的齒輪副受到巨大的負荷和應(yīng)力。這些應(yīng)力脈沖式作用在齒面上，脈沖以高的峰值在齒面上引起一種與此系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)固有頻率和激勵頻率(活塞式發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速脈沖)相應(yīng)的脈沖式面壓力。這些面壓力可能導致破壞齒面或齒根斷裂。因此這些齒輪針對所述的應(yīng)用通常用金屬制造，因為采用金屬齒輪可達到足夠高的強度，因而金屬齒輪可以增加高的負荷。
通常在這種金屬齒輪中制漸開線齒，因為這種齒能方便地制造。在漸開線齒的情況下，齒側(cè)的有效型面，亦即在齒嚙合時互相接觸并通過它們進行傳力的齒廓型面，是圓的漸開線，也就是說它描繪了一條曲線，這條曲線是當人們在一個圓的所有點中構(gòu)造一條切線以及在這些切線上切除從切線與圓的接觸點到圓的一個規(guī)定的固定點的弧長時所得到的。對于外齒齒輪，漸開線齒的有效型面從齒內(nèi)部向外看總是凸的。在設(shè)計為漸開線的齒輪中，典型的事實是，這種齒輪在彼此滾轉(zhuǎn)時在剖面圖中看互相僅僅點狀接觸。在三維空間中看，齒輪彼此線狀滾轉(zhuǎn)，其中，若選擇直齒則接觸線平行于齒輪軸線。在斜齒的情況下，接觸線略有傾斜地處于齒面上。
有漸開線齒的齒輪可采用包絡(luò)線切割法(Huellschnittverfahren)方便而精確地制造，其中，作為刀具采用一種直線的并因而簡單和廉價的基準型面。這種齒形的另一個優(yōu)點可認為是，用相同的刀具僅通過型面移動便可以制造不同的齒形和軸間距。具有漸開線齒的齒輪在工作時的特點在于，在齒嚙合期間，齒法向力的方向和大小是恒定的，由此導致整個傳動裝置，尤其傳動裝置軸承，均勻受負荷。
當然，嚙合的漸開線齒金屬齒輪在嚙合期間的特征在于產(chǎn)生比較大的噪聲。此外，若嚙合在嚴重的交變負荷條件下進行時，將產(chǎn)生更強烈的噪聲。
除此之外，已知和常見的是，在此類系統(tǒng)中采用斜齒和特別準確地確定和公差狹小的齒側(cè)隙的金屬齒輪副。因此決定性地減小嚙合噪聲，而且?guī)缀鯖]有動態(tài)負荷。但是斜齒齒輪的生產(chǎn)成本比較高以及需要間隙特別小和適合于承受軸向力的軸承。軸向力本身仍是脈沖式的并且會引起聽得到的振動。
為此，按一種例如在JP2002-364731A中介紹的改進的結(jié)構(gòu)型式，至少兩個齒輪之一旋轉(zhuǎn)彈性地以及必要時還旋轉(zhuǎn)減振地與其軸連接。這種旋轉(zhuǎn)彈性的連接既笨重又復(fù)雜，因為它仍然必須滿足沿徑向和軸向有足夠高剛度的要求。也就是說必須保證準確遵守齒的側(cè)隙和通過斜齒承受軸向力。雖然這導致一定程度的旋轉(zhuǎn)脫耦，但是由于靜扭矩很小所以效果甚微。對金屬齒面之間脈沖強度的改變不大。
由DE19909191已知另一個發(fā)展階段。在其中兩個齒輪之一用纖維增強的塑料制造。在這里人們從金屬齒輪的強度出發(fā)，所以認為需要這樣地安置纖維，使它們在齒成形時不會斷裂。這導致在JP62-101967A中所介紹的方案，但這種方案要求在壓注模內(nèi)工作量很大地置入增強纖維。雖然采用這種材料可以達到消聲并且還可以有限程度地減振，至少是移到另一個頻率區(qū)內(nèi)。但借此并未克服主要的缺點，即高的脈沖式面壓力。
總之，人們曾試圖用纖維增強的塑料齒輪基本上達到金屬齒輪的強度。在這里存在的問題是，除了這種纖維增強的塑料齒輪復(fù)雜的生產(chǎn)過程外是與之相關(guān)聯(lián)的高價格，這使得這種齒輪副不能經(jīng)濟地利用。
此外，由DE4107659A1已知一種蝸輪蝸桿傳動裝置，其中蝸桿和蝸輪將其力鎖合的接觸面優(yōu)化為能低噪聲地運行。為此，分別將齒根設(shè)計為凹的以及將齒頂設(shè)計為凸的，其中，在此凹的與凸的區(qū)段之間分別采用漸開線的齒中部(參見那里的第3欄第7行)。然而使用漸開線的齒中部導致至少在此漸開線區(qū)域內(nèi)嚙合的齒只能是點狀接觸。因此，這種已知的蝸輪蝸桿傳動裝置沿其整個嚙合區(qū)也沒有足夠的承受高負荷的能力。

發(fā)明內(nèi)容
以此為背景，本發(fā)明的目的是，為前言所述類型的發(fā)動機輔助傳動裝置創(chuàng)造一種齒輪傳動裝置，它有更高的承載能力并尤其是承受更高的動態(tài)負荷的能力，它能方便和廉價地生產(chǎn)，以及盡管如此其特點還在于有長的使用壽命。
此目的通過具有權(quán)利要求1特征的傳動裝置達到。
進一步的發(fā)展是從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明主要基于，將齒輪的齒面在傳力區(qū)設(shè)計為無漸開線或至少是基本上無漸開線，以及從一凹的區(qū)域直接過渡到一凸的區(qū)域。在這里，第一齒輪優(yōu)選地由均質(zhì)的塑料構(gòu)成，而第二齒輪優(yōu)選地由一種強度高于第一齒輪的材料構(gòu)成。
本解決方案有意放棄高負荷齒輪副迄今所實行的和以金屬齒輪為出發(fā)點的發(fā)展方針。確切地說，以最適宜的塑料的特性本身為出發(fā)點，亦即考慮采用一種沒有纖維增強或不含其他增強元素能方便地生產(chǎn)的塑料。這些特性一方面是與金屬相比靜強度低，而另一方面有良好地適宜于承受脈沖式面壓力的韌性和固有衰耗。
例如已知一些塑料齒輪，而將一種無纖維增強的塑料使用于這些高動態(tài)負荷的齒輪意味著徹底背棄迄今的發(fā)展方向并與一種技術(shù)偏見決裂，此技術(shù)偏見認為均質(zhì)的塑料并不適用于所有類型承受動態(tài)負荷的齒輪。其中忽視了阻尼地承受單純壓力脈沖的適合性，以及忘記了要傳遞的扭矩并不大。小的彈性足以在作用一種赫茲式壓力時造成更大的接觸面。通過增大接觸面，力被分布在一個更大的面積上，亦即降低了面壓力。
此外，在具有凸的和凹的區(qū)段的傳力區(qū)內(nèi)，齒面無漸開線或至少是基本上無漸開線的設(shè)計促使進一步減小面壓力，因為在一個更大的范圍內(nèi)減小了凹的與凸的表面之間的距離，所以在小的赫茲式壓力時已經(jīng)做到進一步顯著增大接觸面。
采用按本發(fā)明的齒面設(shè)計，齒側(cè)曲線沿齒高度的曲率選擇為，在傳力區(qū)內(nèi)為向內(nèi)的曲拱配設(shè)一個在另一個齒上相應(yīng)的向外的曲拱以及反之。如本發(fā)明所建議的面接觸，與如在設(shè)計為漸開線齒面的現(xiàn)有技術(shù)中常見的線接觸相比，決定性的優(yōu)點是，從一個齒輪向另一個齒輪要傳遞的負荷分布在一個更大的面積上，因此降低了單位面積齒的負荷。由此，一方面減少了齒輪的磨損，另一方面也降低了過載的危險?？傊岣吡她X輪的承載能力。采取按本發(fā)明的措施，亦即允許和規(guī)定用于齒嚙合的區(qū)域根本沒有漸開線或只有最少必要的漸開線，可以使得按本發(fā)明的傳動裝置沿整個滾轉(zhuǎn)范圍有高的承載和負荷能力。此外通過材料的選擇對此加以支持。
按一種實施例，直徑較大和齒數(shù)較多的齒輪，例如接合在內(nèi)燃機曲軸上的那個齒輪，用一種強度比第二個較小的齒輪的材料高的材料制成。例如首先提到的那個齒輪用鋼制造，而較小的齒輪用按本發(fā)明的均質(zhì)塑料制造。均質(zhì)塑料的齒輪在制造技術(shù)方面有優(yōu)點。也就是說，塑料齒輪可以借助低成本的壓注法生產(chǎn)，無需接下來進行切削加工。
此外，通過按本發(fā)明減小每個齒的單位面積負荷，可以優(yōu)化齒輪的齒厚。若將材料配對的材料特性考慮在內(nèi)，則可以實現(xiàn)特別好的優(yōu)化。因此按另一種實施例，塑料齒輪的齒厚大于金屬齒輪的齒厚。齒厚的減小又帶來成本方面的優(yōu)點，因為由此可以節(jié)省原料。
應(yīng)當指出，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于直齒圓柱齒輪而且也可以應(yīng)用于斜齒圓柱齒輪的齒輪傳動裝置，以及可應(yīng)用于有直齒或斜齒蝸輪的蝸輪蝸桿傳動裝置。


下面結(jié)合附圖借助實施例詳細說明本發(fā)明。其中圖1作為示例的質(zhì)量平衡傳動裝置簡圖，它借助接合在曲軸上的按本發(fā)明的齒配對驅(qū)動；圖2a圖1所示齒輪副的制齒設(shè)計；以及圖2b圖2a的局部放大。
具體實施例方式
圖1僅通過其曲軸52及其主軸承53象征性地表示往復(fù)式活塞發(fā)動機50。主軸承53代表整個發(fā)動機組，它既可以按隧道結(jié)構(gòu)方式設(shè)計也可以設(shè)計為有獨立的軸承支架。在曲軸52下方固定在發(fā)動機組上的質(zhì)量平衡裝置總體上用54表示。它由平衡裝置外殼55和兩根在其中反向旋轉(zhuǎn)的帶有配重58的平衡軸56、57組成。虛線表示通過主軸承53的法向平面59。質(zhì)量平衡裝置54的軸承處于此平面內(nèi)。平衡軸56、57由一個與曲軸52旋轉(zhuǎn)固定連接的齒輪2通過傳動齒輪1驅(qū)動，同步齒輪61、62用來使平衡軸56、57方向相反、轉(zhuǎn)速相同。
圖2a和2b用通過齒輪的縱剖面表示圖1所示齒輪2與傳動齒輪1齒配對的制齒幾何。圖2a從上方向下地表示安裝在曲軸上的金屬齒輪2的齒5，以及從下方向上地表示安裝在平衡軸56上用塑料制成的齒輪1的齒4。齒4、5互相嚙合。齒4、5分別有高度h4或h5。高度h4從齒4的根部6一直延伸到齒的頂部7。高度h5從齒5的根部8一直延伸到齒的頂部9。齒4、5的寬度沿高度h4或h5改變并取決于齒4、5側(cè)面11、12的形狀。再用3分別表示齒4、5當它們互相嚙合時在其中接觸的區(qū)域。一個齒4、5可與另一個齒5、4的齒面接觸的整個齒面部分稱為傳力部分并用符號13表示。
圖2b是圖2a中金屬齒輪的齒5齒頂附近的部位與塑料齒輪的齒4齒根附近的部位在其中接觸的區(qū)域的放大詳圖。接觸區(qū)3沿齒4、5的高度hA延伸。在接觸區(qū)3內(nèi)，齒4的齒面11是凹的。齒5與齒面11嚙合的區(qū)域設(shè)計為凸的。這兩個區(qū)域有至少分段近似的或相同的曲率，所以它們在一個在剖面圖中看呈線狀的而實際上卻是面狀的區(qū)域內(nèi)接觸。齒5和齒4齒面11、12的有效型面沿它們的總高度h4、h5互相協(xié)調(diào)，所以沿此總高度h4、h5導致剛才已說明的面狀的而在按圖2a和圖2b的剖面圖中看為線狀的接觸3。在圖示的實施例中，金屬齒輪1和塑料齒輪2的齒4、5側(cè)面11、12，分別在其齒根附近直至達到節(jié)圓(滾動圓)的區(qū)域內(nèi)有凹的型面，以及在它們從節(jié)圓出發(fā)直至達到齒頂附近的區(qū)域內(nèi)有凸的型面。這些型面的曲率互相協(xié)調(diào)，使具有至少分段近似或相同曲率的各區(qū)域在嚙合時互相進入接觸。
線狀或者說是面狀的接觸3具有的優(yōu)點是，要從一個齒輪傳遞到另一個齒輪的負荷分布在一個面積內(nèi)，由此降低單位面積負荷。因此不僅可以顯著減少齒輪1、2的磨損，而且大大降低過載的危險。與漸開線齒或分段漸開線齒中在齒之間僅產(chǎn)生點狀接觸的齒輪相比，明顯地提高了齒輪1、2的承載能力。
如圖2a所示，在滾轉(zhuǎn)過程中始終有兩個但優(yōu)選三個齒配對處于互相接觸狀態(tài)，所以在滾轉(zhuǎn)時負荷不只作用在單個齒上，而是可以均勻地分布在三個或者當相應(yīng)地設(shè)計尺寸時在兩個或更多個齒上。由此提高了塑料齒輪的總的承載能力。
盡管在上面討論的實施例中已談到，第一齒輪用塑料和第二齒輪用金屬制成，但本發(fā)明不受此限制。確切地說，以下所述同樣處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，即，第二齒輪同樣用塑料制造，但優(yōu)選地用于第二齒輪的塑料應(yīng)當有比第一齒輪的塑料更高的強度。這種更高的強度可例如通過選擇另一種塑料達到，或通過攙合增強的添加物，例如碳纖維或金屬粒子。
還應(yīng)指出，從齒廓的凹的齒面部分到凸的齒面部分之間的過渡區(qū)并不一定非要選擇在圖示的舉例中所公開的沒有漸開線的結(jié)構(gòu)，雖然這種沒有漸開線的齒廓是理想的。此過渡區(qū)至少近似無漸開線同樣處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在這里，漸開線部分應(yīng)選擇得盡可能小，例如小于在最上面的齒頂點與最下面的齒根點之間全部齒面部分的10％，優(yōu)選地小于5％和特別優(yōu)選地小于1％。
最后，還應(yīng)注意，按本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)計，互相嚙合的齒輪的齒面形狀應(yīng)有下列形狀。從齒頂出發(fā)遵循一個齒頂圓，它將齒頂連接在承載的齒面上。接著是一個外擺線設(shè)計的齒面部分，它一直達到齒輪的節(jié)圓并由一個內(nèi)擺線設(shè)計的齒面部分相繼。后者一直達到齒根圓，齒根連接在此齒根圓上。也就是說，在此設(shè)計中，從齒輪的齒內(nèi)部看的凸的齒面部分由外擺線齒面構(gòu)成，以及凹的部分由內(nèi)擺線齒面構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.汽車的發(fā)動機輔助傳動裝置，包括一個齒輪傳動裝置，它有一第一齒輪(1)和一第二齒輪(2)，第一和第二齒輪具有互相嚙合的齒面(11、12)，其特征為齒輪(1、2)的齒面(11、12)在傳力區(qū)(13)內(nèi)設(shè)計為無漸開線或至少近似無漸開線并且從一凹的區(qū)域直接或至少近似直接過渡到一凸的區(qū)域；以及，第一齒輪(1)由塑料構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，第二齒輪(2)由一種強度高于第一齒輪(1)的材料構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，齒輪(1、2)的對置的齒面(11、12)至少分段地有一種近似相同的齒面(11、12)曲率。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，凹的區(qū)域設(shè)在相應(yīng)齒(4、5)的與齒根(6、8)相鄰的區(qū)域內(nèi)，以及凸的區(qū)域設(shè)在相應(yīng)齒(4、5)的與齒頂(7、9)相鄰的區(qū)域內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，第二齒輪(2)用金屬制成。
6.按照權(quán)利要求5所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，金屬制成的齒輪(2)的齒(5)的齒厚小于塑料齒輪(1)的齒(4)的齒厚。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，塑料制成的齒輪(1)在齒輪(1)分度圓上的齒寬或齒厚大于齒槽寬度。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，金屬制成的齒輪(2)在齒輪(2)分度圓上的齒寬或齒厚小于齒槽寬度。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，在齒輪(1、2)滾轉(zhuǎn)時，齒輪(1、2)始終有兩個或更多個齒(4、5)互相嚙合。
10.按照權(quán)利要求1至9之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，塑料齒輪(1)是壓注件，它在注塑后不經(jīng)歷其他任何處理。
11.按照權(quán)利要求1至10之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，塑料制成的齒輪(1)壓注到一在其外圓周有凸起和/或凹槽的輪轂上或軸件上。
12.按照權(quán)利要求1至11之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，它規(guī)定用于驅(qū)動一根或多根平衡軸(56、57)。
13.按照權(quán)利要求1至12之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，第一齒輪(1)和第二齒輪(2)設(shè)計為斜齒圓柱齒輪。
14.按照權(quán)利要求1至12之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，第一齒輪(1)和第二齒輪(2)設(shè)計為直齒圓柱齒輪。
15.按照權(quán)利要求1至14之一所述的發(fā)動機輔助傳動裝置，其特征為，用于第一齒輪(1)的塑料是一種均質(zhì)塑料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車的發(fā)動機輔助傳動裝置，包括一個齒輪傳動裝置，它有具有互相嚙合的齒面(11、12)的第一齒輪(1)和第二齒輪(2)，其中，齒輪(1、2)的齒面(11、12)在傳力區(qū)(13)內(nèi)設(shè)計為無漸開線，以及從凹的區(qū)域直接或至少近似直接過渡到凸的區(qū)域；以及其中，第一齒輪(1)由塑料構(gòu)成。
文檔編號F16H15/26GK1930408SQ200580007854
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者S·奧博勒, C·弗雷德里希 申請人:Ims傳動裝置有限公司, 瑪格納動力傳動系統(tǒng)股份及兩合公司