專利名稱：由冠形齒輪和小齒輪組成的齒輪對及差動補償傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由軸交角為90度的冠形齒輪和作為直齒圓柱齒輪的小齒輪組成 的齒輪對以及一種差動補償傳動裝置，該差動補償傳動裝置包括至少兩個根據(jù)本發(fā)明的帶 有彼此相對的冠形齒輪的齒輪對。
背景技術：
此類的齒輪對以及由其制造的差動補償傳動裝置在DE 101 47 681 Al中披露。雖 然其中描述的冠形齒輪傳動裝置在許多方面中優(yōu)于在差動補償傳動裝置中普遍使用的錐 齒輪，特別是考慮到它們的小軸向深度以及高齒根過載安全性，但冠形齒輪因持續(xù)運行強 度的原因至今不能在車輛領域內(nèi)用于差動補償。 在差動補償傳動裝置中，非常大的載荷，特別是沖擊載荷可能作用于傳動裝置輪 齒。此類由冠形齒輪和構成為直齒圓柱齒輪的小齒輪組成的齒輪對至今還不能滿足此高載 荷。上述冠形齒輪輪齒的極限條件基本上由冠形齒輪的輪齒確定。由于幾何條件決定的短 的徑向接觸線，因而業(yè)已證明，冠形齒輪的齒的齒面承載能力對于這樣的齒輪對的運行強 度是尤其關鍵性的，而相反，齒根承載能力由于冠形齒輪上的齒的完全平面的端面構造而 是非關鍵性的。然而，此外也必須總是注意小齒輪及其輪齒要具有足夠的強度。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述的現(xiàn)有技術，本發(fā)明所要解決的技術問題是改進由冠形齒輪和小齒輪組 成的齒輪對的強度，特別是改進齒面承載能力。 這一技術問題由本發(fā)明這樣解決在由冠形齒輪和小齒輪組成的此類的齒輪對 中，為降低冠形齒輪的齒的根切，根據(jù)第一種方案使小齒輪的齒的壓力角在相對于冠形齒 輪的徑向方向上從外向內(nèi)增加，或根據(jù)第二種方案在恒定的壓力角的情況下使小齒輪的齒 具有從外向內(nèi)減小的齒廓變位。根據(jù)本發(fā)明的由冠形齒輪和小齒輪組成的齒輪對的輪齒如 通常的那樣在承載齒面區(qū)域內(nèi)相互配合地構造。基于根據(jù)本發(fā)明的小齒輪的齒的預先確定 的幾何形狀，可以例如通過對小齒輪的輪齒的滾動過程的數(shù)值計算而計算出與根據(jù)本發(fā)明 的小齒輪的齒的布置相配合的冠形齒輪的齒的幾何形狀。 根據(jù)上述兩種方案通過共同的發(fā)明構思相互聯(lián)系，使得以相對于冠形齒輪的徑向 實現(xiàn)的小齒輪輪齒的幾何形狀變化而實現(xiàn)冠形齒輪的齒的徑向內(nèi)側(cè)所需要的根切的降低， 且由此允許了徑向向內(nèi)延長冠形齒輪的齒的承載齒面。 壓力角和齒廓變位的概念按照用于齒輪對的典型類型和方式限定，例如可引自 DIN 3960。其中壓力角表示在節(jié)點處分度圓內(nèi)的平面法線與分度圓上的切線之間的角度。 齒廓變位指基準齒廓的齒廓基線(齒廓中線)距分度圓的距離，該距離的絕對值是無量綱的齒廓變位系數(shù)與齒輪模數(shù)的乘積。齒廓變位的減小因此導致齒厚的減小，特別是齒頂厚 的減小。 小齒輪的齒的壓力角的增加與齒廓變位的減小分別根據(jù)上述兩種方案在相對于
冠形齒輪的徑向擴展的徑向方向上從外向內(nèi)實現(xiàn)。這對應于小齒輪的軸向方向。這由于缺
少由小齒輪與冠形齒輪的相對位置預先確定的方向基準而不能用所述限定的參考坐標系。 通過根據(jù)本發(fā)明的由冠形齒輪和小齒輪組成的齒輪對的特別地有利的輪齒布置，
與現(xiàn)有技術相比可以在更大的徑向?qū)挾壬侠霉谛锡X輪的齒的齒面。這一方面通過小齒輪
的齒的壓力角在徑向方向從外向內(nèi)增加來實現(xiàn)，以此獲得了否則將出現(xiàn)的冠形齒輪的齒的
齒面根切的降低。以此可以使用冠形齒輪的齒的齒面的更大的部分來用于主動地傳遞力。
另一方面，在壓力角恒定的情況下，也通過在徑向上從外向內(nèi)減小的齒廓變位而以最有利
的方式實現(xiàn)了主動地在更大的徑向?qū)挾壬侠霉谛锡X輪的齒。有力地提高了冠形齒輪輪齒
的接觸線長度和總重合。 根據(jù)由冠形齒輪和小齒輪組成的根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的一種有利的布置，規(guī)定在 小齒輪的輪齒的壓力角徑向向內(nèi)增加的情況下小齒輪的齒進一步構造有變化的齒廓變位。 在此，齒廓變位可以在一方面有利地在徑向上從外向內(nèi)減小，如上文已對于恒定的壓力角 所描述。然而另一方面在壓力角向內(nèi)側(cè)增加時也可以規(guī)定向內(nèi)側(cè)增加的齒廓變位，使得可
在一定的范圍內(nèi)補償小齒輪的齒所出現(xiàn)的齒頂過尖(tJberspitzung )。利用此布置，與此類 的齒輪對相比也有利地可實現(xiàn)更長的接觸線與更高的總重合。 對于每一種前述情況，根據(jù)其它優(yōu)選的布置另外規(guī)定，小齒輪的齒沿徑向從外向 內(nèi)具有在齒頂圓直徑后移的意義上、即齒高后移的意義上的齒頂縮短(Kopfktozimg)。因此
可以以最有利的方式再次減少冠形齒輪的齒的根切以及在理想情況中完全避免根切。 根據(jù)本發(fā)明的此類的齒輪對的布置特別地用于這樣的使用情況中，即其中冠形齒 輪的齒數(shù)超出根切極限條件，對于根切極限條件，在帶有恒定齒廓變位、恒定壓力角和恒定 齒高的齒具有通常幾何形狀的情況下，冠形齒輪的齒會受到有害的根切。根據(jù)本發(fā)明的齒 輪對將對根切極限條件產(chǎn)生積極的影響，即在每種情況中都得以將冠形齒輪的承載齒面沿 徑向向內(nèi)擴展。因此以有利的方式一方面避免了非承載齒面區(qū)域且另一方面活化了目前不 可使用的齒面區(qū)域；將擴大冠形齒輪和小齒輪的齒面的總重合。在根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的 布置中應有利地注意通常的輪齒極限條件，特別是在其以上各輪齒將發(fā)生齒頂過尖的所謂 的尖銳極限(Spitzengrenze)，以及干涉極限。 因此，以優(yōu)選的方式將壓力角和/或齒廓變位的內(nèi)側(cè)極限值和外側(cè)極限值選擇為 使得在徑向外側(cè)滿足冠形齒輪的齒的尖銳極限且在徑向內(nèi)側(cè)滿足小齒輪的齒的尖銳極限。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選布置，在壓力角從外向內(nèi)增加的情況下，為壓力角選擇一個在 徑向上較靠外側(cè)的極限值，其處于冠形齒輪的齒的尖銳極限處或附近；并為壓力角選擇一 個在徑向上較靠內(nèi)側(cè)的極限值，其處于小齒輪的齒的尖銳極限處或附近。因此，對于根據(jù)本 發(fā)明的齒輪對的有利的布置，根據(jù)輸出不同的輸出數(shù)據(jù)以絕對值的形式給出壓力角在齒寬 上直至大約5度、優(yōu)選也僅直至大約2度的變化。 根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的另一優(yōu)選布置為變化的齒廓變位的徑向外側(cè)和內(nèi)側(cè)極限 值規(guī)定了相同的極限條件(外側(cè)處于冠形齒輪的齒的尖銳極限處或附近；內(nèi)側(cè)處于小齒 輪的齒的尖銳極限處或附近)。因此，對于根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的相應的布置，根據(jù)不同的
4輸出數(shù)據(jù)以絕對值的形式給出無量綱的齒廓變位系數(shù)在齒寬上直至大約0. 4，優(yōu)選地也僅 至大約0.2的變化值。 在向內(nèi)增加的壓力角和變化的齒廓變位的情況下，以上述的極限條件為壓力角和 齒廓變位的各個內(nèi)側(cè)和外側(cè)極限值給出一種對于適合于減小否則將出現(xiàn)的根切的、相互依 賴的數(shù)值對的特定選擇。這也說明在壓力角向內(nèi)增加時，小齒輪的齒的向內(nèi)減小的以及向 內(nèi)增加的齒廓變位體現(xiàn)了本發(fā)明的可能和有利的布置。 在此類的帶有軸偏距的齒輪對中，在小齒輪軸向方向上引起的齒的不對稱形式導 致在小齒輪相對于冠形齒輪左側(cè)運行和右側(cè)運行時的不對稱的承載能力。因此根據(jù)另一種 有利的布置，特別是考慮到根據(jù)本發(fā)明的齒輪對在差動補償傳動裝置中的使用目的，規(guī)定 根據(jù)本發(fā)明的齒輪對不具有軸偏距。 為此根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的另一種有利布置提供了輔助裝置，該輔助裝置實現(xiàn)了 對小齒輪在冠形齒輪上的軸向引導。在根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的優(yōu)選的實施例中，小齒輪為 此在位于相對于冠形齒輪的徑向內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)的側(cè)面上具有環(huán)形或蓋形止擋，該止擋以 特別地有利的方式與小齒輪的輪齒一體地構成。在所得的由冠形齒輪和具有徑向向內(nèi)增加 的齒頂縮短的小齒輪組成的齒輪對的運行強度中，此實施例具有非常有利的相互作用的效 果。特別是在徑向內(nèi)側(cè)實現(xiàn)的小齒輪的蓋因此顯著地提高了小齒輪輪齒在位于相對于冠形 齒輪徑向處于內(nèi)側(cè)的側(cè)面的齒根斷裂強度。因為根據(jù)本發(fā)明的前述變化，通過小齒輪的齒 徑向向內(nèi)延伸的齒頂縮短而有利地避免了冠形齒輪的齒的根切，所以因齒頂縮短造成的對 小齒輪的齒的削弱可以以有利的方式通過位于徑向內(nèi)側(cè)的小齒輪輪齒的蓋抵消以及甚至 過補償，該蓋強化了小齒輪輪齒的強度。同時，利用止擋獲得的小齒輪在冠形齒輪上的軸向 引導避免了小齒輪(相對于冠形齒輪)的徑向移動。 在小齒輪的軸向引導的情況下，通過在小齒輪兩側(cè)安裝和成型的止擋實現(xiàn)的情況 中，再次改進了小齒輪在冠形齒輪上的軸向弓I導和根據(jù)本發(fā)明的整個齒輪對的運行強度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的優(yōu)選擴展規(guī)定冠形齒輪的齒在徑向內(nèi)側(cè)被球形地展 平且小齒輪的內(nèi)止擋在其指向小齒輪的齒的面上為進行平面定位而與其相匹配地構造。以 此布置特別地也可以通過內(nèi)止擋降低軸向(相對于冠形齒輪)作用的沖擊力對齒輪對的 有害影響，因為這樣的沖擊力的至少一部分通過小齒輪的止擋引導到冠形齒輪的齒的位于 徑向內(nèi)側(cè)的球形展平上。這樣的力將因此不再直接地通過冠形齒輪和小齒輪的輪齒齒面?zhèn)?遞。 為制造根據(jù)本發(fā)明的齒輪對，所有的用于齒輪和冠形齒輪的從現(xiàn)有技術已知的材 料和制造方法，例如成形或/和切削方法以及已知的用于硬化所使用的材料的方法都可供 本領域技術人員使用。 最后，本發(fā)明涉及一種差動補償傳動裝置，該裝置具有帶兩個彼此相對的冠形齒 輪和一個或多個與該冠形齒輪相嚙合的小齒輪的根據(jù)前述權利要求中任一項的至少兩個 齒輪對。在此，對于傳動裝置的可能的和更詳細的布置可以參考已知的現(xiàn)有技術。根據(jù)本 發(fā)明的齒輪對的輪齒的所述的特別布置顯著地提高了這種差動補償傳動裝置的運行強度， 以此也相當大地擴展了根據(jù)本發(fā)明的差動補償傳動裝置的可能的使用范圍。通過在兩個彼 此相對的冠形齒輪之間使用多個小齒輪還可以承受更高的載荷。


如下將參考附圖在多個實施例中進一步解釋根據(jù)本發(fā)明的齒輪對。各圖為 圖1是根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的實施例的透視圖； 圖2a至圖2d是根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的小齒輪輪齒的不同的構造； 圖3a和圖3b是此類的和根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的兩個經(jīng)數(shù)值計算的彼此相對的冠
形齒輪輪齒齒面的透視圖；而 圖4至圖7分別是根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的實施例的兩個截面圖。
具體實施例方式
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的齒輪對，該齒輪對由冠形齒輪1和帶端面 直齒的小齒輪2組成。冠形齒輪l的軸A與小齒輪2的軸B無軸偏距地相交成90度角。小 齒輪2的齒3具有在小齒輪2的軸向上延伸且相對于冠形齒輪1的徑向從外到內(nèi)增加的齒 頂縮短4，且具有(在此圖中不可見)徑向上從外到內(nèi)增加的壓力角。小齒輪2的輪齒與冠 形齒輪1的輪齒相配合地構造；冠形齒輪1的齒5不具有根切。此外，小齒輪2在兩側(cè)分別 具有與輪齒一體地構成的環(huán)形止擋6和7，其中其內(nèi)止擋7在它的在此圖中不可見的、面向 小齒輪2輪齒的內(nèi)側(cè)為進行平面定位而與在冠形齒輪1的輪齒5的徑向內(nèi)側(cè)實現(xiàn)的球形展 平部分8相匹配地構成。 圖2a至圖2d分別在上下疊置的三個部分視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的小 齒輪輪齒的不同的構造。在此，在各個上方的部分視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的小 齒輪的齒的徑向外側(cè)和徑向內(nèi)側(cè)橫截面幾何形狀。中間的部分視圖則示出了每個齒的示意 性頂視圖，最后在各個下方的部分視圖中又可見透視圖。 在此，圖2a中示出了小齒輪的齒18，齒18在其(相對于小齒輪的)軸向?qū)挾萣上 具有變化的壓力角。在此，齒18的位于相對于冠形齒輪(在此圖中未示出)的徑向外側(cè)的 橫截面的幾何形狀9與齒18的位于徑向內(nèi)側(cè)的橫截面幾何形狀IO相比具有更厚的齒頂和 更窄的齒根。在圖2b中示出的小齒輪的齒19在其軸向?qū)挾壬暇哂凶兓凝X廓變位，這導 致了齒厚的變化。齒廓變位相對于冠形齒輪在徑向上從外向內(nèi)減小，如在橫截面11 (外側(cè)) 和橫截面12(內(nèi)側(cè))中顯見。圖2c示出了小齒輪的齒20，它將壓力角的徑向增加和齒廓變 位的變化疊加。在此情況下，齒廓變位在徑向上從外向內(nèi)增加。與位于徑向內(nèi)側(cè)的橫截面 13相比，徑向外側(cè)的橫截面14具有更大的齒根厚度。在軸向?qū)挾壬淆X頂15的厚度基本恒 定。最后，圖2d中示出了小齒輪的齒21，它除圖2所示的壓力角和齒廓變位變化外還具有 在徑向上從外向內(nèi)增加的齒頂縮短4。在此齒21的齒高從相應的外側(cè)橫截面16的齒高開 始首先保持不變，然后沿徑向向內(nèi)連續(xù)地降低直至齒21的相應的徑向內(nèi)側(cè)橫截面形式17 的更小的齒高。 圖3a和圖3b各示出了兩個此類的(圖3a)和根據(jù)本發(fā)明的(圖3b)齒輪對的兩 個經(jīng)數(shù)值計算的彼此相對的冠形齒輪齒面22、23以及24、25，圖中的小齒輪的為此相配合 地構造的輪齒具有根據(jù)本發(fā)明的壓力角變化和齒廓變位變化。在此，在圖示的透視圖中以 在徑向從外向內(nèi)的觀察方向可以很好地識別出根切極限27與30，根切極限將齒面22至25 分為承載的齒面段26與29和不承載的根切齒面段28與31。 圖3b所示的根據(jù)本發(fā)明的齒輪對構造導致了冠形齒輪的齒的位于徑向內(nèi)側(cè)的根切31，該根切31明顯小于圖3a的此類的齒輪對的冠形齒輪的齒的根切28。與此類的齒輪 對的冠形齒輪的承載齒面26相比，根據(jù)本發(fā)明的齒輪對的冠形齒輪的承載齒面29沿徑向 向內(nèi)延長。 在圖4至圖7中，在頂視圖(右側(cè)圖)和沿截面A-A的截面圖中(左側(cè)圖)分別 示出了根據(jù)本發(fā)明的由冠形齒輪1和小齒輪2組成的齒輪對的其它實施例。在根據(jù)圖4和 圖6的實施例中，小齒輪2分別在位于徑向內(nèi)側(cè)的側(cè)面上具有環(huán)形止擋7。內(nèi)止擋7的朝向 小齒輪的齒的平面32與冠形齒輪的齒的球形展平部分8配合地構造且平靠在其上。與圖 6的實施例的小齒輪2不同，圖4的實施例的小齒輪2還具有徑向外側(cè)的第二止擋6，使得 小齒輪2在兩側(cè)被軸向引導在冠形齒輪1上且不再能在冠形齒輪1的徑向移動。圖5的齒 輪對的小齒輪2僅在其位于徑向外側(cè)的側(cè)面上具有環(huán)形止擋6以用于在冠形齒輪1上軸向 引導小齒輪2，而圖7的齒輪對的小齒輪2提供有內(nèi)、外止擋。圖7的實施例的小齒輪2在 冠形齒輪1上的引導有利地通過集成在齒輪對內(nèi)的或在齒輪對周圍的其它的(未示出的) 軸向引導元件保證。
權利要求
一種由軸交角為90度的冠形齒輪(1)和作為直齒圓柱齒輪的小齒輪(2)組成的齒輪對，其特征在于為降低冠形齒輪(1)的齒(5)的根切，小齒輪(2)的齒(3)在恒定的壓力角的情況下在相對于冠形齒輪(1)的徑向方向上具有從外向內(nèi)減小的齒廓變位。
2. 根據(jù)權利要求1所述的齒輪對，其特征在于小齒輪(2)的齒(3)還具有在徑向上從外向內(nèi)增加的齒頂縮短(4)，使得完全避免了冠形齒輪(1)的齒(5)的根切。
3. 根據(jù)權利要求l所述的齒輪對，其特征在于小齒輪(2)的齒(3)的變化的齒廓變位在徑向外側(cè)的極限值位于冠形齒輪(1)的齒(5)的尖銳極限處或附近，且齒廓變位在徑向內(nèi)側(cè)的極限值位于小齒輪(2)的齒(3)的尖銳極限處或附近。
4. 根據(jù)權利要求l所述的齒輪對，其特征在于小齒輪(2)的齒(3)和冠形齒輪(1)的齒(5)的齒面在每個點處相互配合地構造。
5. 根據(jù)權利要求1所述的齒輪對，其特征在于在冠形齒輪(1)和小齒輪(2)之間不存在軸偏距。
6. 根據(jù)權利要求l所述的齒輪對，其特征在于在冠形齒輪(1)上運行的小齒輪(2)被軸向地引導。
7. 根據(jù)權利要求6所述的齒輪對，其特征在于小齒輪(2)在位于相對于冠形齒輪(1)的徑向內(nèi)側(cè)和/或徑向外側(cè)的側(cè)面上設有環(huán)形或蓋形止擋(7、6)以用于軸向引導。
8. 根據(jù)權利要求7所述的齒輪對，其特征在于冠形齒輪(1)的齒(5)在徑向內(nèi)側(cè)被球形地展平且小齒輪的內(nèi)部止擋(7)在其面向小齒輪(2)的齒(3)的平面(32)上為進行平面定位而與其相匹配地構造。
9. 一種至少具有兩個根據(jù)前述權利要求的任一項所述的齒輪對的差動補償傳動裝置，該差動補償傳動裝置通過兩個彼此相對的冠形齒輪(1)和一個或多個布置在它們之間的小齒輪(2)構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由具有90度軸交角的冠形齒輪(1)和作為直齒圓柱齒輪的小齒輪(2)組成的齒輪對。根據(jù)本發(fā)明，為降低冠形齒輪(1)的齒(5)的根切，小齒輪(2)的齒(3)的壓力角在相對于冠形齒輪(1)的徑向方向上從外向內(nèi)增加，或在恒定壓力角的情況下小齒輪(2)的齒(3)的齒廓變位在相對于冠形齒輪(1)的徑向方向上從外向內(nèi)減小。
文檔編號F16H1/12GK101713447SQ20091020638
公開日2010年5月26日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權日2004年12月23日
發(fā)明者弗蘭克·澤林, 彼得·格特曼, 海因里?！に固赝⒏?申請人:賽森克魯普精鍛有限責任公司