花鍵連接結構及包括其的發動機起動電機的製作方法

2023-06-15 03:14:31 3

本實用新型涉及機械連接結構技術領域；具體地說，本實用新型涉及一種花鍵連接結構。進一步地，本實用新型還涉及包括這種花鍵連接結構的發動機起動電機。

背景技術：

通常，花鍵連接結構由內花鍵和外花鍵組成，常用於軸孔之間的連接。內、外花鍵均為多齒零件，在孔的內圓柱表面上的花鍵為內花鍵，在軸的外圓柱表面上的花鍵為外花鍵。

按照不同的分類，花鍵可以包括矩形花鍵、三角花鍵及漸開線花鍵等；或者包括直花鍵和螺旋花鍵等。

圖1示出一種現有技術的螺旋花鍵的截面圖。圖2和圖3示出圖1中螺旋花鍵的平面展開圖。在圖2和3中，內花鍵1具備7個鍵齒3，外花鍵2具備14個鍵齒4和位於該鍵齒一端處的7個擋齒5。內外花鍵在工作過程中，由於鍵齒數量受限，每個鍵齒上承受的應力較大，易於損壞鍵齒造成花鍵失效。如圖4和圖5所示，顯示了汽車發動機起動電機的單向器中的常用螺旋花鍵的內花鍵和外花鍵的易磨損部位6、7。另外，在傳遞力矩時僅外花鍵鍵齒單側的內花鍵鍵齒起到作用，因此鍵齒的使用率不高。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種能夠克服現有技術中的前述缺陷的花鍵連接結構。

進一步地，本實用新型的目的還在於提供一種包括這種花鍵連接結構的發動機起動電機。

為了實現前述技術目的，本實用新型的第一方面提供了一種用於軸孔配合的花鍵連接結構，其中，所述花鍵連接結構包括：

位於第一圓周表面上的第一花鍵，所述第一花鍵包括第一鍵齒和擋齒，所述第一鍵齒在所述第一圓周表面上沿周向均布且在相鄰的所述第一鍵齒之間形成第一鍵槽，所述擋齒位於所述第一鍵齒的一端處且對齊至少一個所述第一鍵槽；以及

位於第二圓周表面上且適於與所述第一花鍵接合的第二花鍵，所述第二花鍵上具有第二鍵齒及在裝配時適於所述擋齒穿過的缺齒部，

其中，當所述第一花鍵與所述第二花鍵相接合且所述第二花鍵中相應的第二鍵齒插配在所述至少一個第一鍵槽內時，所述第一花鍵中適於與所述第二花鍵相互作用的工作齒的佔比大於1：2。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，所述第一花鍵為主動花鍵而所述第二花鍵為從動花鍵，或者，所述第一花鍵為從動花鍵而所述第二花鍵為主動花鍵。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，所述第一圓周表面為孔的內圓周表面而所述第二圓周表面為軸的外圓周表面，或者，所述第一圓周表面為軸的外圓周面而所述第二圓周表面為孔的內圓周表面。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，所述花鍵連接結構為螺旋花鍵連接結構。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，所述擋齒在所述第一圓周表面上沿周向均布，每個所述擋齒分配至不同的M個第一鍵齒並且對齊其中的至多N個相鄰的第一鍵槽，其中M大於2，N小於M；並且

所述缺齒部與所述擋齒部的數量相同，所述第二鍵齒由所述缺齒部界定而分組，每組所述第二鍵齒適於分別配合在所述不同的M個第一鍵齒之間的所述第一鍵槽內，所述缺齒部的齒距至少為所述第一花鍵的齒距的N加1倍。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，每組所述第二鍵齒包括至多M減N個第二鍵齒。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，N等於1，每組所述第二鍵齒包括M減1個第二鍵齒，並且每組內的所述第二鍵齒的齒距等於所述第一鍵齒的齒距。

可選地，在如前所述的花鍵連接結構中，在所述第一圓周表面上沿周向均布的所述擋齒存在缺齒，和/或，每組所述第二鍵齒存在缺齒。

為了實現前述技術目的，本實用新型的第二方面提供了一種發動機起動電機，所述起動電機包括如前述第一方面中任一項所述的花鍵連接結構。

可選地，在如前所述的起動電機中，所述起動電機包括單向器及由所述單向器驅動的小齒輪軸，所述小齒輪軸通過小齒輪驅動發動機飛輪，並且

所述花鍵連接結構的所述第一花鍵位於所述單向器上而所述第二花鍵位於所述小齒輪軸上，或者，所述花鍵連接結構的所述第二花鍵位於所述單向器上而所述第一花鍵位於所述小齒輪軸上。

附圖說明

參照附圖，本實用新型的公開內容將更加顯然。應當了解，這些附圖僅僅用於說明的目的，而並非意在對本實用新型的保護範圍構成限制。圖中：

圖1示出一種現有技術的螺旋花鍵的截面圖；

圖2和圖3示出圖1中螺旋花鍵的平面展開圖；

圖4和圖5示出汽車發動機起動電機的單向器中的常用螺旋花鍵的內花鍵和外花鍵的磨損情況；

圖6示出了根據本實用新型的一種實施方式的螺旋花鍵的截面圖；以及

圖7和圖8示出了圖6中螺旋花鍵的平面展開圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳細地描述本實用新型的具體實施方式。在各附圖中，相同的附圖標記表示相同或相應的技術特徵。

圖6示出了根據本實用新型的一種實施方式的花鍵連接結構的截面圖；圖7和圖8中示出了圖6中螺旋花鍵的平面展開圖。這種花鍵連接結構用於軸孔配合；具體地，在圖示示例中是用於發動機起動電機的小齒輪軸與單向器的內孔的軸孔配合。可以了解，此處僅以發動機起動電機的小齒輪軸與單向器來作為例示說明；本實用新型的花鍵連接結構同樣適用於其它場合的軸孔連接。

如圖6中所示為花鍵連接結構的截面圖。如圖所示，花鍵連接結構適用於第一圓周表面10和第二圓周表面20的接合，該第一圓周表面和該第二圓周表面之一為軸的外圓周表面，另一為孔的內圓周表面。

從圖中可以看出，在圖示的具體示例中，第一圓周表面10為軸的外圓周面而第二圓周表面20為孔的內圓周表面。更具體地說，這種軸可以為發動機起動電機的小齒輪軸，這種孔可以為發動機起動電機的單向器的內孔。在發動機起動電機中，發動機起動電機的轉子通過單向器以花鍵連接結構驅動小齒輪軸，小齒輪軸通過小齒輪向汽車發動機的飛輪提供動力，實現發動機起動。可見，在這種實施方式中，單向器的內孔上的花鍵（即第二花鍵）為主動花鍵，而小齒輪軸上的花鍵（即第一花鍵）為從動花鍵。

經過本實用新型的教示，所屬技術領域的技術人員可以了解，在其它應用場合中，也可以想到將第一花鍵設置為從動花鍵而第二花鍵設置為主動花鍵；或者，也可以將第一圓周表面設置為孔的內圓周表面而第二圓周表面設置為軸的外圓周表面。

圖7和圖8中示出了花鍵連接結構的展開圖。從圖中可以看出，其中的花鍵連接結構為螺旋花鍵連接結構。可以了解，根據本實用新型的花鍵連接結構同樣適用於直花鍵連接結構等。

從圖中可以更清楚地看出，該花鍵連接結構包括位於第一圓周表面10上的第一花鍵，第一花鍵包括第一鍵齒11和擋齒12。第一鍵齒在第一圓周表面上沿周向均布且在相鄰的第一鍵齒之間形成第一鍵槽13。擋齒12位於第一鍵齒的一端處且對齊至少一個第一鍵槽。在圖中，擋齒12在第一圓周表面上也沿周向均布；但是，在可選的實施方式中，擋齒12中也可以缺齒，例如，僅在圖示擋齒位置的一個、兩個或三個位置處形成有擋齒。只要擋齒具有足夠的強度，可以採用儘量少的擋齒以降低製造難度和製造成本。

該花鍵連接結構還包括位於第二圓周表面20上且適於與第一花鍵接合的第二花鍵，第二花鍵上可以具有第二鍵齒21及在裝配時適於擋齒穿過的缺齒部22。此處第二花鍵適於與第一花鍵接合，可以想到它們的鍵齒、鍵槽等的設計結構在形狀、尺寸可以是一致的或者所屬技術領域的技術人員可以根據本領域的知識進行調整以將二者匹配。

圖示示例中，在將小齒輪軸（圖示的第一花鍵處）裝到單向器的孔內時，可以先將第二花鍵的缺齒部對齊第一花鍵的擋齒，沿著第一鍵槽將小齒輪軸的第二花鍵完全插入；在插入後，將小齒輪軸旋轉一定角度，並使第二花鍵的第二鍵齒退回到第一鍵齒之間的鍵槽內，此時至少一個第二鍵齒對齊擋齒，這樣當第二花鍵向外滑動時會被擋齒擋住而不會脫離單向器。

圖7和圖8分別示出了根據本實用新型的螺旋花鍵連接裝置的一種具體實施方式的不同工作位置。

在圖7中，螺旋花鍵連接裝置處於起動電機的停動位置。此時，起動電機未進行發動機的起動工作，第二花鍵與第一花鍵接合併且保持在第一花鍵的右側。在第二花鍵的右側，由於例如安裝在小齒輪軸上的未圖示的卡圈等止動裝置可以防止其向右滑出。當起動電機開始工作後，第二花鍵將沿周向驅動第一花鍵。由於螺旋花鍵的傾斜排列，使得第一花鍵和第二花鍵二者同時還會產生沿軸向的相對移位，直到第二花鍵的鍵齒抵靠在擋齒上，如圖8中所示。在這種狀態下，小齒輪軸上的小齒輪將嚙合發動機的飛輪，起動汽車發動機。在發動機起動後，其帶動小齒輪軸的轉速使其逐漸超過單向器的轉速，從而使得小齒輪軸沿軸向逐漸返回到圖7中的位置，最終小齒輪與發動機飛輪脫離，結束髮動機起動工作。

如圖6-8中所示，在該實施方式中，當第一花鍵與第二花鍵相接合且第二花鍵中相應的第二鍵齒插配在所述至少一個第一鍵槽內時，第一花鍵中適於與第二花鍵相互作用的工作齒的佔比大於1：2。具體地，在該示例中，第一花鍵包括16個第一鍵齒11，第二花鍵中包括12個第二鍵齒21。在16個第一鍵齒中僅有在第二鍵齒單側上的12個與第二鍵齒相作用，可見，第一花鍵中適於與第二花鍵相互作用的工作齒的佔比為3：4，大於1：2。此時，與現有技術相比，本實用新型的花鍵連接結構的工作效率和可靠性得到了提升。

基於圖中的示例，所屬技術領域的技術人員可以想到更多的變例。例如，每個擋齒可以分配至不同的M個第一鍵齒並且對齊其中的至多N個相鄰的第一鍵槽，其中M大於2，N小於M，M和N為整數。缺齒部可以與擋齒部的數量相同或者多於擋齒部的數量以適於擋齒在裝配時經過缺齒部。如圖7和圖8中所示，第二鍵齒可以由缺齒部界定而分組，此時每組第二鍵齒適於分別配合在不同的M個第一鍵齒之間的第一鍵槽內。為了保證擋齒可以從缺齒部經過，缺齒部的齒距可以至少為第一花鍵的齒距的N加1倍。每組第二鍵齒則可以包括至多M減N個第二鍵齒。需要另外指出的是，為了實現更好的工作效率和可靠性，在M和N的前述取值的基礎上，同時要保證第一花鍵中與第二花鍵作用的工作齒的佔比大於1：2。

例如，當M為4、N為1時即可得到圖6-8中的本實用新型的技術方案。此時，每個擋齒可以分配至不同的4個第一鍵齒並且對齊其中的1個第一鍵槽；缺齒部與擋齒部的數量相同，均為4個；第二鍵齒則可以由缺齒部界定而分組，此時每組第二鍵齒適於分別配合在不同的4個第一鍵齒之間的第一鍵槽內；為了保證擋齒可以從缺齒部經過，缺齒部的齒距為第一花鍵的齒距的2倍；每組第二鍵齒包括3個第二鍵齒。此時，第一花鍵中與第二花鍵作用的工作齒的佔比為3：4，大於1：2。

再例如，當M為5、N為2時即可得到另一種技術方案。此時，每個擋齒可以分配至不同的5個第一鍵齒並且對齊其中的2個相鄰的第一鍵槽；缺齒部可以與擋齒部的數量相同；第二鍵齒則可以由缺齒部界定而分組，此時每組第二鍵齒適於分別配合在不同的5個第一鍵齒之間的第一鍵槽內；為了保證擋齒可以從缺齒部經過，缺齒部的齒距為第一花鍵的齒距的3倍；每組第二鍵齒包括3個第二鍵齒。此時，第一花鍵中與第二花鍵作用的工作齒的佔比為3：5，大於1：2。

再例如，當M為3、N為1時即可得到再一種技術方案。此時，每個擋齒可以分配至不同的3個第一鍵齒並且對齊其中的2個第一鍵槽；缺齒部與擋齒部的數量相同；第二鍵齒則可以由缺齒部界定而分組，此時每組第二鍵齒適於分別配合在不同的3個第一鍵齒之間的第一鍵槽內；為了保證擋齒可以從缺齒部經過，缺齒部的齒距為第一花鍵的齒距的2倍；每組第二鍵齒包括2個第二鍵齒。此時，第一花鍵中與第二花鍵作用的工作齒的佔比為2：3，大於1：2。

從以上可以看出，在可選的實施方式中，N也可以等於1，每組第二鍵齒包括M減1個第二鍵齒，並且每組內的第二鍵齒之間的齒距可以等於第一鍵齒的齒距。可以了解，M和N可以採用其它適當的整數值，此處不再一一舉例。

另外，在可選的實施方式中，在第一圓周表面上沿周向均布的擋齒可以存在缺齒，每組第二鍵齒也可以存在缺齒。在擋齒存在缺齒的情況下，只要保留的缺齒的強度足夠，即可以實現防止第二花鍵從第一花鍵上脫離的情況。還可以想到，在第二鍵齒存在缺齒的情況下，只要保證花鍵連接結構的第一鍵齒的工作齒數比大於1：2，則仍然可以獲取與現有技術相比更可靠的技術效果，符合本實用新型的要求。

經過以上描述，所屬技術領域的技術人員可以了解，根據本實用新型的花鍵連接結構可以應用到發動機起動電機中。在一種示例中，這種起動電機可以包括單向器及由單向器驅動的小齒輪軸，小齒輪軸可以通過其上的小齒輪驅動發動機飛輪，單向器和小齒輪軸則通過本實用新型的花鍵連接結構而接合。在可選的實施方式中，花鍵連接結構的第一花鍵位於單向器上而第二花鍵位於小齒輪軸上，或者，花鍵連接結構的第二花鍵位於單向器上而第一花鍵位於小齒輪軸上。

本實用新型的技術範圍不僅僅局限於上述說明中的內容，本領域技術人員可以在不脫離本實用新型技術思想的前提下，對上述實施方式進行多種變形和修改，而這些變形和修改均應當屬於本實用新型的範圍內。