短嚙合齒的形態矩陣的製作方法
2023-11-05 09:51:32 3
專利名稱：短嚙合齒的形態矩陣的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種形態矩陣，它用於構成一尤其是在汽車變速箱齒輪上的短嚙合齒的齒的截面形狀，其中，短嚙合齒的齒制在一變速齒輪或一換擋接合套筒的圓柱段上，其軸線與換擋接合套筒的位移軸線相一致，且其中每一種齒輪具有一屋頂狀傾斜的齒頂以及朝著齒根方向至少沿部分高度設計成後傾的齒側面，該齒側面終止於一齒根圓。
短嚙合齒的上述形態學在有關的文獻資料中已有敘述且已在實踐中實現。
在短嚙合齒中重要的是在兩個已同步轉動的變速齒輪之間的換擋過程儘可能無摩擦地亦即輕便靈活地完成。尤其是兩短嚙合齒齒頂的正面相碰應儘可能少出現和僅僅在極短的時期內發生。不過，這種換擋舒適性不能以犧牲所選定的換擋連接的軸向結合併因而犧牲可靠的軸向固定為代價來取得。為此，採用尤其是這樣一種具有後截切的齒側面結構造型，即齒至少在其側面的部分高度朝著齒根方向逐漸縮小。兩個共同工作的短嚙合齒這樣一種彼此一致的結構形式帶來的結果是，防止了相互貼靠在一起的後截切齒側面彼此沿軸向滑開，並由此也防止了換擋連接不希望的鬆動。
雖然對專業人員來說熟悉的是在這樣一種短嚙合齒的傳統設計範圍內，一個個齒沿它們的總高度被約束在一圓柱段上並還可能具有齒根連接；此外對他們來說還熟悉的是通過齒根圓可提高齒的承載能力，以及通過齒頂為屋頂形的結構形式可使換擋嚙合更加容易。
然而由於對於短嚙合齒有著許多不同的應用可能性，與此同時可能產生不同的負載和負載變化，也由於在實踐中對換擋舒適性和換擋可靠性提出了特殊的要求，與此同時還應當顧及成形加工技術所引起的一系列規範，由此種種原因便不再能為專業人員提供一種所希望的方向。
因此，本發明的目的在於提供一種關於短嚙合齒的計算和設計準則的概貌，亦即為專業人員提供一種手段，使他們能容易且目標準確地找到滿足各種要求的解決方案。
根據本發明解決方案的建議，不是有意識地滿足一種單一的解決方案，而是為短嚙合齒的齒截面形狀設計提供一種形態矩陣，這樣一種矩陣中的所有元素均屬按所附權利要求所述的保護對象。其中，權利要求1的內容為一種形態矩陣，通過該矩陣聚集屬於此範圍的齒形，而沒有必要對於一種適用的齒輪形態將其眾多組合可能性的每一個分別用一單獨的權利要求來加以保護。
以本文開頭所述形態矩陣為基礎，它的有專利權的進一步改進具有的特徵在於所有的齒或者它們中按照一種有規律變換的模式確定的一部分，至少包括確定齒側面造型的下列兩種形態之一a．在齒頂屋頂面的下邊緣和後傾的側面段之間設有一上部直的齒嚙合段，其形式上為一基本平行於齒縱向延伸的導向面，在這種情況下該導向面設計為窄的或寬的；b．在後傾的側面段和齒根圓之間設有一下部直的齒嚙合段，其形式上為具有基本平行於齒縱軸線延伸的支承面的齒根增強，其中該支承面被設計為高的或低的。
本發明的矩陣是基於這樣的考慮根據使用情況，除了後傾的側面段之外，還要實現一個或兩個直的齒嚙合段作為每一個齒側面的其它分段，亦即要麼是位於後傾側面段之上的上部直的齒嚙合段和/或要麼是位於後傾側面段之下的下部直的齒嚙合段。
通過該上部直的齒嚙合段提供了一個導向面，專業術語也稱之為「平臺(Flat)」，該導向面在齒的單軌跡階段是有效的，且在起始嚙合區內增強其側向伸出最遠的側面區域，這就相應地對嚙合齒的壽命起著好的作用。通過該導向面，可減小所謂的「齒嚙合間隙」，亦即；降低換擋運動的反作用力，與此同時不會增大齒側隙。
沿齒縱向看導向面可設計為窄的或寬的。由此可對後傾角的大小在下述意義上產生很大影響，即寬的導向面比窄的導向面能導致更大的、亦即更有效的後傾角。但與此同時，也可認為導向面的寬度是負載的函數，亦即所產生扭矩的函數。
根據本發明的理論並不滿足於只有一種上部直的齒嚙合段。除此之外或者在其位置上也可出現一下部直的齒嚙合段，它位於後傾側面段的下方。下部直的齒嚙合段形成一種其形式上為一平行於齒縱軸線延伸的支承面的對齒根的增強，該支承面抵消由於後傾的側面段使齒逐漸縮小引起的後果。因此這種支承面產生的直接效果是提高了整個齒的強度，尤其是它的齒根區。
在具有特別高的扭矩載荷時，專業人員可在本發明所推薦的形態矩陣範圍內，按照設計導向面和支承面的意義，將上部直的齒嚙合段和下部直的齒嚙合段相互組合在一起。
每一齒側面的支承面可設計為高的或低的。在這方面專業人員也可主要根據他想實現的是什麼樣的後傾角來作出他的選擇。
如果僅僅設有一種上部直的齒嚙合段(具有窄的或寬的導向面)，那麼根據關係式0≤α≤9，後傾角最好最大為9°。
在具有低支承面的下部直的齒嚙合段的情況下，則與是否還設有一上部直的齒嚙合段無關，根據關係式3≤α≤12，後傾角最好在3～12°之間。
若設有一有高支撐面的下部直的齒嚙合段(帶或不帶上部直的齒嚙合段)，那麼根據關係式6≤α≤60，後傾角在6°～60°之間。通過選擇一形式上為寬導向面的上部直的齒嚙合段和一形式上為高支承面的下部直的齒嚙合段，可以實現最大後傾角。
權利要求7～8包括一些用於確定導向面或支承面尺寸的規則。這些規則可根據總體幾何形狀來導出，且前提是相互比較的是具有相同總齒高或齒頂高的齒。最後，齒頂以下直至齒根的齒的高度是導向面、後傾側面段以及支承面的總和，與此同時朝下方總是連有一齒根圓，與不具有支承面的實施形式相比，該齒根圓在存在支承面的情況下有一較小的半徑就足夠了。
有關屋頂形齒頂的設計可以下列情況為出發點，即所提供的屋頂形狀由熟知的形狀元素組成，即由直線或凸拱形屋頂面組成。
直的屋頂面耐用。但由於其大的摩擦面，所以在入軌過程中它的反作用力較大。
對於凸的屋頂面來說，由於是線接觸所以摩擦力較小，因此這種摩擦力便有可能改善換擋的舒適性。
對於反轉的齒輪，亦即可沿兩個方向轉動的變速齒輪，只能採用對稱的屋頂面。對於僅僅沿單方向轉動的變速齒輪的正常情況而言，非對稱的屋頂形特別合適，用這種屋頂形在入軌階段僅在很短的變速階段才會有較大反作用力。屋頂形狀越接近一種單坡屋頂形，可能產生的接合阻塞階段就越短。
一齒頂的兩屋頂面要麼都製成平面或凸面，要麼一個做成平面而另一個則做成凸面。由凸的屋頂面所取得的易於入軌的效果，在僅有單一旋轉方向的變速齒輪的情況下還可通過以下措施來加以提高屋頂面之一設計成基本平行於齒縱向延伸的面，而另一屋頂面相應地傾斜延伸並與第一個屋頂面共同形成一種單坡屋頂型的屋頂形狀。
以下根據一附圖
來說明本發明，附圖示出一圖形矩陣。
該矩陣具有完全填滿的9列和完全填滿的5行。列用1～9來標序，行用a～e來標號。這樣只要需要，便可目標準確地找到所示出的各齒形。
在行a中，示出有兩種屬已有技術的齒形，亦即在用0標號的列中為一併不延伸至齒根1的齒Za0。它具有一帶平屋頂面2(屋頂形D2,2)的對稱屋頂形；此外它還具有後傾的齒側面3，齒側面3端部與齒根1有距離，這樣在齒Za0和齒根1之間例如通過鏟背形成一用於切削加工後傾側面的刀具的空程。
齒Za1示出一對應於權利要求1前序部分的短嚙合齒的齒的截面形狀，如同齒Za0那樣它也屬於已有技術。屋頂形D2,2與直至齒根1連續的後傾齒側面3組合，它們在齒根1那裡終止於一齒根圓4。實踐中已經能夠採用成形加工技術來製造這種齒形，所有其它在矩陣中示出的屬本發明的齒形同樣均可用成形加工技術來製造。
根據矩陣所依據的系統理論，在行中的齒形這樣排列後傾角從列1～9逐漸增大。這些由選擇或組合直的齒嚙合段得出。因為根據本發明所保護的理論是針對選擇和組合直的齒嚙合段的，因此在列1、行b～e中所示的齒形，由於其不具有直的齒嚙合段，因此不屬於本發明要求保護的內容。
為了對稱的原因將它們補充在矩陣中，以便說明不同的屋頂形狀，通過它們來區分矩陣中逐行的齒形。
齒形Za2與按照Za1的已有技術的區別在於它設有一形式上為窄導向面5的上部直的齒嚙合段。與此相對，齒形Za3則具有一寬導向面6。
齒形Za4通過一形式上為低的支承面7的下部直的齒嚙合段區別於前述各齒形。
在齒形Za5的情形中，既設有一上部直的齒嚙合段又設有一下部直的齒嚙合段，其形式上為一窄導向面5和一低的支承面7。
齒形Za6示出一寬導向面6與一低的支承面7的組合。
齒形Za7示出僅僅有一形式上為高的支承面8的下部直的齒嚙合段。
齒形Za8示出一種高的支承面8與一窄導向面5的組合。
齒形Za9示出一寬導向面6與一高的支承面8的組合。
對行a中的每種齒形均在屋頂形狀的上方給出對應於各視圖的後傾角α。所有的角度值均作為舉例。對在行b～e中的所有齒形它們是相同的，因為它們有同一個長寬比。如已說明的那樣，各行的區別僅在於有不同的屋頂形狀，這樣就可以不必要對各個齒形均加以詳述。
在行b中，屋頂形狀是球形的，亦即涉及兩個凸的屋頂面9，如同所有其它的屋頂形一樣，它們同樣共同形成一修圓的屋頂尖。行a中的屋頂形D2,2和行b中的屋頂形D9,9均為對稱的，它們適用於沿兩個方向傳動的傳動齒輪，或者適用於那些對兩個旋轉方向都適用的變速齒輪。與屋頂形D2,2相反，對於屋頂形D9,9，當它與相嚙合齒進入嚙合時形成線接觸，因此與D2,2相比容易接合。
在行c、d和e中所表示的都是非對稱的屋頂形，亦即在行c中為屋頂形D2,9，用該形狀可易於進入凸的屋頂面9一側。當相嚙合齒輪以相反方式設計時，則可通過以下所述簡化製造令一齒輪對的兩個齒輪都具有一可用較少費用來製造的平屋面就足夠了。
在行d中示出一種單坡屋頂型式的屋頂形，其中屋頂斜面設計為平的屋頂面10。第二個屋頂面11平行於齒的縱向伸展。類似地，在行e中，在一種單坡屋頂形狀中，傾斜的屋頂面12設計為凸的。這種非對稱單坡屋頂形狀只能用於沿單方向轉動的變速齒輪。單坡屋頂形的優點在於在進入過程中正面撞擊的可能性大大減小，因為換擋阻塞只可能在單坡屋頂形狀的一個狹窄的邊緣區域中出現。
不言而喻，在行c～e中示出的非對稱屋頂形也可設計成相對於齒的縱軸線成鏡像反映。在本發明的範圍內此矩陣還可加以擴展，為此可通過選擇別的屋頂形，或者通過改變沿齒高方向的幾何尺寸關係。
權利要求
1．一種形態矩陣，它用於構成一尤其是在汽車變速箱齒輪上的短嚙合齒的齒的截面形狀，其中，短嚙合齒的齒制在一變速齒輪或一換擋接合套筒的圓柱段上，其軸線與換擋接合套筒的位移軸線相一致，且其中每一種齒輪具有一屋頂狀傾斜的齒頂以及朝著齒根(1)方向至少沿部分高度設計成後傾的齒側面(3)，該齒側面終止於一齒根圓(4)，其特徵在於所有的齒或者它們中按照一種有規律變換的模式確定的一部分，至少包括確定齒側面造型的下列兩種形態之一a)在齒頂屋頂面的下邊緣和後傾的側面段(3)之間設有一上部直的齒嚙合段，其形式上為一基本平行於齒縱向延伸的導向面(5,6)，在這種情況下該導向面設計為狹窄的(5)或寬的(6)；b)在後傾的側面段和齒根圓(4)之間設有一下部直的齒嚙合段，其形式上為具有基本平行於齒縱軸線延伸的支承面(7,8)的齒根增強，其中該支承面設計為高的(8)或低的(7)。
2．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於僅設置有一個上部直的齒嚙合段，且後傾角最大為9度。
3．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於設置一具有較低支承面(7)的下部直的齒嚙合段，且後傾角為3～12度。
4．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於設置一具有高的支承面(8)的下直齒嚙合段，且後傾角為6～60度。
5．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於狹窄型導向面(5)沿齒高方向測量其值小於位於其上方的齒頂高度的1/6。
6．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於寬型導向面(6)沿齒高方向測量其值小於位於其上方的齒頂高度的全部但大於該齒頂高度的一半。
7．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於從齒根起測量的低型支承面(7)的高度大於寬型導向面的寬度，但小於從齒根(1)一直測量至屋頂面下邊緣的齒的高度的一半。
8．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於從齒根起測量的高型支承面(8)為齒高的一半。
9．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於齒頂製成對稱的或非對稱的。
10．如權利要求9所述的形態矩陣，其特徵在於齒頂由兩個屋頂面構成，它們要麼設計為兩個面均為平面(2)或者均為凸面(9)，要麼其中之一設計為平面而另一個設計為凸面。
11．如權利要求1所述的形態矩陣，其特徵在於所述屋頂面中的一個設計為基本上平行於齒縱向延伸的平面(11)，且另一屋頂面(10,12)相應地傾斜延伸，並與該第一個屋頂面一起形成一單坡屋頂型的屋頂形狀。
全文摘要
本發明涉及一種形態矩陣,它用於構成一尤其是在汽車變速箱齒輪上短嚙合齒的齒的截面形狀,其中短嚙合齒的齒制在一變速齒輪或一換檔接合套筒的圓柱段上,其軸線與換檔接合套筒的位移軸線相一致,且其中每一種齒輪具有一屋頂狀傾斜的齒頂以及朝著齒根(1)方向至少沿部分高度設計成後傾的齒側面(3)。該齒側面(3)終止於一齒根圓(4),所有齒或它們中按照一種有規律變換的模式確定的一部分,具有至少一種確定齒側面形狀的形態。
文檔編號F16D23/00GK1226952SQ98800681
公開日1999年8月25日 申請日期1998年2月12日 優先權日1997年3月21日
發明者彼得·古特曼, 喬格·陶謝克, 格爾德·韋斯曼 申請人:Blw精密鍛造有限責任公司