圆柱齿轮组件与凸轮轴相位调节器的制作方法

1.本发明涉及传动领域。本发明特别涉及用于气门系统的凸轮轴相位调节器的圆柱齿轮组件以及具有该圆柱齿轮组件的凸轮轴相位调节器。


背景技术：

2.在用于车辆发动机的气门系统中，凸轮轴相位调节器用于相对往复式活塞内燃机的曲轴调节和定位凸轮轴的相对转角位置。在凸轮轴相位调节器、尤其在其外转子处设置有作为正时链轮的齿轮，正时链轮配合气门系统中的正时链条调节凸轮轴的相位。
3.然而由于零件公差和制造误差，正时链轮在链条的配对齿处会产生齿隙。这种齿隙会导致噪音的产生。尤其在转动方向频繁翻转的情况下，噪音问题尤为突出。因此，为了改善nvh(noise、vibration、harshness，即噪声、振动与声振粗糙度)性能，需要凸轮轴相位调节器的防反冲设计。
4.在德国专利申请文件de 10 2014 003 368 a1中公开了一种具有防反冲设计的凸轮轴相位调节器。该凸轮轴相位调节器的直齿轮组件包括用于与另一直齿轮相啮合的主齿轮和副齿轮，并且直齿轮组件包括提供在主齿轮和副齿轮之间的张紧力以将它们支撑在另一直齿轮处的一个张紧元件。在该方案中，张紧元件构造为开口式或者说c型的剪式弹簧。
5.这种剪式弹簧需通常由高强度的钢材弯曲成环形来制造，但是由于剪式弹簧的较大厚度以及为方便装配的开口设计，剪式弹簧制造困难并且使用寿命低且成本高。此外，在装配剪式弹簧时，需要撑大剪式弹簧的开口，并且在保持撑大开口的状态下将剪式弹簧置入安装槽并插入装配销，因此装配过程复杂，装配成本也很高。


技术实现要素：

6.因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种凸轮轴相位调节器，其具有改善的nvh特性以及较低的成本。
7.上述技术问题通过一种圆柱齿轮组件解决。圆柱齿轮组件包括主齿轮和补偿齿轮，其中，主齿轮和补偿齿轮同心布置且可以相对彼此转动。圆柱齿轮组件还包括多个张紧元件，其中，张紧元件具有沿自身纵向的弹性并且配置在主齿轮和补偿齿轮之间，以提供使得主齿轮和补偿齿轮相对彼此转动的张紧力。
8.在此，主齿轮和补偿齿轮具有共同的旋转轴线、即圆柱齿轮组件的旋转轴线。在本文范围内，除非有另外的教导，否则术语“轴向”、“径向”、“周向”和“切向”均基于上述共同的旋转轴线。
9.在此，主齿轮具有基体和位于基本的外周的齿部。主齿轮的基体和齿部可以分体式地制造或者一体式制造。补偿齿轮具有基体和位于基本的外周的齿部。补偿齿轮的基体和齿部可以分体式地制造或者一体式制造。优选地，主齿轮的齿部和补偿齿轮的齿部可以相同地构造。优选地，根据由该圆柱齿轮组件构建的传动机构，主齿轮的齿部和补偿齿轮的齿部可以构造为直齿部或斜齿部。
10.主齿轮和补偿齿轮用于共同地与另一齿部、即配对齿部相啮合，以构建传动机构。在此，配对齿部可以构造或形成在任何可能的部件处。有利地，配对齿部构造在另外的齿轮处，传动机构由此构成齿轮传动机构。有利地，配对齿部构造在齿条处，传动机构由此构成齿轮齿条传动机构。有利地，配对齿部形成在齿形链处，传动机构由此构成齿链传动机构。在这种情况下，圆柱齿轮组件例如可以构成凸轮轴相位调节器的链轮，又例如可以构成曲轴链轮。
11.通过主齿轮和补偿齿轮相对彼此的转动，主齿轮和补偿齿轮的齿部作为整体可以张紧在配对齿部的齿槽中，此时主齿轮和补偿齿轮分别抵靠配对齿部的齿槽的两侧，从而可以消除圆柱齿轮组件相对配对齿部的齿隙，进而改善了传动机构的nvh性能。
12.在此，张紧元件具有沿自身纵向的弹性。张紧元件例如大致呈直线型。通过在主齿轮和补偿齿轮之间张紧多个较短的基本呈直线型的张紧元件可以有利地提供使得主齿轮和补偿齿轮相对彼此转动的张紧力。在此，“多个”特别指至少两个。有利地，张紧元件关于圆柱齿轮组件的旋转轴线对称分布。优选地，张紧元件沿周向均匀分布。优选地，张紧元件沿切向布置。因此，借助根据本发明的方案，可以避免使用在背景技术部分中提及的高成本的剪式弹簧，而可以采用低成本的弹簧元件。由此，整体上降低了圆柱齿轮组件的成本并且降低了传动机构的成本。在此，张紧元件具有大量的实施方式。
13.优选地，张紧元件构造为螺旋弹簧。特别优选地，张紧元件构造为螺旋压缩弹簧。在此，可选地，螺旋弹簧的端圈并紧且磨平。可选地，螺旋弹簧的端圈并紧且不磨平。可选地，螺旋弹簧的端圈磨平且不并紧。可选地，螺旋弹簧的端圈不并紧且不磨平。由此张紧元件成本非常低。
14.备选地且优选地，张紧元件构造为片弹簧。在此，片弹簧尤其由弹簧片钢制成，其在片弹簧的纵向上容易弯曲，由此储能并提供纵向上的弹力。有利地，片弹簧的两端被弯曲为弧形。由此增大片弹簧与主齿轮和补偿齿轮的接触面积，降低局部的接触应力。同时，片弹簧与主齿轮和补偿齿轮的接触位置可以移动，以减小片弹簧的力矩，从而降低极限应力区域的应力。此外，更大的接触面积还改善了片弹簧在运行过程中的动态性能。
15.在一种优选的实施方式中，补偿齿轮构造为齿环，主齿轮构造有用于沿径向支承补偿齿轮的支撑环部。在此，主齿轮构的支撑环部尤其用作径向支撑补偿齿轮的滑动轴承，从而允许补偿齿轮、尤其补偿齿轮的齿部相对主齿轮、尤其主齿轮的齿部相对转动，从而能够使得主齿轮和补偿齿轮的齿部作为整体张紧在配对齿部的齿槽中，以改善传动机构的nvh性能。
16.优选地，主齿轮的支撑环部的外周和补偿齿轮的内周分别构造有用于张紧元件的相对应的容纳部。在此，相对应的容纳部是指：主齿轮的容纳部和补偿齿轮的容纳部共同地形成用于容纳张紧元件的容纳空间。共同形成的容纳空间优选匹配张紧元件的整体形状，例如，构造为直线型。在此，容纳部形成用于张紧元件的弹簧座。具体地，主齿轮的容纳部提供用于沿纵向支撑张紧元件的一个端部的支撑结构，补偿齿轮的容纳部提供用于沿纵向支撑张紧元件的另一个端部的支撑结构。优选地，支撑结构匹配张紧元件的端部构造，由此可以稳定地将张紧元件张紧在主齿轮和补偿齿轮之间。通过这种设计，可以提供用于张紧元件的非常简便的装配方法，即在将补偿齿轮套设在主齿轮的支撑环部处并且形成容纳空间后，首先将张紧元件以空载状态放置到容纳容纳空间中；然后使主齿轮和补偿齿轮相对转
动，以使分别构造在主齿轮和补偿齿轮上的定位孔对齐；之后插入装配销，以固定主齿轮和补偿齿轮的相对位置。在主齿轮和补偿齿轮相对转动时，张紧元件存储弹性势能。当圆柱齿轮组件或者传动机构完成装配，例如当凸轮轴相位调节器安装在车辆发动机上后，可以将装配销拉出并由此释放张紧元件。此时，主齿轮和补偿齿轮在弹簧力的作用下相对转动，从而消除了相对配对齿部的齿隙，并由此降低噪音。
17.特别优选地，主齿轮和补偿齿轮的容纳部构造为朝向圆柱齿轮组件的同一轴向侧开口的容纳槽。在此，容纳槽可以构造在主齿轮和补偿齿轮的轴向端面处。容纳槽可以在例如通过金属粉末成型工艺制造主齿轮和补偿齿轮时一体地构造。
18.在此，有利地，圆柱齿轮组件还包括用于防止张紧元件脱落的锁止件。锁止件尤其封闭由主齿轮和补偿齿轮的容纳槽共同地构建的敞口的容纳空间，由此防止张紧元件从容纳空间中脱落。优选地，锁止件构造为片状元件，从而不会或较少地影响圆柱齿轮组件的轴向尺寸。
19.特别有利地，锁止件构造为开口式的锁止环并且安装在主齿轮的支撑环部处。例如，可以在支撑环部的外周构造环形槽，开口式的锁止环可以容易地卡入环形槽，以至少实现锁止件的轴向固定。
20.特别有利地，还可以设置有用于开口式的锁止环的防旋转机构。例如，可以在主齿轮和/或补偿齿轮设置轴向凸出部，轴向凸出部在圆柱齿轮组件完成装配后可以伸入到锁止环的开口中，以防止锁止环旋转，进而避免了在特别情况下张紧元件从锁止环的开口中脱离。
21.上述技术问题还可以通过一种凸轮轴相位调节器解决，凸轮轴相位调节器包括具有上述实施方式的特征的圆柱齿轮组件。凸轮轴相位调节器用于车辆的气门系统。在此，圆柱齿轮组件尤其可以构成凸轮轴相位调节器的链轮，圆柱齿轮组件的配对齿部在此形成在齿形链处，由此构建正时链条传动机构。在此，优选地，凸轮轴相位调节器可以设计为电动式凸轮轴相位调节器。备选地，凸轮轴相位调节器也可以设计为液压式凸轮轴相位调节器。
22.借助在此阐述的圆柱齿轮组件，有利地减少或消除了传动机构中尤其在反冲期间的齿隙，从而设置有该圆柱齿轮组件的器件、例如凸轮轴相位调节器以及相应的传动机构、例如正时链条传动机构均能够有利地改善nvh性能。此外，借助在此阐述的圆柱齿轮组件方案，一方面可以采用成本较低的张紧元件，另一方面可以简化张紧元件的装配工序，进而总体上降低了器件或者传动机构的成本。
附图说明
23.下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：
24.图1是根据第一实施方式的圆柱齿轮组件的主视图，
25.图2是根据图1的圆柱齿轮组件的沿剖面a-a剖切所得的剖视图，
26.图3是根据图1的圆柱齿轮组件的主齿轮的立体图，
27.图4是根据图1的圆柱齿轮组件的补偿齿轮的立体图，
28.图5是根据图1的圆柱齿轮组件在一个装配状态下的视图，
29.图6是根据图1的圆柱齿轮组件在另一个装配状态下的视图，
30.图7是根据第二实施方式的圆柱齿轮组件的主视图，
31.图8是根据图7的圆柱齿轮组件的沿剖面a-a剖切所得的剖视图，
32.图9是根据图7的圆柱齿轮组件的主齿轮的立体图，
33.图10是根据图7的圆柱齿轮组件的补偿齿轮的立体图，
34.图11是根据图7的圆柱齿轮组件在一个装配状态下的视图，以及
35.图12是根据图7的圆柱齿轮组件在另一个装配状态下的视图。
具体实施方式
36.图1示出了根据第一实施方式的圆柱齿轮组件的主视图。图2示出了根据图1的圆柱齿轮组件的沿剖面a-a剖切所得的剖视图。圆柱齿轮组件可以构成为凸轮轴相位调节器、尤其电动式凸轮轴相位调节器的链轮。
37.结合图1和图2可见，圆柱齿轮组件包括同心布置的主齿轮11和补偿齿轮12。在此，主齿轮11具有基体和位于基本的外周的齿部112。补偿齿轮12在此构造为齿环并且具有基体和位于基本的外周的齿部122。主齿轮11的齿部112和补偿齿轮12的齿部122在此构造为直齿部。主齿轮11的齿部112和补偿齿轮12的齿部122具有重合的齿根圆和齿顶圆。主齿轮11的基体具有沿轴向伸出的支撑环部，支撑环部用作滑动轴承地沿径向支撑补偿齿轮12，由此允许主齿轮11和补偿齿轮12之间的相对转动。
38.圆柱齿轮组件还包括沿周向分布的多个张紧元件。张紧元件在本实施方式中构造为螺旋压缩弹簧14。螺旋压缩弹簧14具有沿自身纵向的弹性并且被分别沿周向张紧在主齿轮11和补偿齿轮12之间。在本实施方式中，圆柱齿轮组件包括七个螺旋压缩弹簧14。在其他实施方式中，螺旋压缩弹簧的个数可以按需调整。
39.图3示出了根据图1的圆柱齿轮组件的主齿轮11的立体图。图4示出了根据图1的圆柱齿轮组件的补偿齿轮12的立体图。
40.如图3和图4所示，主齿轮11的支撑环部的外周构造有用于螺旋压缩弹簧14的容纳槽111，补偿齿轮12的内周构造有用于螺旋压缩弹簧14的容纳槽121。容纳槽111、121可以在例如通过金属粉末成型工艺制造主齿轮11和补偿齿轮12时一体地构造在主齿轮11和补偿齿轮12的轴向端面处。在将补偿齿轮12套置在主齿轮11的支撑环部后，容纳槽111和补偿齿轮12的容纳槽122共同地形成用于容纳螺旋压缩弹簧14的长方体形状的容纳空间。
41.容纳槽111、121分别形成用于螺旋压缩弹簧14的弹簧座，即分别提供沿螺旋压缩弹簧14的纵向支撑螺旋压缩弹簧14的支撑结构。在本实施方式中，如图3和图4所示，容纳槽111、121的支撑结构匹配螺旋压缩弹簧14的端部地构造为平面式的支撑面。在将螺旋压缩弹簧14放置到容纳空间后，如图1所示，在螺旋压缩弹簧14的两端借助平面式的支撑面得到稳定的支撑。
42.圆柱齿轮组件还包括用于防止螺旋压缩弹簧14脱落的锁止件。如图1和图2所示，在本实施方式中，锁止件构造为片状的开口式的锁止环13。在主齿轮11的支撑环部的外周构造有环形槽，锁止环13卡入环形槽，由此轴向固定锁止环13。在本实施方式中，还在补偿齿轮12的轴向端面设置轴向凸出部26，轴向凸出部26在圆柱齿轮组件完成装配的情况下伸入到锁止环13的开口中，以防止锁止环13旋转，进而避免了在特别情况下螺旋压缩弹簧14从锁止环13的开口中脱落的情况。
43.借助根据本实施方式的圆柱齿轮组件，可以采用低成本的螺旋压缩弹簧14并且可
以简化张紧元件、在此螺旋压缩弹簧14的装配过程。
44.下面借助示出圆柱齿轮组件的不同装配状态的图示、即图5和图6具体说明该装配步骤。在此需说明的是，为清楚起见，在图5和图6中未示出锁止件，并且以下描述步骤不限定锁止件的装配工序。张紧元件的装配步骤如下：
45.首先，在将补偿齿轮12套设于主齿轮11的支撑环部并形成容纳空间后，将螺旋压缩弹簧14以空载状态放置到容纳空间中，由此得到圆柱齿轮组件的如图5所示的装配状态的视图。
46.然后，使主齿轮11和补偿齿轮12相对转动、尤其转动补偿齿轮12以使其相对主齿轮11转动，从而使分别构造在主齿轮11和补偿齿轮12上的定位孔对齐。接下来插入装配销15，以固定主齿轮11和补偿齿轮12的相对位置。该装配状态由在图6中的圆柱齿轮组件的装配状态的视图示出。
47.在主齿轮11和补偿齿轮12相对转动时，螺旋压缩弹簧14存储弹性势能。当将凸轮轴相位调节器安装在车辆发动机上后，可以将装配销15拉出，由此释放螺旋压缩弹簧14。此时，主齿轮11和补偿齿轮12在弹簧力的作用下相对转动，从而消除了相对齿型链的配对齿部的齿隙，并由此改善了nvh特性。
48.图7示出了根据第二实施方式的圆柱齿轮组件的主视图。图8示出根据图7的圆柱齿轮组件的沿剖面a-a剖切所得的剖视图。
49.如图7和图8所示，根据第二实施方式的圆柱齿轮组件类似于根据第一实施方式的圆柱齿轮组件。下面仅说明两个实施方式中的圆柱齿轮组件的不同之处。
50.在本实施方式中，张紧元件构造为片弹簧24。片弹簧24例如由弹簧钢制成，其在片弹簧24的纵向上容易弯曲，由此可以储能并提供沿其纵向的弹力。片弹簧24在中间区段如图11和图12所示地具有曲度。根据本实施方式的片弹簧24的两端被弯曲为弧形。
51.图9示出了根据图7的圆柱齿轮组件的主齿轮21的立体图。图10示出了根据图7的圆柱齿轮组件的补偿齿轮22的立体图。尤其如图9和图10所示，主齿轮21的容纳槽211和补偿齿轮22的容纳槽221分别匹配片弹簧24的形状地构造。特别地，容纳槽211、221的分别提供沿片弹簧24的纵向来支撑片弹簧24的支撑结构在此均构造为匹配片弹簧24的两端的弧形支撑面。
52.根据本实施方式的片弹簧24成本低并且其形状易于加工，因此可以通过更改片弹簧的几何形状来适应不同的空间需求、例如减少的空间需求。此外，通过片弹簧24的端部的弧形设计，片弹簧24在圆柱齿轮组件装配以及运行过程中的张紧作用更加稳固和平稳，改善了片弹簧在运行过程中的动态性能，并且片弹簧24的接触应力也较低。另外，通过改变片弹簧24的数量和片弹簧24的几何形状可以满足不同的弹簧力需求，从而圆柱齿轮组件具有更高的设计灵活性。
53.图11示出了第二实施方式的圆柱齿轮组件在一个装配状态下的视图。图12示出了第二实施方式的圆柱齿轮组件在另一个装配状态下的视图。片弹簧24的装配步骤可以如同第一实施方式的螺旋压缩弹簧的装配方式进行。在此，片弹簧24的装配步骤可参照在第一实施方式中的装配步骤描述。
54.虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。
此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。
55.附图标记列表
56.11
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主齿轮
57.111
ꢀꢀꢀ
容纳槽
58.112
ꢀꢀꢀ
齿部
59.12
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补偿齿轮
60.121
ꢀꢀꢀ
容纳槽
61.122
ꢀꢀꢀ
齿部
62.13
ꢀꢀꢀꢀ
锁止件
63.14
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张紧元件；螺旋弹簧
64.15
ꢀꢀꢀꢀ
装配销
65.21
ꢀꢀꢀꢀ
主齿轮
66.211
ꢀꢀꢀ
容纳槽
67.212
ꢀꢀꢀ
齿部
68.22
ꢀꢀꢀꢀ
补偿齿轮
69.221
ꢀꢀꢀ
容纳槽
70.222
ꢀꢀꢀ
齿部
71.23
ꢀꢀꢀꢀ
锁止件
72.24
ꢀꢀꢀꢀ
张紧元件；片弹簧
73.25
ꢀꢀꢀꢀ
装配销