轴/轮毂装置 本发明涉及一种具有一用于传递扭矩的齿圈组件的轴/轮毂装置，该装置包括一具有轴齿圈的轴和一具有轮毂齿圈的轮毂，这两齿圈相互啮合。在一藉以导入扭矩的一轴柄的端部处设有轴齿圈，该轴齿圈地齿廓沿纵向按照一可变路线。
所述类型的轴/轮毂装置特别用于车辆的驱动系统中的驱动轴与万向接头部件之间转动的快速连接。
德国专利DE4415033C1描述了一种轴/轮毂装置，其特点是轴齿圈的齿廓在纵向方向可变，并且轴齿圈的齿高在伸出部连续降低。由于轴齿圈为渐开线齿形而轮毂齿圈为直齿齿形，故该两组齿圈之间为线接触。结果在该线接触上方和下方出现一齿面间隙。在轴齿圈的齿高短于线接触高度的伸出部，轴齿圈的齿和轮毂齿圈的齿并不相互接触。扭矩的导入引起伸出部的轴扭转，同时，轴齿圈的齿根不断增加与轮毂齿圈的齿面的轴向接触。从而减少了通常在齿圈组件的轴柄端部处的应力集中，而高应力值的部分则延伸至该齿圈组件的较大长度。这种轴/轮毂装置的缺点是伸出部只能通过另外的切屑形成加工过程产生。
法国专利FR1581658揭示了具有一组用于轴/轮毂装置的轴齿圈的轴，其特点是纵向方向的基圆直径和主直径均位于一圆锥上，齿高沿该齿圈组件的整个长度为恒定。基圆直径和主直径朝向导入扭矩的轴端增大。然而，无论通过轴向方向进给例如拉削或拉延，或是通过平行滚轧装置进行滚轧均不能产生上述类型的齿圈。而且，轮毂在轴上的轴向位置取决于圆锥的公差。在扁平开口角度外圆锥面的情况下，角度即使稍有偏差，对于轮毂的轴向位置也有很大影响。这在许多应用情况下是不能接受的。
本发明的目的在于提供一种轴/轮毂装置，其中，通过一给定扭矩使齿圈组件轴柄端处的应力尽可能低，并且其齿圈可通过简单生产方法生产。
上述发明目的是这样实现的，即：轴齿圈包括一沿纵向方向按照一恒定路线的主直径，并且轮毂齿圈包括一沿纵向方向按照一恒定路线的基圆直径；该齿圈组件包括至少两个轴向延伸部，其中，该轴齿圈的每个基圆直径按照一恒定路线，并且该轮毂齿圈的每个主直径按照一恒定路线；在每两个相邻部分中，面对轴柄的部分包括较大的轴齿圈的基圆直径和较大的轮毂齿圈的主直径；在每两个相邻部分中，面对轴柄的部分包括一轴齿圈的齿廓，该齿廓相应于相邻部分的头部，该头部形成齿廓的上部。
通过朝向轴柄的方向增加从一部分到另一部分的基圆直径，该轴的阻力矩变得更大。结果是减少了齿圈组件轴柄端部的应力。由于每两个相邻部分，面对轴柄的部分包括一轴齿圈的齿廓，该齿廓相应于相邻部分的头部，该头部形成齿廓的上部，因而在沿整个齿圈组件任何圆直径上的轮齿具有相同的齿厚，故可通过轴向方向进给的生产方法生产轴齿圈和轮毂齿圈。
一个实施例包括部分的数量不定延伸，故轴齿圈的基圆直径和轮毂齿圈的主直径沿纵向实际上位于一圆锥上。
按照一个较佳实施例，每两个相邻部分的齿廓较佳为，朝向离开轴柄的部分的轴齿圈的齿廓在形成相应于相邻部分齿廓的齿廓的上部的头部下方呈台阶式加宽；并且位于轴端部处部分的轴齿圈的齿面与在形成齿廓下部的仅仅一个轮齿基部的轮毂接合的齿面接触。除位于齿圈的轴柄端处的部分外，所有部分均包括轴齿圈的齿厚台阶。仅离开轴柄最远的部分的轴齿圈的、形成齿廓下部的基部与轮毂齿圈无间隙啮合。在所有剩下的部分中，轴齿圈的齿面均包括相对于轮毂齿圈的间隙。其结果，当导入扭矩时，轴在轴齿圈的齿面与轮毂接合的齿面不相互接触的那些部分可加以扭转，直至所有部分的齿面相互接触。由于轴齿圈的齿面在轴向齿圈在一增加的程度上与轮毂接合的齿面接触，将参与传递扭矩的部分延伸到该齿圈组件的一更大的长度。与一轴齿圈的基圆直径和轮毂齿圈的主直径沿该齿圈组件的整个长度恒定的齿圈组件相比，该实施例的特点是最大应力较低。
按照又一较佳实施例，设有多个过渡部分，其中，轴齿圈的基圆直径的值从一个相邻部分的基圆直径沿纵向到另一相邻部分的基圆直径按照一连续函数，轮毂接合的主直径的值从一个部分的主直径沿纵向到另一部分的主直径按照一连续函数。以这种方式可避免部分直径的锐边台阶。这就防止了由于凹槽作用而引起应力集中的缺点，并简化齿圈的生产。
按照一个实施例，可使轴齿圈的基圆直径的过渡部分和轮毂齿圈的主直径在一圆锥上延伸。
按照又一实施例，对于将轮毂轴向固定在轴上的目的，提出在轴齿圈中设置一环形槽而在轮毂齿圈中设置一相对的环形槽，这些环形槽结合起来容置尤其以一具有圆形截面的护圈的形式的轴向固定装置。为避免上述护圈因齿高太短而非故意地滑落，将该环形槽配置在离开轴柄最远的部分。以这种方式，可保证将具有圆形截面的护圈紧固地支承在环形槽的齿面上。轮毂相对于轴的轴向位置仅受到环形槽和轴向紧固装置公差的影响。
以下将参照附图对较佳实施例进行描述，其中：
图1为一通过本发明轴/轮毂装置的纵向剖面图。
图2为一通过图1的轴/轮毂装置的面对离开轴柄部分的剖面图。
图3为一通过图1的轴/轮毂装置的面对轴柄部分的剖面图。
图4为通过图1的轴/轮毂装置在部分9中的部分剖面图。
图5为通过图1的轴/轮毂装置在部分10中的部分剖面图。
图6为沿齿圈组件的长度延伸的应力曲线图。
图7为沿齿圈组件的长度的两条应力曲线图。
图1示出通过本发明轴/轮毂装置的纵向剖面的一部分，该装置包括一轴1，一轮毂2和一具有圆形截面的护圈3。该轴1包括一轴柄4，借以可将扭矩导入该轴/轮毂装置。而且，该轴1在面对离开轴柄4的轴端处包括轴齿圈5和一环形槽6。该轮毂2包括轮毂齿圈7和一环形槽8。由轴齿圈5和轮毂齿圈7组成的齿圈组件包括一第一部9、一第二部10和一过渡部11，轴齿圈的主直径系假定在所有三个部分中为恒定值Dw。轮毂齿圈的基圆直径在所有三个部分中也为恒定并具有值dn。面对离开轴柄4的第一部9具有长度L1，同时，轴齿圈5具有一基圆直径dw1，而轮毂齿圈7具有一主直径Dn1。
具有长度L2的第二部10面对轴柄4。在所述部10中，轴齿圈5具有一大于第一部9的基圆直径dw1的基圆直径dw2。轮毂齿圈7具有一大于第一部9的主直径Dn1的主直径Dn2。所述部9、10之间设有具有长度L3的过渡部11，在该过渡部11中，轴齿圈5的基圆直径和轮毂齿圈7的主直径沿纵向从第一部9至第二部10恒定增加，同时，基圆直径沿纵向从值dw1伸出至值dw2，而轮毂齿圈的主直径则从值Dn1伸出至值Dn2。在第一部9中设有通过圆形护圈3接合以将轮毂2相对于轴1轴向紧固的环形槽6、8。
图2示出一通过图1的轴/轮毂装置在第一部9中的剖面图。轴齿圈5的轮齿14包括凸出的齿面12，而轮毂齿圈7的轮齿15则为直齿面13。齿面12、13在节径DT部相互接触。轴齿圈5具有一为dw1的基圆直径和一为Dw的主直径。轮毂齿圈7具有一为dn的基圆直径和一为Dn1的主直径。
图3示出一通过图1的轴/轮毂装置在部分10中的剖面图。轴齿圈5的齿面23在节径DT部与轮毂齿圈7的齿面24接触。轮齿16、17的齿高在部分10中比按照图1的部分9中小。当轴齿圈5的主直径与轮毂齿圈7的基圆直径相同时，轴齿圈5的基圆直径和轮毂齿圈7的主直径每个在部分10中的值均大于按照图2的在部分9中的可比圆直径。轴齿圈5的轮齿16在节径DT与主直径Dw之间具有与按照图2的轮齿14相同的截面。在节径DT与基圆直径dn之间，轮毂齿圈7的轮齿17具有与按照图2的轮齿15相同的截面。
图4示出通过图1的轴/轮毂装置在部分9中的部分剖面图。轮毂齿圈7与图2中的轮毂齿圈相同。然而，轴齿圈5的轮齿18具有一从主直径至基圆直径呈台阶式扩大的截面，台阶21位于节径DT部。节径DT与基圆直径dw1之间的轮齿18的截面相应于图2中轮齿14的可比截面。故轴齿圈5的轮齿18的齿面20在节径DT部中与轮毂齿圈7的轮齿15的齿面13接触。轴齿圈5的轮齿18的齿面19在节径DT与主直径Dw之间不与轮齿15的齿面13接触。
图5示出通过图1的轴/轮毂装置在部分10中的部分剖面图。轮毂齿圈7与图3中的轮毂齿圈相同。轴齿圈5的轮齿22在节径DT与主直径Dw之间具有与图4中的轮齿18相同的截面。因此没有任何扭矩负载，齿面19和13相互不接触，从而当导入扭矩时允许轴1的扭转从某一扭矩值增加，直至该轴1被扭转到齿面19和13相互接触。
图6表示沿齿圈组件的长度延伸的应力曲线。曲线A为按照图2和3的本发明的轴/轮毂装置的应力曲线。曲线B为按照现有技术的齿圈组件的应力曲线，其中轮毂齿圈和轴齿圈的主直径和基圆直径均沿齿圈组件的整个长度恒定。
可以看到，两条应力曲线均从一在面对离开轴柄的齿圈组件端部处的低值处起连续提高至一最大值，然后略为下降。作为按照本发明的齿圈组件设计的一个结果，扭矩导入部中的最大应力值由于扭矩的阻力矩增加而低于曲线B的最大值。
图7表示沿齿圈组件的长度的两条应力曲线。曲线C为按照图4和5的轴/轮毂装置的应力曲线。曲线B为按照现有技术的齿圈组件的应力曲线，并与按照图6的曲线B相同。曲线C从一在面对离开轴柄的齿圈组件端部处的低值处起连续提高至一第一最大值，然后略为下降并再次提高至一第二最大值。两个最大值代表在按照图4和5的两个部分中的应力。由于导入扭矩被分配到所述两个部分，该两个最大值处的应力低于图6中曲线A的最大应力值。
参考标号表1轴2轮毂3带有圆形截面的护圈4轴柄5轴齿圈6环形槽7轮毂齿圈8环形槽9第一部10第二部11过渡部12齿面13齿面14轮齿15轮齿16轮齿17轮齿18轮齿19齿面20齿面21台阶22轮齿23齿面24齿面