具有雙螺旋齒的行星齒輪變速器的製作方法

2023-11-06 11:42:57 2

專利名稱：具有雙螺旋齒的行星齒輪變速器的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及動力變速器，具體地涉及具有螺旋齒輪齒的行星齒輪組。
背景技術：
由於關聯於正齒輪(spur gear)操作的噪音，通常汽車變速器的齒輪總成包括 螺旋齒輪裝置以提供更安靜的操作。然而，關聯於螺旋行星齒輪組的認識到的一個設 計約東是在配合的齒輪齒之間傳遞扭矩的切向載荷(tangential loads )的軸向推力 分力。軸向分力由配合的齒輪齒的螺旋角造成。
在行星齒輪單元中，太陽輪和環齒輪與每個行星小齒輪嚙合。由於行星小齒輪的 兩個嚙合處在接觸線上的相反的軸向上施加到每個行星小齒輪的推力載荷會在每個 行星小齒輪上引起傾覆力矩。傾覆力矩的反作用造成附加的軸承載荷，以及增加了滾 針的端部載荷的可能性，在滾針上每個小齒輪支撐在其小齒輪軸上。附加的載荷減少 了軸承壽命。在一些情況中，即使齒輪壽命是足夠的，也附加小齒輪到總成中以提高 軸承壽命。
軸向力造成行星齒輪總成的內部和外部的其他構件的不必要的載荷。在總成中， 傾覆力矩造成的軸向/力矩載荷對軸承、墊圈、小齒輪軸、齒輪架表面、小齒輪孔產 生不利影響。附加到大多數變速器總成上以反作用於推力載荷的多個推力軸承增加了 總成所要求的裝配空間。
此外，必須在總成的外部對推力載荷施加反作用，從而要求使用昂貴的外部推力 軸承。這些要求增加了變速器總成的製造和裝配成本且增加了總成的長度，變速器總 成的長度在具有前輪驅動的車輛中尤為重要，在前輪驅動的車輛中變速器和發動機相 對於車輛的縱軸是在橫向上設置的。
在汽車工業中，眾所周知人字齒輪可以用來處理關聯於常規的螺旋齒輪裝置的推 力載荷。因為人字齒輪/雙螺旋齒輪製造困難且成本較高，以及難於裝配，在汽車傳 動系、變速器或分動箱中很少使用。
需要一種技術，在變速器總成中能夠限制和避免使用推力軸承並消除推力載荷在 行星齒輪變速器行星小齒輪中引起的傾覆力矩，還能保持關聯於螺旋齒輪齒的安靜的 齒輪操作。

發明內容
行星齒輪組包括太陽輪，太陽輪包括具有第一螺旋角的第一組齒輪齒和與第一組 齒輪齒形成一體且具有相對於第一螺旋角方向相反的第二螺旋角的第二組齒輪齒；環 齒輪，環齒輪包括具有第三螺旋角的第三組齒輪齒，及具有相對於第三螺旋角方向相 反的第四螺旋角的第四組齒輪齒；及行星小齒輪，每個行星小齒輪包括具有第五螺旋 角的第五組齒輪齒，及與第五組齒輪齒形成為一體且具有相對於第五螺旋角方向相反 的第六螺旋角的第六組齒輪齒。
在行星小齒輪上每個嚙合處形成的軸向分力或推力大小相等且方向相反。在一個 嚙合處在每個行星小齒輪上形成的推力分力在相應的行星小齒輪中被在相應的行星 小齒輪上的另一個嚙合處形成的推力分力抵消。因此，在任何行星小齒輪上基本上沒 有不平衡的淨推力分力，這樣的力要求使小齒輪保持結構平衡的反作用力，且在小齒 輪上不需要提供反作用力。
類似地，在每個嚙合處形成的軸向分力引起的傾覆力矩在相應的小齒輪中被在相 應的行星小齒輪上的另一個嚙合處形成的傾覆力矩抵消。因此，在任何行星小齒輪上 基本上沒有不平衡的淨傾覆力矩，這樣的力矩要求使小齒輪保持結構平衡的反作用力 矩。從而，由於消除了嚙合螺旋角的軸向載荷分量造成的傾覆力矩，在小齒輪軸上支 撐相應小齒輪的軸承減少了載荷，也減少了端部載荷的風險。
相比較於具有相同最大扭矩的那些常規行星齒輪組，該齒輪組的尺寸較小且重量 較輕，此外噪音、振動、不平穩性也優於常規行星齒輪組。而製造和裝配該齒輪組的 成本低於那些常規行星齒輪組。
參考本文的詳細說明、權利要求、及附圖，優選實施例的應用範圍將是顯而易見 的。應理解說明和具體的示例，儘管指示了本發明的優選的實施例，但僅給出用於演 示。對描述的實施例和示例的改變和修改對於本領域技術人員是顯而易見的，如簡單 和複雜的拉威挪式(Ravigneaux)齒輪架。
參考附圖，根據優選實施例的詳細說明，這些和其他的優點對於本發明技術人員 將是顯而易見的。


圖1是行星齒輪變速器齒輪組的局部截面圖2是具有兩個螺旋齒輪齒組的太陽輪的側視圖3是示出圍繞太陽輪的軸彼此偏置的齒輪齒組的圖2的太陽輪的側視圖； 圖4是示出圍繞小齒輪的軸彼此偏置的小齒輪齒組的行星小齒輪和小齒輪軸的 側視圖5是示出與太陽輪和環齒輪的齒接合的小齒輪齒的透視圖； 圖6是環齒輪的第一部分的透視側視圖； 圖7是環齒輪的第二部分的透視側視圖；及
圖8是如圖1的變速器所示的已裝配的第一環齒輪部分和第二環齒輪部分的透視
側視圖。
具體實施例方式
現參考圖1,行星齒輪變速器IO包括具有包含輸入軸14、輸出軸16及行星齒輪 總成18的殼體l2。齒輪總成18包括太陽輪20、環齒輪22、齒輪架24、及支撐在齒 輪架上且與太陽輪和環齒輪嚙合的一組行星小齒輪26。每個行星小齒輪26通過軸承 28支撐用於在固定到齒輪架24的小齒輪軸30上旋轉。每個小齒輪軸30在齒輪架24 上與其他的小齒輪軸圍繞中軸32成角度地間隔，但這種間隔不必均勾地圍繞軸32。 齒輪架24通過花鍵34傳動連接到輸入軸14,環齒輪22通過盤36傳動連接到輸出 軸16。
螺旋線是圍繞圓柱或圓錐的外表面並在圍繞圓柱或圓錐的外表面時沿著圓柱或 圓錐的軸均勻地行進的曲線，螺旋角是在任何點上螺旋線的直切線與圓柱或圓錐中的 元素，如垂直於軸的徑向平面或平行於軸的徑向平面相交的夾角。
圖2示出包括形成有彼此方向相反的螺旋線的兩組齒輪齒的太陽輪20和將太陽 輪20連接到結構部件或環48的花鍵齒46,兩組齒輪齒中第一組齒輪齒40具有右螺 旋線和位於環形槽44的右側上的齒寬(face width),第二組齒輪齒42具有位於環 形槽44的左側的左螺旋線。環形槽44允許形成齒輪齒40、 42的成形器/切割器行進 通過一組螺旋齒並在到達另一組螺旋齒之前停止。環形槽44的寬度是可調節的，在 一些情況下，取決於製造方法，可以不要求使用環形槽44。
太陽輪20是集成單元，即沒有任何連接，如組成構件之間的機械連接、摩擦接 合、過盈配合或化學粘接的整體形成的單一構件。優選地太陽輪20形成為燒結粉末 金屬的集成單元。
圖3示出齒輪齒40均勾地圍繞太陽輪20的軸32相對於齒輪齒42優選地偏移 (index)或偏置半個齒距(tooth pitch)。在兩組齒輪齒40、 42之間的齒距偏置 可以均勻地圍繞軸32,但不同於半個齒距，或齒輪齒組40、 42可以彼此對準而沒有 齒距偏置。
圖4示出每個行星小齒輪26也是集成的齒輪，包括形成有彼此方向相反的螺旋 線的兩組齒輪齒，第一組齒輪齒50具有左螺旋線，第二組齒輪齒52具有右螺旋線。 較短的環形槽54位於齒輪齒50和齒輪齒52之間。齒輪齒組50與太陽輪20上的齒 輪齒組40嚙合和接合，齒輪齒組52與太陽輪上的齒輪齒組42嚙合和接合。
每個小齒輪26是集成單元，即整體形成的沒有任何連接，如在組成部件之間的 機械連接、摩擦接合、過盈配合或化學粘接的單一構件。優選地，每個行星小齒輪 26形成為燒結粉末金屬的集成單元。
圖4示出齒輪齒50均勻地圍繞小齒輪26的軸56相對於齒輪齒52優選地偏移或 偏置半個齒距。在兩組齒輪齒50、 52之間的齒距偏置可以均勻地圍繞軸56,但不同
於半個齒距，或齒輪齒組50、 52可以彼此對準而沒有齒距偏置。
類似地，圖1示出環齒輪22,環齒輪22包括形成有彼此反向的螺旋線的兩組齒 輪齒，第一組齒輪齒60具有左螺旋線和位於環形槽62的右側上的齒寬，第二組齒輪 齒64具有位於環形槽64的左側的右螺旋線。優選地，環齒輪22由燒結粉末金屬形 成。
環齒輪22的第一組齒輪齒60均句地圍繞環齒輪26的軸32相對於第二組齒輪齒 64優選地偏移或偏置半個齒距。在兩組齒輪齒60、 64之間的齒距偏置可以均勾地圍 繞軸32，但不同於半個齒距，或齒輪齒組60、 64可以彼此對準而沒有齒距偏置。齒 輪齒組50與環齒輪22上的齒輪齒組62嚙合和接合，齒輪齒組52與太陽輪上的齒輪 齒組62嚙合和接合。
圖5示出與太陽輪20和環齒輪22嚙合的行星小齒輪26。小齒輪齒組50與太陽 輪20的齒輪齒40嚙合且與環齒輪22的齒輪齒60嚙合。齒輪齒組52與太陽輪20的 齒輪齒42嚙合且與環齒輪22的齒輪齒64嚙合。
如圖6至圖8所示，環齒輪22形成有兩個部分形成有螺旋齒組60的內齒輪的 第一環齒輪部分70,及形成有螺旋齒組64的內齒輪的第二環齒輪部分74。
第一環齒輪部分70的環形圓簡82的外表面形成有一系列圍繞軸32成角度間隔 的、徑向齒輪齒78及徑向槽80,每個徑向槽80位於相鄰的兩個齒輪齒78之間。
圓簡82從徑向槽80和徑向齒78沿著軸32延伸到一系列軸向齒輪齒84和間隔 86,每個間隔位於相鄰的齒輪齒84之間並具有開放的軸向端部。每個齒輪齒84的廓 線是具有在軸32方向上的軸向表面88、從表面82的軸向邊緣92延伸並在軸向上和 周向上傾斜的表面90、及在每個齒輪齒84的底部連接表面88和表面90的周向表面 92的梯形。
第二環齒輪部分74的環形圓簡100的外表面形成有一系列圍繞軸32成角度間隔 的軸向齒輪齒102和軸向凹口 104。每個凹口 104的廓線與在第一環齒輪部分70上 的每個齒輪齒84的廓線互補，並具有在齒輪齒84在軸向上插入到凹口 104中時用於 接收齒輪齒84的開放的端部106。類似地，每個軸向齒輪齒102的廓線與第一環齒 輪部分70上的每個軸向間隔86的廓線互補。優選地，凹口 104的數目等於齒輪齒 84的數目，間隔86的數目等於齒輪齒102的數目，每個軸向凹口 104與相應的軸向 齒輪齒84對齊，每個軸向間隔86與相應的軸向齒輪齒102對齊。當凹口104、間隔 86與齒輪齒84、齒輪齒102彼此接合時，在環齒輪22的部分70和部分74之間形成 傳動連接。該連接在部分70和部分74之間提供扭矩連貫性，允許彼此分離，且若使 用齒距偏置，該連接偏移以便齒輪齒組50和60以及齒輪齒組52和64以合適的齒距 偏置接合。
圖7示出位於環齒輪部分70的間隔86中並與其接合的環齒輪74上的齒輪齒102, 及位於環齒輪部分74上的凹口 104中並與其接合的環齒輪部分70上的齒輪齒84。
6
螺旋齒輪齒組40、 50、 60的左螺旋角或右螺旋角相對於相應的螺旋齒輪齒組42、 52、 64的左螺旋角或右螺旋角是反向的，且有相位差或偏移，即周向上彼此偏置。 例如，若齒輪齒40的螺旋角為右旋，則齒輪組42的螺旋方向為左旋。小齒輪26的 螺旋齒輪齒50相對於小齒輪26的螺旋齒輪齒52在周向上偏移半個齒距，太陽輪20 的螺旋齒輪齒40相對於太陽輪20的螺旋齒輪齒42在周向上偏移半個齒距。類似地， 環齒輪22的螺旋齒輪齒60相對於環齒輪22的螺旋齒輪齒64在周向上偏移半個齒距。
由於行星小齒輪26的齒輪齒50、 52與環齒輪22和太陽輪20接合，傳遞到行星 小齒輪26的齒輪齒50、 52的軸向力或推力分力大小相等且方向相反。例如，在行星 小齒輪26的每組齒輪齒50、 52上的推力分力在相應的行星小齒輪中被在相應的行星 小齒輪上的另一組齒輪齒上形成的推力分力抵消。因此，在任何行星小齒輪上基本上 不存在不平衡的淨推力分力，這樣的力要求使小齒輪保持結構平衡的反作用力，且不 需要在小齒輪26上提供反作用力。
類似地，傳遞到小齒輪26的每個齒輪齒組50、 52的由推力分力引起的任何傾覆 力矩在相應的小齒輪中被傳遞到相應的行星小齒輪上的其他的齒輪組的傾覆力矩抵 消。因此，基本上沒有不平衡的淨傾覆力矩施加到任何行星小齒輪20上，這樣的力 矩要求使小齒輪保持結構平衡的反作用力矩。因此，在小齒輪軸30上支撐小齒輪26 的軸承實際上沒有由於在小齒輪上不平衡的傾覆力矩而產生的端部載荷。
太陽輪20和環48通過液動制動器120交替地固定在殼體12上防止旋轉和放開， 液動制動器120由伺服機構122驅動，伺服機構122包括液壓缸124、位於液壓缸中 的活塞126、用於使活塞保持在圖1的分離的位置的復位彈簧128、及交替地使液壓 缸加壓或洩壓的液壓管路130。當通過液壓缸124中的液壓壓力接合液動制動器120 時，活塞使固定到液壓缸134、環48及太陽輪20的摩擦盤132和固定到殼體12的 壓力板136彼此摩擦接觸。當液動制動器120分離時，彈簧128使活塞126向左受力， 允許摩擦盤132和壓力板136彼此分離。
類似地，太陽輪20和環48到變速器10的另一個構件138的傳動連接通過液動 離合器140交替地斷開和閉合，液動離合器140通過伺服機構142驅動，伺服機構 142包括液壓缸134、位於液壓缸中的活塞146、用於使活塞回到在圖1的分離的位 置的復位彈簧148、及交替地使液壓缸加壓和洩壓的液壓管路1"。當通過液壓缸I" 中的液壓壓力接合離合器140時，活塞使固定到構件138的摩擦盤1S2和固定到環 48和太陽輪20的壓力板136彼此摩擦接觸。當離合器140分離時，彈簧H8使活塞 146向左受力，允許摩擦盤1W和壓力板1M彼此分離。
根據一方面，行星齒輪組包括安裝用於圍繞軸旋轉的太陽輪，太陽輪包括具有第 一螺旋角的第一組齒輪齒和與第一組齒輪齒形成一體且具有相對於第一螺旋角方向 相反的第二螺旋角的第二組齒輪齒；具有第一部分和第二部分的環齒輪，第一部分包 括具有第三螺旋角的第三組內齒輪齒和每個圍繞軸隔開且沿著軸延伸的第一離合器
齒，第二部分包括具有相對於第三螺旋角方向相反的第四螺旋角的第四組內齒輪齒和
圍繞軸隔開且可由第一離合器齒接合的第二離合器齒；齒輪架；及在齒輪架上支撐用 於旋轉且與太陽輪和環齒輪接合的行星小齒輪，每個小齒輪包括具有第五螺旋角的第 五組齒輪齒，及與第五組齒輪齒形成一體且具有相對於第五螺旋角方向相反的第六螺 旋角的第六組齒輪齒。
在上述齒輪組的一個實施例中，第一組齒輪齒相對於第二組齒輪齒在周向上偏移 半個齒距。在另一個實施例中，第三組齒輪齒相對於第四組齒輪齒在周向上偏移半個 齒距。還在另一個實施例中，每個行星小齒輪的第五組齒輪齒相對於第六組齒輪齒在 周向上偏移半個齒距。還在另一個實施例中，第一組齒輪齒和第二組齒輪齒用粉末金 屬形成且形成一體而沒有機械連接或粘接。還在另一個實施例中，第三組齒輪齒和第 四組齒輪齒用粉末金屬形成且形成一體而沒有機械連接或粘接。還在另一個示例中， 環齒輪用粉末金屬形成。
根據專利法條款，已描述了優選的實施例。然而，應注意，也可以實施與具體示 出和描述的實施例不同的替代實施例。
權利要求
1. 一種行星齒輪組，包括:太陽輪，所述太陽輪包括具有第一螺旋角和第一螺旋角方向的第一組齒輪齒，及與所述第一組齒輪齒形成為一體且具有第二螺旋角和與所述第一螺旋角方向相反的方向的第二組齒輪齒；環齒輪，所述環齒輪包括具有第三螺旋角和第三螺旋角方向的第三組齒輪齒，及具有第四螺旋角和與所述第三螺旋角方向相反的方向的第四組齒輪齒；齒輪架；及行星小齒輪，所述行星小齒輪在所述齒輪架上支撐用於旋轉且與所述太陽輪和所述環齒輪接合，每個行星小齒輪包括具有第五螺旋角和第五螺旋角方向的第五組齒輪齒，及與所述第五組齒輪齒形成為一體且具有第六螺旋角和與所述第五螺旋角方向相反的方向的第六組齒輪齒。
2. 如權利要求l所述的齒輪組，其特徵在於，所述第一組齒輪齒相對於所述第二組齒輪齒在周向上偏移半個齒距。
3. 如權利要求1所述的齒輪組，其特徵在於，所述第三組齒輪齒相對於所述第 四組齒輪齒在周向上偏移半個齒距。
4. 如權利要求1所述的齒輪組，其特徵在於，所述每個行星小齒輪的第五組齒 輪齒相對於所述第六組齒輪齒在周向上偏移半個齒距。
5. 如權利要求1所述的齒輪組，其特徵在於，所述第一組齒輪齒和所述第二組 齒輪齒由粉末金屬形成且形成為一體而沒有機械連接或粘接。
6. 如權利要求1所述的齒輪組，其特徵在於，所述每個行星小齒輪的第五組齒 輪齒和第六組齒輪齒由粉末金屬形成且形成為一體而沒有機械連接或粘接。
7. 如權利要求1所述的齒輪組，其特徵在於，所述環齒輪由粉末金屬形成。
全文摘要
本發明涉及一種具有雙螺旋齒的行星齒輪變速器。行星齒輪組包括太陽輪，太陽輪包括具有螺旋角的第一組齒輪齒和與第一組齒輪齒形成為一體且具有相對於第一螺旋角方向相反的第二螺旋角的第二組齒輪齒；環齒輪，環齒輪包括具有第三螺旋角的第三組齒輪齒，及具有相對於第三螺旋角方向相反的第四螺旋角的第四組齒輪齒；及行星小齒輪，每個行星小齒輪包括具有第五螺旋角的第五組齒輪齒，及與第五組齒輪齒形成為一體且具有相對於第五螺旋角方向相反的第六螺旋角的第六組齒輪齒。
文檔編號F16H3/44GK101377230SQ20081021583
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月26日 優先權日2007年8月27日
發明者小約翰·D·埃米裡奧, 格雷格·D·加德納, 約翰·W·吉姆斯, 詹姆士·拉特爾, 馬修·T·特倫特, 馬克·W·羅瑟洛特 申請人:福特環球技術公司