紧凑型行星差速器的制作方法

参引并入

以下文献的全部内容通过参引并入本文，就像在本文中完全阐述一样：2017年5月16日提交的美国非临时专利申请no.15/596,400。

本发明涉及用于机动车辆的驱动系领域，并且具体地涉及差速器。

背景技术：

机动车辆通常包括具有诸如内燃发动机之类的主驱动器的驱动系，该主驱动器与变速器配对以提供从发动机至驱动轮的不同的齿轮传动比。通常，变速器连接至差速器，该差速器将扭矩从变速器传递至输出轴，其中，差速器对附接至输出轴的车轮的例如在转弯期间出现的不同旋转速度进行补偿。

还已知差速器呈直齿轮差速器和锥齿轮差速器两种形式。与锥齿轮差速器相比，直齿轮差速器提供了差速器在输出轴线的方向上的轴向长度大幅度减小的优点。直齿轮差速器利用连接至行星齿轮承载架的直齿轮，该行星齿轮承载架自身由变速器输出装置驱动并且该行星齿轮承载架经由与行星齿轮接合的太阳齿轮来驱动输出轴。此处第一组行星齿轮与第一太阳齿轮相关联，并且第二组行星齿轮与第二太阳齿轮相关联，其中，第一行星齿轮和第二行星齿轮还经由第一组行星齿轮与第二组行星齿轮轴向重叠并接合而相互啮合。两组行星齿轮的齿数是相等的，并且第一太阳齿轮的齿数和第二太阳齿轮的齿数也是相等的。通常，第一太阳齿轮的齿布置在齿顶圆上，该齿顶圆的齿顶圆直径与其上布置有第二太阳齿轮的齿的齿顶圆的齿顶圆直径不同，使得第一组行星齿轮仅与第一太阳齿轮啮合并且第二组行星齿轮仅与第二太阳齿轮啮合。这种直齿轮差速器从us8,480,532已知，us8,480,532由本发明的受让人拥有，并且us8,480,532的全部内容通过参引并入本文，就像在本文中完全阐述一样。

关于直齿轮差速器的其他实验已经由本发明的受让人的前任与慕尼黑技术大学的齿轮研究中心和通用汽车动力系统德国有限公司一起进行，其中，太阳齿轮被设置为与行星齿轮接合的具有内环齿的齿轮。

锥齿轮差速器包括承载架，一对驱动锥齿轮安装在该承载架中，所述一对驱动锥齿轮与具有公共轴线的一对从动锥齿轮接合，该公共轴线垂直于驱动锥齿轮的公共轴线布置。从动锥齿轮连接至输出轴。

汽车领域继续寻找用以减轻机动车辆重量的其他方法以提高效率。此外，为了降低组装成本，使驱动系的各部分模块化以更容易地安装和移除发动机、变速器和差速器也是一种考虑因素。

减轻机动车辆的驱动系的重量以及减小安装空间将是有益的。降低制造成本也将是有利的。这在不牺牲功能性或可靠性的情况下应当全部实现。

技术实现要素：

提供了一种紧凑型行星差速器，该紧凑型行星差速器包括驱动输入环形齿轮和行星齿轮承载架，该驱动输入环形齿轮具有外齿，该行星齿轮承载架具有第一轴向侧和第二轴向侧，该行星齿轮承载架以与驱动输入环形齿轮旋转固定的方式连接至驱动输入环形齿轮。在行星齿轮承载架的第一轴向侧上定位有第一行星齿轮，并且在行星齿轮承载架的第二轴向侧上定位有第二行星齿轮，其中，第一行星齿轮和第二行星齿轮布置为相互啮合对，并且行星齿轮承载架包括接口开口，第一行星齿轮和第二行星齿轮的相应的相互啮合对通过该接口开口彼此接触。在行星齿轮承载架的第一轴向侧和第二轴向侧上分别定位有第一销板和第二销板，其中，第一销板和第二销板在第一行星齿轮中的每个第一行星齿轮和第二行星齿轮中的每个第二行星齿轮的位置处包括对准开口。小齿轮轴延伸穿过第一销板和第二销板中的这些对准开口以及行星齿轮承载架中的小齿轮轴开口。第一行星齿轮或第二行星齿轮中的单个行星齿轮以可旋转的方式被支承在小齿轮轴中的各自相应的一个小齿轮轴上。小齿轮轴优选地连接至销板并且将销板夹紧靠向行星齿轮承载架。在行星齿轮承载架的第一轴向侧上定位有第一太阳齿轮，该第一太阳齿轮优选地具有第一毂部、第一腹板和带有第一内环形齿轮的第一外轮缘，并且第一太阳齿轮优选地利用第一内环形齿轮通过相互啮合接触而与第一行星齿轮接合。因此，第一太阳内环形齿轮绕第一行星齿轮轨道运行。在行星齿轮承载架的第二轴向侧上定位有第二太阳齿轮，该第二太阳齿轮优选地具有第二毂部、第二腹板和带有第二内环形齿轮的第二外轮缘，并且第二太阳齿轮优选地利用第二内环形齿轮通过相互啮合接触而与第二行星齿轮接合。因此，第二太阳内环形齿轮绕第二行星齿轮轨道运行。优选地，行星齿轮承载架包括与第一毂部和第二毂部邻近的至少一个凹部，并且在所述至少一个凹部中定位有至少一个支承轴承，所述至少一个支承轴承适于接纳第一轴和第二轴的延伸穿过第一毂部和第二毂部的端部。这种布置提供了比已知现有技术的直齿轮差速器或行星差速器更紧凑的行星差速器。此外，第一行星齿轮和第二行星齿轮、第一太阳齿轮和第二太阳齿轮以及第一销板和第二销板优选地分别能够互换，从而减少了需要制造的不同部件的数目，这降低了成本并且简化了组装。此外，销板在小齿轮轴的每个端部处的布置提供了提高可靠性和使用寿命的机械稳定的组装。

在一种优选布置中，紧凑型行星差速器还包括位于第一行星齿轮和第二行星齿轮中的每一者与相应的小齿轮轴之间的相应的滚针轴承。这增加了使用寿命且减小了内部摩擦。

优选地，所述至少一个凹部包括分别位于行星齿轮承载架的第一轴向侧和第二轴向侧上的第一凹部和第二凹部，并且所述至少一个支承轴承包括第一支承轴承和第二支承轴承。第一支承轴承位于第一凹部中并且第二支承轴承位于第二凹部中。为了减小摩擦并增加使用寿命，优选地，支承轴承为滚动轴承。

在一个优选实施方式中，第一销板和第二销板中的开口的轴向面向外的侧部被倒角，并且小齿轮轴的端部被铆接在开口中。小齿轮轴也可以通过其他方法保持。

优选地，第一毂部和第二毂部包括内花键，所述内花键适于以滑动的方式接纳带花键的轴端部。

在紧凑型行星差速器的优选布置中，第一行星齿轮的轴线和第二行星齿轮的轴线在径向上位于距紧凑型行星差速器的轴线相等的距离处。优选地，第一行星齿轮的轴线和第二行星齿轮的轴线距紧凑型行星齿轮差速器的轴线的相等的距离小于输入环形齿轮的直径的60％。

为了降低制造成本，第一太阳齿轮和第二太阳齿轮可以锻造成净形状，并且齿优选地被硬化。太阳齿轮也可以被机加工并硬化。根据应用和所承载的载荷，太阳齿轮也可以被铸造或通过粉末冶金来形成。

在一种优选布置中，在行星齿轮承载架的第一轴向侧和第二轴向侧上设置有环形凹部，所述环形凹部分别至少部分地接纳第一太阳齿轮的第一外轮缘和第二太阳齿轮的第二外轮缘。这可以提供防护布置以阻止碎屑进入齿轮区域。也可以在第一外轮缘与行星齿轮承载架的第一轴向侧中的凹部之间设置第一密封件，并且可以在第二外轮缘与行星齿轮承载架的第二轴向侧中的凹部之间设置第二密封件。然而，这种布置不是必需的，并且整个紧凑型行星差速器可以位于外壳中并且在齿轮油浴中运行。

第一轴和第二轴可以与紧凑型行星差速器分开设置或者设置在一起。这些轴包括带花键的端部，所述带花键的端部接合在相应的第一毂部和第二毂部中。第一轴和第二轴优选地与紧凑型行星差速器的轴线对准，并且柱形支承部分从带花键的端部延伸，并且所述至少一个支承轴承位于柱形支承部分上。

在优选布置中，第一行星齿轮与第二行星齿轮轴向地重叠了第一行星齿轮和第二行星齿轮的轴向齿尺寸的至少约25％。

优选地，行星齿轮承载架包括位于第一轴向侧的第一沉孔和位于第二侧的第二沉孔，该第一沉孔接纳第一行星齿轮，该第二沉孔接纳第二行星齿轮，并且接口开口通过第一沉孔与第二沉孔的轴向重叠而形成。

为了减轻重量和降低制造成本，驱动输入环形齿轮可以形成为由钢制成的独立部件，该独立部件然后连接至行星齿轮承载架。行星齿轮承载架可以由较低等级合金钢或铝或者任何其他合适的材料机加工或以其他方式形成。

在优选布置中，第一行星齿轮和第二行星齿轮中的每一者的径向最内侧部分在径向上处于与第一毂部和第二毂部的径向外部部分相距0.2英寸内，以提供径向紧凑的布置。与已知的现有技术相比，行星齿轮尽可能靠近紧凑型行星差速器的轴线的这种布置致使整体上减小了径向尺寸。

如本领域普通技术人员将从本公开中所认识到的，上述提到的特征可以单独地使用或以各种组合使用，以为各种机动车辆应用提供低成本、减小了尺寸和重量的差速器。

附图说明

当结合示出本发明的优选实施方式的附图阅读时，将最好地理解前述发明内容及以下详细描述。在附图中：

图1是紧凑型行星差速器的侧视图，其中，为了清楚起见移除了一些部件。

图2是沿着图1中的线2-2截取的穿过图1的紧凑型行星差速器的横截面图。

图3是示出图1和图2的紧凑型行星差速器的部件的分解横截面图。

图4是紧凑型行星差速器的与图2类似的示出两个轴的插入的横截面图。

图5是行星齿轮承载架和驱动输入环形齿轮的侧视图。

图6是沿着图5中的线6-6截取的横截面图。

图7是行星齿轮的侧视图。

图8是沿着图7中的线8-8截取的横截面图。

图9是销板的侧视图。

图10是沿着图9中的线10-10截取的横截面图。

图11是用于支承行星齿轮的小齿轮轴的侧视图。

图12是图11中所示的小齿轮轴的端视图。

图13是看进太阳齿轮内部的侧视图。

图14是沿着图13中的线14-14截取的横截面图。

图15是示出位于销板上的相互啮合的第一行星齿轮和第二行星齿轮的局部侧视图。

图16是示出位于行星齿轮承载架中并且在连接至销板中的两个销板的小齿轮轴上保持就位的相互啮合的第一行星齿轮和第二行星齿轮的局部横截面图。

图17是图1至图3的紧凑型行星差速器的包括一些优选的总体尺寸的视图，为了清楚起见，该视图被示出为移除了一些元件。

图18是紧凑型行星差速器的具有进一步减小的径向尺寸和略微更大的轴向尺寸的替代性布置的视图。

图19是现有已知的直齿轮差速器的示出已知的整体尺寸的包络图。

具体实施方式

在以下描述中某些术语仅为了方便而使用并非限制性的。词语“前”“后”“上”和“下”表示所参照的附图中的方向。词语“向内”和“向外”指的是朝向和远离在附图中所参照的部件的方向。术语“大约”是指在优选数量或范围的典型制造公差之内。这些术语和具有类似意思的术语是为了在参照附图时易于描述而不应被认为是限制性的。“轴向地”指的是沿着轴或类似物体的轴线的方向。被引用为“a、b或c中的至少一者”(其中，a、b和c表示所列出的项目)的项目列表的引用是指项目a、b或c中的任何单个一者或其组合。

对于本发明的相同元件或具有相同作用的元件，使用相同的附图标记。所示的实施方式仅表示可以如何装备根据本发明的装置的示例。所示的实施方式不表示本发明的确定性限制。

参照图1至图4，示出了紧凑型行星差速器10的第一实施方式。紧凑型行星差速器10包括具有外齿14的驱动输入环形齿轮12。具有第一轴向侧17和第二轴向侧18的行星齿轮承载架16以与驱动输入环形齿轮12旋转固定的方式连接至驱动输入环形齿轮12。驱动输入环形齿轮12和行星齿轮承载架16可以例如通过由单件材料进行机加工而一体地形成，或者驱动输入环形齿轮12和行星齿轮承载架16可以由两种不同的材料分开形成，其中，环形齿轮12由钢制成且具有至少硬化的齿14。在这种情况下，行星齿轮承载架16可以由较低等级的钢、铝或其他合适的材料制成，并且例如经由焊接、螺栓、铆钉或任何其他合适的连接方式连接至环形齿轮12。

第一行星齿轮22a至22c位于行星齿轮承载架16的第一轴向侧17上。第二行星齿轮26a至26c位于行星齿轮承载架16的第二轴向侧18上。第一行星齿轮22a至22c优选地具有齿24，并且第二行星齿轮26a至26c优选地具有齿28。第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c布置为相互啮合对，并且行星齿轮承载架16包括接口开口30，第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c的相应的相互啮合对22a、26a；22b、26b；22c、26c通过该接口开口30彼此接触。行星齿轮22a至22c、26a至26c优选地由钢制成并且可以被机加工、锻造、通过铸造来制造，或者行星齿轮22a至22c、26a至26c可以由其他材料制成例如通过粉末冶金或任何其他合适的形成方法来制造，以针对特定应用提供具有期望轮廓和合适公差的齿24、28。如图1和图3中所示，第一行星齿轮22a至22c的轴线和第二行星齿轮26a至26c的轴线位于距紧凑型行星差速器的轴线相等的距离r处。在优选的布置中，第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c能够互换。在图7和图8处提供了示出优选的行星齿轮22a至22c、26a至26c的详细附图。如图2和图16中最清晰地所示，第一行星齿轮22a至22c与第二行星齿轮26a至26c重叠了第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c的轴向齿尺寸w的至少25％。

如图2和图3中以及图5和图6——图5和图6示出了行星齿轮承载架16和驱动输入环形齿轮12的细节——中详细所示，优选地，行星齿轮承载架16包括位于第一轴向侧17上的第一沉孔19和位于第二轴向侧18上的第二沉孔20，第一沉孔19接纳第一行星齿轮22a至22c，第二沉孔20接纳第二行星齿轮26a至26c。接口开口30通过第一沉孔19与第二沉孔20的轴向重叠而形成。

虽然在优选实施方式中，示出了第一行星齿轮和第二行星齿轮的3个相互啮合对22a、26a；22b、26b；22c、26c，但是本领域技术人员应当认识到第一行星齿轮和第二行星齿轮的相互啮合对的数目可以变化。优选地，存在至少两个相互啮合对并且存在行星齿轮的在周向方向上相等地间隔开的相互啮合对。

仍然参照图1至图4，在行星齿轮承载架16的第一轴向侧17和第二轴向侧18上分别定位有第一销板32和第二销板34。第一销板32和第二销板34在第一行星齿轮22a至22c中的每一者和第二行星齿轮26a至26c中的每一者的位置处包括对准开口36、38。优选的销板的细节在图9和图10中示出。优选地，第一销板32和第二销板34能够互换。然而，第一销板32和第二销板34可以以反向部件提供。在优选实施方式中，销板32、34由钢制成。然而，可以根据特定应用使用其他材料。

小齿轮轴40延伸穿过第一销板32和第二销板34中的对准开口36、38以及行星齿轮承载架16中的小齿轮轴开口44。行星齿轮承载架16中的这些小齿轮轴开口44在图5和图6中详细地示出。第一行星齿轮22a至22c或第二行星齿轮26a至26c中的单个行星齿轮以可旋转的方式支承在小齿轮轴40中的各自相应的一个小齿轮轴上。小齿轮轴40与销板32、34的连接优选地使销板32、34夹紧靠向行星齿轮承载架16。在优选实施方式中，在第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c中的每一者与相应的小齿轮轴40之间定位有相应的滚针轴承42。如图4中详细所示，根据行星齿轮22a至22c、26a至26c上的特定构型和载荷，可以为第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c中的每一者设置两个相邻的滚针轴承42。

在优选实施方式中，第一销板32和第二销板34中的开口36、38的轴向面向外的侧部包括倒角37、39，如图9和图10中详细所示。如图2和图16中详细所示，优选地，小齿轮轴40的端部为滚柱铆接在开口36、38中并且被扩大成锁定到倒角37、39中。替代性地，小齿轮轴40与销板32、34之间的连接可以是通过焊接或任何其他合适的连接方式例如压配合。在行星齿轮22a至22c、26a至26c、行星齿轮承载架16的侧部以及销板32、34之间可以定位有轴向垫圈或轴承，以减小摩擦。这些垫圈或轴承未示出并且可选地用在所指出的位置中的一个或多个位置中，以确保行星齿轮自由地旋转。

仍然参照图1至图4，在行星齿轮承载架16的第一轴向侧17上定位有第一太阳齿轮50，第一太阳齿轮50具有第一毂部52、第一腹板54和带有第一内环形齿轮58的第一外轮缘56。第一内环形齿轮58与第一行星齿轮22a至22c接合。在行星齿轮承载架16的第二轴向侧18上定位有第二太阳齿轮60，第二太阳齿轮60也设置成具有第二毂部62、第二腹板64和带有第二内环形齿轮68的第二外轮缘66。第二内环形齿轮68与第二行星齿轮26a至26c接合。第一太阳齿轮50和第二太阳齿轮60优选地锻造成净形状并且优选地能够互换，从而减少部件总数。图13和图14中示出了太阳齿轮50、60的一种优选形式。如图3、图4、图13和图14中详细所示，优选地，第一毂部52和第二毂部62包括内花键53、63，所述内花键53、63适于以滑动的方式接纳带花键的轴端部。这在图4中示出，其中，第一轴81和第二轴82示出为具有相应的带花键的端部85、86，带花键的端部85、86包括适于与第一毂部52和第二毂部62的内花键53、63以滑动的方式接合的花键。

行星齿轮承载架16包括与第一毂部52和第二毂部62邻近的至少一个凹部72、74，如图2、图3和图4中最佳所示。在所述至少一个凹部72、74中定位有至少一个支承轴承、并且优选地是第一支承轴承76和第二支承轴承78，并且所述至少一个支承轴承适于接纳第一轴81和第二轴82的延伸穿过第一毂部52和第二毂部54的形成为柱形支承部分83、84的端部。

在一个优选布置中，包括带花键的端部85、86的第一轴81和第二轴82可以与紧凑型行星差速器10设置在一起，其中带花键的端部85、86接合在相应的第一毂部52和第二毂部54中。这些第一轴81和第二轴82与紧凑型行星差速器10的轴线对准，并且柱形支承部分83、84从带花键的端部延伸并经由位于轴81、82的柱形支承部分83、84上的支承轴承76、78对行星齿轮承载架16进行支承。

如所示出的，在优选实施方式中，所述至少一个凹部72、74包括分别位于行星齿轮承载架16的第一轴向侧17和第二轴向侧18上的第一凹部72和第二凹部74。因此，所述至少一个支承轴承包括第一支承轴承76和第二支承轴承78，并且第一支承轴承76位于第一凹部72中且第二支承轴承78位于第二凹部74中。第一支承轴承76和第二支承轴承78优选地为滚动轴承并且包括由轴承等级钢形成的外圈。优选地，轴81、82的柱形支承部分83、84直接跨置在这些轴承的滚子上。

如图2和图3中详细所示，在一个优选布置中，在行星齿轮承载架16的第一轴向侧17和第二轴向侧18上设置有环形凹部90、91，所述环形凹部90、91分别至少部分地接纳第一太阳齿轮50的第一外轮缘56和第二太阳齿轮60的第二外轮缘66。如图3中虚线所指示的，在第一外轮缘56与行星齿轮16的第一轴向侧17上的凹部90之间定位有第一密封件92，并且在第二外轮缘66与行星齿轮承载架16的第二轴向侧18上的凹部91之间定位有第二密封件93。密封件92、93可以形成为压力密封件或任何其他合适的密封布置。另外，密封件可以位于第一太阳齿轮50和第二太阳齿轮60的径向周缘处并且与行星齿轮承载架16的第一轴向侧17和第二轴向侧18接触。

为了确保该紧凑型行星差速器10的紧凑尺寸，优选地，第一行星齿轮22a至22c的轴线和第二行星齿轮26a至26c的轴线距紧凑型行星齿轮差速器的轴线的相等的距离r小于输入环形齿轮12的直径d的60％。针对紧凑型行星差速器10的一个优选实施方式，该直径d在图17中示出。在图18中所示的替代实施方式中，尺寸d甚至进一步减小。

另外，为了优化紧凑型行星差速器10的减小的径向包络线，第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c中的每一者的径向最内侧部分在径向上处于距第一太阳齿轮50和第二太阳齿轮60的第一毂部52和第二毂部62的径向外部部分的小间隙距离内。该径向间隙尺寸优选地在与第一毂部52和第二毂部62的径向外部部分相距约0.2英寸内。然而，该尺寸可以根据紧凑型行星差速器10的部件的特定公差而减小。

图17、图18和图19中示出了相比于已知现有技术的直齿轮差速器由该紧凑型行星差速器10所提供的紧凑尺寸，其中，图19示出了具有现有技术直齿轮差速器的已知尺寸的包络线。如图17的实施方式中所示，通过将第一行星齿轮22a至22c和第二行星齿轮26a至26c的轴线定位在距行星差速器轴线的共同的距离r处——该距离r的尺寸小于输入环形齿轮12的直径d的60％，紧凑型行星差速器的整体径向尺寸大大减小。参照图18，此处径向尺寸通过允许轴向尺寸的增加甚至进一步减小，这可以适用于特定应用。

紧凑型差速器10以比先前可获得的尺寸更紧凑的尺寸提供了优良的差速功能，从而满足了今天的现代机动车辆设计的需求。

在以上实施方式中的每个实施方式中，所有旋转部件将经由合适的轴承或衬套来支承，并且这些装置将被包围在外壳中以允许润滑。由于这些项目在本领域是常规的，因此未对这些项目进行进一步详细描述。

因此，已经对本发明进行了详细描述，本领域技术人员应当理解并将明显的是，在不改变本文中体现的发明构思和原理的情况下，可以进行多种物理变化，在本发明的详细描述中仅例举了少数物理变化。还应当理解的是，仅包括优选实施方式的一部分的多种实施方式是可能的，所述多种实施方式相对于那些部分不改变本文中体现的发明概念和原理。因此，本实施方式和可选构型在所有方面都被认为是示例性的和/或说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求表明而不是由前述描述表明，并且因此，该实施方式的落入所述权利要求的等同意义和等同范围内的所有替代实施方式和改变包含在本发明的范围内。

附图标记列表

10紧凑型行星差速器

12驱动输入环形齿轮

14外齿

16行星齿轮承载架

17第一轴向侧

18第二轴向侧

19第一沉孔

20第二沉孔

22a至22c第一行星齿轮

24齿

26a至26c第二行星齿轮

28齿

30接口开口

32第一销板

34第二销板

36对准开口

37倒角

38对准开口

39倒角

40小齿轮轴

42滚针轴承

44小齿轮轴开口

50第一太阳齿轮

52第一毂部

53内花键

54第一毂部

56第一外轮缘

58第一内环形齿轮

60第二太阳齿轮

62第二毂部

63内花键

64第二毂部

66第二外轮缘

68第二内环形齿轮

72凹部

74凹部

76第一支承轴承

78第二支承轴承

81第一轴

82第二轴

83柱形支承部分

83柱形支承部分

85带花键的端部

86带花键的端部

90环形凹部

91环形凹部

92第一密封件

93第二密封件