用于行星齿轮的行星轮轴的制作方法

本公开涉及一种用于行星齿轮的行星轮轴，该行星轮轴包括滑动轴承支撑的行星轮。此外，本发明涉及一种行星齿轮。

背景技术：

行星齿轮包括行星架、太阳轮、齿圈以及与太阳轮和齿圈啮合的行星轮。行星轮由行星轮轴支撑，而行星轮轴继而由行星架支撑。行星轮的轴承可以是滚动轴承或滑动轴承。滑动轴承相对于滚动轴承的一个优点是，滑动轴承在径向上需要的空间较小，并且滑动轴承的载荷承载表面通常比滚动轴承的载荷承载表面大。通常，行星轮的滑动轴承被设计成沿切线方向承载载荷，即，承载沿每个行星轮的几何旋转轴线的运动方向的载荷，而由于沿垂直于切线方向的径向方向的载荷引起的行星轮的椭圆化通过在行星轮的孔和行星轮的齿根圆之间使用足够的材料厚度而保持足够小。另一方面，当给定太阳轮的半径和齿圈的半径时，行星轮的上述材料厚度是确定行星轮的滑动轴承的直径的一个因素。滑动轴承的较大直径意味着较大的载荷承载能力，并且因此存在使上述材料厚度最小化的动机。

由径向载荷引起的行星轮的上述椭圆化是不利的，因为椭圆化倾向于将滑动轴承的在此处形成有液压油以承载切向载荷的区域划分为两个单独的区域。在旋转方向上之后的区域中形成的流体动力油压比在旋转方向上首先的区域中形成的流体动力油压弱。上述现象降低了滑动轴承的载荷承载能力。此外，椭圆化缩小了在滑动轴承的滑动表面之间的并且由于切向载荷而呈楔形的间隙。楔形间隙的变窄是不期望的现象，因为该变窄减小了供应到在其处形成有用于承载切向载荷的流体动力油压的区域的油量。这降低了滑动轴承的载荷承载能力。

技术实现要素：

以下给出简化的概述，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述。它不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。以下概述仅以简化形式呈现了本发明的一些概念，作为对本发明的示例性实施例的更详细描述的序言。

在本文档中，“几何”一词在用作前缀时表示几何概念，不一定是任何物理对象的一部分。几何概念可以是例如几何点，直线或弯曲几何线，几何平面，非平面几何表面，几何空间或零、一、二维或三维的任何其他几何实体。

根据本发明，提供了一种用于行星齿轮的新的行星轮轴。根据本发明的行星轮轴包括：

-端部，该端部能够附接到行星齿轮的行星架，以及

-轴承部，该轴承部在轴向上在端部之间，该轴承部适合于与行星齿轮的行星轮协作而用作滑动轴承。

在轴承部的一个或多个第一轴向区域上，轴承部的截面形状偏离圆形，使得轴承部在第一方向上的厚度大于轴承部在垂直于第一方向的第二方向上的厚度。在所述一个或多个第一轴向区域上与圆形的偏离加宽了在轴承部的弯曲轴承表面与行星轮之间的间隙，并且该间隙以楔形的方式朝着如下区域渐缩：在该区域中，形成流体动力油压，以用于当行星轮轴承载行星轮时在第一方向上承载载荷。这促进了向形成流体动力油压的区域供油，因为上述对间隙的加宽补偿了由于行星轮的椭圆化导致的间隙变窄。

在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，除了所述一个或多个第一轴向区域之外，轴承部还包括一个或多个第二轴向区域，其中，轴承部的截面形状偏离圆形，使得轴承部在第二方向上的厚度大于轴承部在第一方向上的厚度。在该示例性情况下，将轴承部的轴向长度划分成一些区域，使得这些区域中的一些区域在第一方向上承载载荷，而这些区域中的其他区域在第二方向上承载载荷。第一方向例如可以是切线方向，即，行星轮的几何旋转轴线的运动方向，在这种情况下，第二方向是垂直于切线方向的径向方向。如上所述，当考虑向形成有用于在第一方向上承载载荷的流体动力油压的区域供油时，在所述一个或多个第一轴向区域上的圆形的偏离减小了行星轮的椭圆化的负面影响。对应地，当考虑向形成有用于在第二方向上承载载荷的流体动力油压的区域供油时，在所述一个或多个第二轴向区域上的圆形的偏离减小了在第一方向上的载荷的负面影响。

在根据上述示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，轴承部的轴向长度可以以多种方式划分成一个或多个轴向区域，以沿不同方向承载载荷。例如，可以存在两个用于承载切向负荷的轴向区域和一个用于承载径向载荷的轴向区域，使得用于承载径向载荷的轴向区域在两个用于承载切向载荷的轴向区域之间。所述一个或多个轴向区域的用于承载径向载荷的载荷承载能力减小了行星轮的椭圆化，并且从而行星轮的孔与行星轮的齿根圆之间的材料厚度可以较小。因此，在给定半径的太阳轮和齿圈的情况下，行星轮的滑动轴承的直径可以更大。该示例性且非限制性的实施例的另一优点在于，仅从径向载荷的观点上看，可以优化用于承载径向载荷的所述一个或多个轴向区域的滑动表面，而仅从切向载荷的角度上看，可以优化用于承载切向载荷的所述一个或多个轴向区域的滑动表面。因此，减少了折衷的需求。

根据另一示例性且非限制性实施例的行星齿轴在轴承部的整个长度上具有相同的截面形状，使得轴承部的厚度在行星轮的切线方向上(即，在相应的行星轮的几何旋转轴线的运动方向上)比在垂直于切线方向的径向方向上更大。在这种示例性情况下，利用了与圆形的偏离，从而允许行星轮更大的椭圆化，同时仍保持行星轮的滑动轴承的足够的载荷承载能力。由于允许行星轮更大的椭圆化，每个行星轮的孔和行星轮的齿根圆之间的材料厚度可以更小，因此在太阳轮和齿圈的给定半径的情况下，行星轮的滑动轴承的直径可以更大。

根据本发明，还提供了一种新的行星齿轮，包括：

-太阳轴，该太阳轴包括太阳轮，

-齿圈，

-行星架，

-与太阳轮和齿圈啮合的行星轮，以及

-根据本发明的行星轮轴，并且该行星轮轴相对于行星架以可旋转的方式支撑行星轮，行星轮轴被布置为使得每个行星轮轴的上述第二方向都是太阳轮的径向方向。

在所附的从属权利要求中描述了本发明的各种示例性且非限制性实施例。

当结合附图阅读时，根据以下对具体示例性实施例的描述，将最好地理解本发明的关于结构和操作方法的示例性且非限制性实施例，以及其附加的目的和优点。

动词“包括”和“包含”在本文档中用作开放式限制，既不排除也不要求存在未叙述的特征。除非另外明确说明，否则所附从属权利要求中记载的特征能够相互自由组合。此外，应当理解的是，在整个文挡中使用“一”或“一个”，即，单数形式并不排除多个。

附图说明

下面以示例的方式并参考附图更详细地解释本发明的示例性且非限制性实施例及其优点，在这些附图中：

图1a、图1b和图1c图示了根据示例性且非限制性实施例的包括有行星轮的行星齿轮，

图2a、图2b和图2c图示了根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴的示例性截面形状，以及

图3图示了根据示例性且非限制性实施例的包括有行星轮轴的行星齿轮。

具体实施方式

在以下描述中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则说明书中提供的示例的列表和组不是穷举性的。

图1a示出了根据示例性且非限制性实施例的包括有行星轮轴的行星齿轮的一部分的截面图。行星齿轮包括：太阳轴112，该太阳轴112包括太阳轮111；齿圈113；行星架114；行星轮；和行星轮轴。行星轮轴布置成相对于行星架114以可旋转的方式支撑行星轮，使得行星轮与太阳轮111以及与齿圈113啮合。在图1a中，两个行星轮用附图标记115a和115b表示，并且支撑行星轮115a的行星轮轴用附图标记101表示。行星架114、太阳轴112和行星轮115b仅部分地示出。图1a中所示的截面是沿着与坐标系199的yz平面平行的截面截取的。坐标系199固定在行星轮轴101上，使得y方向是太阳轮111的径向方向，并且x方向是切线方向，即，当行星架114旋转时，行星轮115a的几何旋转轴的运动方向。

在下文中，我们考虑行星轮轴101。行星齿轮的其他行星轮轴类似于行星轮轴101。行星轮轴101包括端部102a和102b以及在轴向上在端部之间的轴承部103。如图1a中所示，端部102a和102b附接到行星架114。轴承部103适合于与行星轮115a协作而用作滑动轴承，使得轴承部103的表面130和行星轮115a的表面131构成滑动轴承的滑动表面。在该示例性情况下，行星轮轴101包括轴销109和包围轴销的套筒元件110。轴销109的端部是上述端部102a和102b。套筒元件110的外表面适合于与行星轮115a协作而用作滑动轴承。套筒元件110可以由例如轴承材料制成，诸如例如青铜或合适的铝基合金。在一些示例性情况下，套筒元件110可以由即使在不存在润滑剂的情况下与钢的摩擦系数也很低的塑料制成。套筒元件110也能够是两层元件，该两层元件包括例如由钢制成的背衬和例如由白色金属制成的表面层，用于形成具有适当的滑动特性和耐磨性的表面130。套筒元件110也能够是多层元件，该多层元件包括由例如钢制成的背衬，由一种或多种比背衬的材料软的合适材料制成的一个或多个中间层，以及用于形成具有适当的滑动特性和耐磨性的表面130的表面涂层。套筒元件110也能够由钢制成。在图1a所图示的示例性行星齿轮中，每个行星轮轴包括供油通道，并且每个行星轮轴的外表面包括周向供油凹槽。在该示例性情况下，每个行星轮的滑动表面也包括周向供油凹槽。在图1a中，行星轮轴101的供油通道之一用附图标记132表示。应注意的是，根据本发明的不同实施例，与行星轮轴结合的不同的供油布置是可能的。例如，根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴可以仅包括一个或多个孔，诸如图1a中所示的通道132，用于将油供应至行星轮轴的外表面与行星轮之间的间隙。对于另一示例，根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴可以包括用于供应油或用作排油通道的轴向凹槽。因此，本发明不限于任何特定的供油布置。

在图1a所图示的示例性行星轮轴101中，轴承部103包括第一轴向区域104和106以及在轴向区域104和106之间的第二轴向区域105。在每个轴向区域104和106上，轴承部的截面形状偏离圆形，使得轴承部在第一方向上的厚度大于轴承部在垂直于第一方向的第二方向上的厚度。在该示例性情况下，第一方向是切线方向，即，坐标系199的x方向，而第二方向是径向方向，即，坐标系199的y方向。圆形的偏离在图1b中图示出，图1b示出了沿着图1a所示的线a-a截取的截面。沿着图1a所示的线c-c截取的截面类似于沿着线a-a截取的截面。在图1b中，用虚线圆描绘了圆形。如图1b中所示，与圆形的偏离加宽了在行星轮轴的外表面和行星轮115a之间的间隙107，并且该间隙107以楔形的方式朝向如下区域渐缩：在该区域中，形成用于承载切向载荷(即，在坐标系199的x方向上的载荷)的流体动力油压。在图1b中，用箭头ftan描绘切向载荷，并且用虚线121描绘承载切向载荷的流体动力油压的空间分布。因为上述对间隙107的加宽补偿了由于行星轮115a的椭圆化而造成的间隙107的变窄，因此促进了向形成流体动力油压的区域供油。例如，行星轮轴101可以包括但非必须的径向的，即y方向的供油通道，用于将油供应到间隙107。该供油通道未在图1b中示出。此外，偏离圆形的区域可以包括用于供油和/或排油的轴向凹槽。但是，上述原理并不限于任何特定的供油布置。椭圆化是由指向行星轮115a的径向载荷引起的。在图1b中，径向载荷用箭头frad描绘。因此，偏离圆形减小了径向载荷对轴向区域104和106承载切向载荷的能力的影响。

在上述轴向区域105上，轴承部的截面形状偏离圆形，使得轴承部在第二方向(即，径向方向)上的厚度大于轴承部在第一方向(即，切线方向)上的厚度。与圆形的偏离在图1c中图示出，其示出了沿着图1a中所示的线b-b截取的截面。在图1c中，用虚线圆圈描绘了圆形。如图1c中所示，与圆形的偏离加宽了在行星轮轴的外表面和行星轮115a之间的间隙108，并且该间隙108以楔形的方式朝向如下区域渐缩：在该区域中，形成用于承载径向载荷(即，在坐标系199的y方向上的载荷)的流体动力油压。在图1c中，用虚线123和124描绘了承载径向载荷的流体动力油压的空间分布。因为上述对间隙108的加宽补偿了由于朝向坐标系199的负x方向推动行星轮115a的切向载荷造成的间隙108的变窄，因此促进了向形成流体动力油压123的区域供油。因此，从圆形的偏离减小了切向载荷对轴向区域105承载径向载荷的能力的影响。轴向区域105承载径向载荷的能力减小到行星轮115a的上述椭圆化。例如，行星轮轴101可以包括但不必须是切向指向的(即，x方向的)供油通道，用于向间隙108供油。供油通道在图1c中未示出。此外，偏离圆形的区域可以包括用于供油和/或排油的轴向凹槽。但是，上述原理并不限于任何特定的供油布置。

如上所述，行星轮轴101的轴承部103被划分成轴向区域104-106，使得径向载荷基本上不损害轴向区域104和106承载切向载荷的能力，而切向载荷基本上不损害轴向区域105承载径向载荷的能力。从切向载荷的观点上看，可以优化轴向区域104和106的用于承载切向载荷的滑动表面。对应地，从径向载荷的观点上看，可以优化轴向区域105的用于承载径向载荷的滑动表面。因此，减少了折衷的需求。

要注意的是，上述行星轮轴101仅是非限制性示例，并且行星轮轴的轴承部的轴向长度可以以多种方式分为用于承载切向载荷的一个或多个轴向区域和用于承载径向载荷的一个或多个轴向区域。此外，根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴还可以在轴承部的整个长度上具有相同的截面形状，使得轴承部的厚度在切线方向上比在径向方向上更大。

图2a、图2b和图2c图示了根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴的示例性截面形状。图2a图示了偏离圆形的示例性截面形状216，使得截面形状216为椭圆形。椭圆形截面形状216具有长轴a和短轴b。圆形以虚线圆圈描绘。在图1a中所示的轴向区域104和106上的截面形状为图2a中所示的截面形状216的示例性情况下，长轴a与坐标系199的x轴平行。对应地，在图1a中所示的轴向区域105上的截面形状为图2a中所示的截面形状216的示例情况下，长轴a与坐标系199的y轴平行。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，长轴a比短轴b长至少0.05‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，长轴a比短轴b长至少0.1‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，长轴a比短轴b长至少0.2‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，长轴a比短轴b长至少1‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，长轴a比短轴b长至少10‰。

图2b图示了示例性截面形状217，其轮廓由两个圆弧219a和219b以及两个线元件221a和221b组成。圆弧219a和219b具有相同的曲率半径r，并且朝向彼此敞开。线元件221a和221b将圆弧219a的端部连接到圆弧219b的端部。有利地，线元件221a和221b被成形为平滑地联结圆弧219a和219b，而在线元件和圆弧之间的连接点处不形成拐角。截面形状217偏离圆形，使得圆弧219a和219b的曲率中心彼此间隔一定距离δ。圆形以虚线圆圈描绘。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，该距离δ为半径r的至少0.1‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，该距离δ为半径r的至少0.2‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，该距离δ为半径r的至少0.4‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，该距离δ为半径r的至少2‰。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，该距离δ为半径r的至少20‰。

图2c图示了示例性截面形状218，其轮廓由两个圆弧220a和220b以及两个线元件222a和222b组成。圆弧220a和220b具有相同的曲率半径r，相同的曲率中心和相等的中心角度α。线元件222a和222b将圆弧220a的端部连接到圆弧220b的端部。有利地，线元件222a和222b被成形为平滑地联结圆弧220a和220b，而在线元件和圆弧之间的连接点处不形成拐角。截面形状218偏离圆形，使得中心角度α小于180度，并且两个线元件222a和222b在与圆弧220a和220b一致的几何圆内部。在图2c中，用虚线描绘了几何圆。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，中心角度α在30度至140度的范围内。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，中心角度α在60度至140度的范围内。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，中心角度α在80度至140度的范围内。在根据示例性且非限制性实施例的行星轮轴中，中心角度α在100度至140度的范围内。

图3图示了根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮。行星齿轮包括太阳轴312、齿圈313、行星架314、行星轮和相对于行星架314以可旋转的方式支撑行星轮的行星轮轴。太阳轴312包括太阳轮，并且行星架314被布置成支撑行星轮，使得行星轮与太阳轮并且与齿圈啮合。在图3中未示出太阳轮。在图3中，三个行星轮用附图标记315a、315b和315c表示。行星轮315a被呈现为局部截面图，使得图3示出了支撑行星轮315a的行星轮轴301的截面图的一部分。如图3中所图示的，行星轮轴不包括用于与行星轮一起形成滑动轴承的套筒元件。每个行星轮轴的外表面的形状可以例如是根据上述参考图1a-1c和/或图2a-2c的任何示例。与其中行星轮的滑动轴承实施有套筒元件的行星齿轮相比，图3中所图示的行星齿轮可以更具成本效益。然而，套筒元件的优点在于，套筒元件增加了滑动轴承的直径，并且因此套筒元件增加了载荷承载表面积和滑动速度。

在图3中所图示的示例性行星齿轮中，齿圈313是固定的，而行星架314和太阳轴312是可旋转的。例如，也可能的是，太阳轴是固定的，而行星架和齿圈是可旋转的。

在根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮中，每个行星轮都包括套筒元件，该套筒元件包括轴承材料，例如青铜，合适的铝基合金，白金属或塑料并且附接到行星轮的孔。取决于轴承材料，套筒元件可以由单一材料制成，或者可以是两层或多层的套筒元件。套筒元件的内表面构成了行星轮的滑动表面，以用于例如与行星轮轴的钢表面协作而构成滑动轴承。在该示例性情况下，每个行星轮轴可以例如是诸如图3中所图示的行星轮轴301。每个行星轮轴的外表面的形状可以例如是根据上述参考图1a-1c和/或图2a-2c的任何示例。套筒元件可以例如通过冷缩配合附接到行星轮的孔。

在根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮中，每个行星轮轴都包括轴销和已经铸造或以其它方式沉积在轴销的表面上的一层滑动材料。滑动材料可以是例如轴承金属，塑料或具有足够滑动特性的一些其他材料。在这种示例性情况下，滑动材料层的外表面构成了行星轮轴的滑动表面，以用于例如与行星轮的钢表面协作而构成滑动轴承。上述滑动表面的形状可以例如根据以上参照图1a-1c和/或图2a-2c描述的任何示例。

在根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮中，每个行星轮都包括滑动材料层，该滑动材料层已经被铸造或以其他方式沉积在行星轮的孔的表面上。在这种示例性情况下，滑动材料层的表面构成了行星轮的滑动表面，以用于例如与行星轮轴的钢表面协作而构成滑动轴承。在该示例性情况下，每个行星轮轴可以例如是诸如图3中所图示的行星轮轴301。每个行星轮轴的外表面的形状可以例如是根据上述参考图1a-1c和/或图2a-2c的任何示例。

在根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮中，行星轮和行星轮轴由钢制成，使得行星轮和行星轮轴两者的滑动表面均为钢表面。在许多情况下，如果钢表面足够光滑，则它们会提供足够的摩擦学性能。每个行星轮轴的外表面的形状可以例如是根据上述参考图1a-1c和/或图2a-2c的任何示例。

在根据示例性且非限制性实施例的行星齿轮中，行星轮由钢制成，而行星轮轴由铸铁制成，使得行星轮的滑动表面是钢表面，而行星轮轴的滑动表面是铸铁表面。由于铸铁所包含的石墨，因此铸铁具有有利的摩擦学性能。每个行星轮轴的外表面的形状可以例如是根据上述参考图1a-1c和/或图2a-2c的任何示例。

要注意的是，上述滑动轴承布置仅是非限制性示例，并且以上参考图1a-1c和/或图2a-2c描述的原理能够应用于不同的滑动轴承布置，即，原理的适用性不限于任何特定的滑动轴承布置。

在以上给出的描述中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则以上给出的描述中提供的示例的列表和组不是穷举的。