行星齿轮装置齿轮齿的齿形修整的制作方法

1.本公开涉及一种行星齿轮装置中的齿轮构造，具体涉及一种用于电动尾门的行星齿轮装置中齿轮的齿轮齿的构造。


背景技术：

2.行星(planetary)齿轮装置(也称为周转(epicyclic)齿轮装置)是一种用于转换机器中的旋转运动的齿轮传动系统。这些装置用于许多不同的应用，因为它们相对紧凑，并允许多种不同的齿轮比选项来转换旋转运动。行星齿轮装置的应用示例包括机动车辆(其中经常使用术语行星齿轮壳)、重型车辆(例如，拖拉机和挖掘设备)、工业机器、住房设备。行星齿轮装置也可以减小尺寸并与致动器结合使用以操作许多不同的机构，包括例如车辆中的电动尾门(pbd:power back door)、车辆中的停车制动器、车辆中的电动车窗、用于在车辆或建筑物(例如住宅或办公楼)中安装和使用的电动百叶窗或电动卷帘。
3.如下文详细讨论的，行星齿轮装置包括多个不同的齿轮，这些齿轮彼此啮合并一起工作，以产生将输入旋转运动转换为期望的输出旋转运动的齿轮比。不同的齿轮通过使用位于每个齿轮中心的轴孔而被安装在齿轮轴上。各种齿轮具有啮合在一起以在齿轮之间传递旋转运动的齿轮齿。当齿轮啮合在一起时，轮齿会产生物理接触，从而导致齿轮齿产生噪音和磨损。当前降低齿轮噪音和磨损的策略包括，例如，齿轮润滑以及齿轮和齿轮齿的材料选择。因此，改进齿轮和齿轮齿以同时减轻噪音和磨损在现有技术中已被证明是困难的。


技术实现要素：

4.本公开的方面包括用于行星齿轮装置的齿轮的齿轮齿。齿轮齿包括形成在齿轮齿沿径向的外部延伸处的尖端表面、从齿轮主体的外表面朝向尖端表面延伸的第一表面、以及从齿轮主体的外表面朝向尖端表面延伸的第二表面。齿形修整在尖端表面与第一表面或第二表面中的至少一者之间延伸，使得齿形修整连接尖端表面与第一表面和第二表面中的至少一者。
5.齿轮齿的另外的方面包括形成在齿轮齿的沿径向的外延伸部处的尖端表面、从齿轮主体的外表面朝向尖端表面延伸的第一表面、以及从齿轮主体的外表面向尖端表面延伸的第二表面。齿轮齿被形成为使得在第一表面和第二表面之间测量的距离在沿齿轮主体的上表面和下表面之间延伸的宽度方向上不是恒定的。
附图说明
6.被并入本文、并形成说明书的一部分的附图示出本公开内容的多方面，并且与具体实施方式一起进一步用于解释本公开内容的原理，并使得相关领域的技术人员能够作出和使用本公开内容。
7.图1是根据本公开的方面的行星齿轮装置的透视图。
8.图2是根据本公开的方面的、如图1所示的行星齿轮装置的截面图。
9.图3是根据本公开的方面的行星齿轮装置的托架的分解视图。
10.图4是根据本公开的方面的行星齿轮的侧视图。
11.图5是根据本公开的方面的行星齿轮装置的俯视图。
12.图6是根据本公开的方面的齿轮齿的横截面。
13.图7是根据本公开的方面的齿轮齿的横截面。
14.图8是根据本公开的方面的齿轮齿的横截面。
15.图9是根据本公开的方面的齿轮齿的横截面。
16.图10是根据本公开的方面的齿轮齿的俯视图。
17.图11是根据本公开的方面的齿轮齿的俯视图。
18.图12是根据本公开的方面的齿轮齿的透视图。
具体实施方式
19.现在将参考如附图所示的本公开的实施例来详细描述本公开。对“一个方面”、“方面”、“示例性方面”等的引用表明所描述的方面可以包括特定特征、结构或特性，但每个方面可能不一定包括特定特征、结构、或特征。此外，这些短语不一定指同一方面。而且，当特定特征、结构或特性是结合一个方面相关地描述时，可以认为无论是否明确描述，影响与其他方面相关的此类特征、结构或特性都是在本领域技术人员的知识范围内。
20.行星齿轮装置的齿轮包括啮合以在齿轮之间传递旋转运动的齿。这种啮合是在行星齿轮装置的输入和输出部分之间通过行星齿轮装置传递旋转运动的方式。当两个齿轮啮合时，在任何给定时刻每个齿轮通常只有一个齿轮齿接触。这些单独的齿轮齿必须传递齿轮之间旋转运动产生的所有力。随着齿轮的旋转，齿轮齿相互反复接触，并由于反复的物理接触而开始出现磨损。齿轮齿的过度磨损最终会导致齿轮齿过度磨损而无法成功，这可能导致动力传输效率降低，并最终导致行星齿轮装置的机械故障。由于啮合过程产生的物理接触，齿轮齿啮合时也会产生噪音。在许多情况下，需要尽量减小行星齿轮装置的噪音，尤其是当操作员位于行星齿轮装置附近时，这是在行星齿轮装置用于制造机械或车辆时经常发生的情况。齿轮的特殊润滑和材料选择等技术可以减轻轮齿磨损和噪音，但仍然需要改善齿轮齿磨损和降低齿噪音的系统和方法。本公开的方面可以对齿轮齿磨损和噪声中的一个或两个产生显著改进，改进齿轮齿本身的形状，而不仅仅依赖于特殊的润滑剂或齿轮材料选择。
21.根据本公开的用于行星齿轮装置的齿轮的齿轮齿的一个方面包括在径向上被形成在齿轮齿的外延伸部处的尖端表面、从齿轮主体的外表面朝向尖端表面延伸的第一表面，以及从齿轮主体的外表面朝向尖端表面延伸的第二表面。齿形修整(profile modification)在第一表面和第二表面中的至少一个表面与尖端表面之间延伸，使得齿形修整连接尖端表面与第一表面和第二表面中的至少一个表面。正如下面将要讨论的，该系统提供了可解决齿轮齿磨损和噪音中的任一者或二者的优点。
22.图1示出了行星齿轮装置的局部分解透视图。圆柱形外壳2连同已从外壳2移除的托架10一起示出。可以看到两个行星齿轮20被安装在托架10中。每个行星齿轮20可旋转地安装在托架10中。可以存在至少一个行星齿轮20被安装在托架10中。在一些方面，可以有两个、三个、四个或更多个行星齿轮20可旋转地安装在托架10中。托架10包括在外表面12中的
开口14。开口14可以被设计为在外表面12的圆周中的间隙，其对应于行星齿轮20的位置。行星齿轮20又可被安装，使得行星齿轮20的齿23通过开口14在径向上延伸超过托架10的外表面12。
23.图1中还示出了太阳齿轮30的太阳齿轮轴32。如图2所示，太阳齿轮30被插入到托架10中心的太阳齿轮开口中，使得太阳齿轮30的齿与行星齿轮20的齿23啮合。在图1所示的方面，太阳齿轮轴32延伸超出外壳2并具有齿，该齿被配置为将旋转运动传递到太阳齿轮轴32(以及因此，太阳齿轮30)或从太阳齿轮轴32(以及因此，太阳齿轮30)传递旋转运动。
24.如虚线轴线所示，托架10被插入到外壳2中，使得托架10的轴线和外壳2的轴线对齐。如图4所示，托架10的这个方面包括从托架10的与太阳齿轮开口相对的一侧延伸的凸台16。凸台16由外壳2或其他支撑结构中的相应开口接纳并允许托架10在外壳2内旋转。
25.图2示出了当行星齿轮装置完全组装时的壳体2的横截面视图。该视图显示了行星齿轮装置的最后的齿轮元件：内齿轮4。在这方面，内齿轮4被固定到外壳2的内壁。如图2所示，一旦组装，位于外壳2的中心的太阳齿轮30与行星齿轮20啮合，该行星齿轮20又与内齿轮4啮合。
26.图3显示了托架10的一个方面，其包括连接在一起以形成托架10的两个单独部分。托架10的这些方面可以通过在单独部分连接在一起以形成托架10之前将行星齿轮20安装在托架10的该单独部分内而提高组装效率。在类似于图3所示的那些方面，行星齿轮轴17可以集成到托架10的一部分中，而托架10的另一部分可以被配置为包括对应的行星齿轮轴孔18。根据一些方面，行星齿轮20可以在连接托架10的这些相应部分之前，被安装到行星齿轮轴17上，这可以进一步提高组装效率。
27.上面讨论的行星齿轮装置的任何元件可以由合适的材料制造。例如，元件可由合适的金属或塑料制成。在某些方面，上述一些或全部元件由合成树脂制成，包括超聚合物聚乙烯(uhpe)、聚苯硫醚(pps)、聚芳酯(par)、聚缩醛(pom)或聚酰胺(pa)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚醚砜(pes)、聚醚醚酮(peek)、聚缩醛(pom)。在任何特定方面，可以由于它的强度和磨损特性相对于它的重量和易于制造而选择上面讨论的一个或多个元素。
28.行星齿轮装置的方面的应用包括例如机动车辆(其中经常使用术语行星齿轮箱)、重型车辆(例如拖拉机、建筑设备和挖掘设备)、工业机器和家用设备。行星齿轮装置的某些方面还可以减小尺寸和重量，使其能够用于较小的应用中。行星齿轮装置的紧凑和轻便方面可与致动器结合使用以操作车辆中的许多不同机构，包括例如电动尾门(pbd)，也称为电动提升式门、电动后舱门或电动后备厢盖；停车制动或紧急制动；电动窗；和电动百叶窗或电动卷帘，用于在车辆或建筑物(例如家庭和办公楼)中安装和使用。
29.如图1和图2所示的行星齿轮装置可以以几种不同的方式起作用。例如，向太阳齿轮30提供旋转输入并允许托架10自由旋转将导致在外壳2中产生旋转输出，因为内齿轮4被固定到外壳2，如附图所示。旋转运动所经历的齿轮比由行星齿轮装置中每个齿轮构件所具有的齿数控制。改变哪些部件可以自由旋转以及哪些部件是输入和输出，将会改变齿轮比以及行星齿轮装置如何转换旋转运动。下面讨论的润滑系统和方法适用于行星齿轮装置的任何操作方法或配置。
30.图4和图5分别是行星齿轮20的一个方面的侧视图和俯视图。如图4和图5所示，行
星齿轮20可以被形成为在径向中心具有开口的盘形主体。在图4中，可以看到齿轮齿23在齿轮宽度方向上延伸穿过行星齿轮20的外表面26。如图4所示，齿轮齿23从行星齿轮20径向向外延伸。图4和图5中所示的行星齿轮20的方面被配置为正齿轮(spur gear)，其中每个齿轮齿23平行于行星齿轮20的轴线延伸。行星齿轮20的其他方面可以被配置为螺旋齿轮(helical gear)，其中每个齿轮齿23相对行星齿轮20的轴线成角度地延伸。在一些方面，行星齿轮20的螺旋构造可能是优选的。每个齿轮齿23被形成为行星齿轮20的实心挤压件，在成对的齿轮齿23之间具有间隙或空间。这些间隙或空间被配置为在齿轮啮合期间接收其他齿轮的齿轮齿。行星齿轮装置中的其他齿轮(例如，太阳齿轮30和内齿轮4)也具有与行星齿轮20相似的齿轮齿。如图2所示，太阳齿轮30被构造为与行星齿轮20相似，具有从太阳齿轮30的中心径向向外延伸的齿轮齿。由于内齿轮4的位置在外壳2内，内齿轮4具有相反的取向并且具有径向向内延伸的齿轮齿。在这两种情况下，太阳齿轮30和内齿轮2的齿轮齿可以在功能上与行星齿轮20的齿轮齿23相同。
31.图6是单个齿轮齿60的侧视图。该视图示出齿轮齿60的齿形(profile)。齿轮齿60是标准齿轮齿的示例，其可以在如下所解释的行星齿轮装置的任何齿轮上找到。图6所示的齿轮齿60的方面示出了齿轮齿60被形成为具有梯形形状，具有从齿轮表面66与径向成角度地向外延伸的第一侧62和第二侧63。第一表面62和第二表面63与形成齿轮齿60端部的外表面或尖端表面61相接。因此外表面61被设置在齿轮齿60的最外径向范围处。如图6所示，第一表面62和第二表面63在导致了在第一表面62和第二表面63与外表面61之间形成钝角的离散点处与外表面61相接。齿轮齿60的具体高度和厚度可以根据齿轮和齿轮传动系统的具体情况按需要而改变。如图6所示，齿轮齿高度是沿径向测量的。齿轮齿厚度是图6中垂直于高度的方向。齿轮齿通常被设计成具有随着径向距离(即，高度)增加而变窄的齿轮厚度，如图6所示。这导致外表面61为齿轮齿60的最窄厚度。这样做可以改善齿轮啮合，因为齿轮齿60的锥形齿形更容易配合到相应齿轮中产生的间隙中。
32.图6中所示的齿轮齿60的齿形可以在齿轮厚度方向上保持恒定，在图6中，该方向是进入和离开纸面的方向。这意味着当齿轮齿60延伸穿过齿轮表面66时，齿轮齿60的厚度和高度不会改变。
33.图7-12示出了根据本公开的齿轮齿60的方面。这些方面与图6中所示方面的不同之处在于它可以提供关于齿轮齿磨损和齿轮噪音的显著优势。
34.图7是结合了根据本公开的齿形修整的齿轮齿60的一个方面的侧视图。齿轮齿60的该方面包括从齿轮表面66朝向外表面61延伸的第一侧62和第二侧63。第一侧62以与上面关于图6所讨论的相同的方式与外表面61相交。然而，在图7的齿轮齿60中，齿形修整64被设置在第二侧63和外表面61之间。这里，齿形修整64被形成为在第二侧63和外表面61之间延伸并连接第二侧63和外表面61的附加平面。该表面与第二侧63和外表面61两者均形成角度，这导致第二侧63和外表面61之间的过渡不太突然。这种更平滑的过渡，即使对于更软或更柔韧的齿轮材料，可以产生更少的磨损，并且即使对于相对较硬或不太柔韧的齿轮材料，可以降低齿轮齿60啮合时的噪音。齿形修整64的该方面的平面的特定长度和角度可以基于整个系统的操作条件来选择。通常，增加齿形修整64的这个方面的尺寸可以导致外表面61和第二表面63之间的更平滑的过渡。然而，这种增加的尺寸可能需要与其他考虑因素相平衡，例如齿轮齿60的结构完整性和齿轮齿60的啮合能力。
35.图7中的齿轮齿60的方面示出了仅在齿轮齿60的单侧延伸的齿形修整64。例如，在仅沿一个方向转动的齿轮中，这可能是合乎需要的，因为这样齿轮齿60将仅在单侧经历显著负载，因此仅在负载侧需要齿形修整64。然而，齿轮可能会在两个方向上转动(例如，在车辆的齿轮箱中向前和向后转动)的情况经常发生。在这些系统中，可能希望在齿轮齿60的两侧都具有齿形修整64，如图8所示。图8中所示的齿轮齿60的方面类似于图7的方面，并且包括从齿轮表面66延伸的第一侧62和第二侧63。然而，存在两个齿形修整64，其包括将第一侧62和第二侧63连接到外表面61的平面。这些齿形修整64可以是相同的(并且因此，齿轮齿60的齿形是对称的)，或者它们可以根据设计要求而不同。例如，如果操作期间齿轮齿60上的负载在两个旋转方向上不相等，则可能需要在齿轮齿60的、对应于较低的操作负载的一侧具有较小的齿形修整64，因为该侧由于较低的负载，将不会经受由物理接触引起的更多的磨损。
36.图9显示了齿轮齿60的另一方面，其具有两个齿形修整64，将第一侧62和第二侧63连接到外表面61。如图9所示，这些齿形修整64是平滑的弯曲过渡，其基本上去除或消除侧面和外表面61之间的任何有角度的交叉。这些弯曲的过渡可以具有恒定的半径，或者它们可以具有取决于特定操作需要的变化的曲率半径。此外，这些方面齿形修整64的尺寸可以以与上述平面方面相同的方式变化。如图9所示的齿形修整64的这些弯曲方面使侧面和外表面61之间的过渡平滑，并且，即使对于更软或更柔韧的齿轮材料，可以减少磨损，以及即使对于相对较硬或不太柔软齿轮材料，可以降低齿轮噪音。如上所述，虽然图9示出了具有两个相同弯曲齿形修整64的齿轮齿60的方面，但是齿形修整不需要相同，并且可以根据操作要求而变化。此外，可能只有一个弯曲齿形修整64与如图7和图8所示的平面齿形修整64结合存在，或者弯曲齿形修整64可以是齿轮齿60上存在的唯一齿形修整64。
37.如上所述，齿轮齿60的多方面的齿形可以在齿轮厚度方向上保持恒定。然而，齿轮齿60的一些方面可能不具有恒定的齿形。例如，图10示出了齿轮齿60的侧视图，该侧视图是从与图4所示相同的视角观察的视图，但为了清楚起见仅包括单个齿轮齿60。齿轮齿60的这个方面不具有恒定的齿形。相反，如图10所示，齿轮齿60的齿形在朝向齿轮齿60的顶部是明显地更小的，然后朝向齿轮齿60的底部过渡到更宽的齿形。在图10的方面中，齿轮齿60的整个齿形在齿轮齿60的顶部处变窄，这意味着齿轮齿60的基部(最靠近齿轮面66的部分)与外表面61成比例地减小。然而，齿形的减小不需要保持不变。例如，齿轮齿60的基部尺寸可以是恒定的，但外表面61的尺寸可以变化。这种类型的变化可能是合乎需要的，因为它会导致齿轮齿60基部的材料增加以及由此产生的结构强度增加。在其他方面，齿轮齿60的基部可以在尺寸上以与外表面61的尺寸改变的不同的速率变化。
38.在齿轮宽度方向上改变齿轮齿60的齿形，特别是选择性地使齿形变窄，可导致较少的齿轮噪音和磨损，因为齿轮齿60与其他齿轮齿接触的表面积减小。
39.图11中所示的齿轮齿60的方面示出了具有变化齿形的齿轮齿60的另一个示例。在这方面，齿轮齿60的上端和下端都比齿轮齿60的中部窄。图11的齿形变化是对称的，尽管齿轮厚度的不对称改变也是可能的。例如，齿轮齿60的多方面可以在齿轮齿60的中心更窄而在齿轮齿60的上端和下端更宽。图12是图11中所示齿轮齿60的方面的透视图。在虚线中可见的部分是图6所示方面的标准齿轮齿60的轮廓。
40.图12从不同的视角图示了在这方面讨论的齿形的变化。图12中还示出了在第一表
面62和第二表面63之间测量的距离67。该距离67是在分别位于第一表面62和第二表面63上的两点67a和67b之间沿齿轮齿厚度方向测量的，其可以用一条沿齿轮齿厚度方向延伸的直线连接。在诸如图10-12中所示的齿轮齿60的方面中，在齿轮齿60上的恒定高度位置处测量的距离67在齿轮厚度方向上(即，在图10和11中的垂直方向上)变化。因此，当在齿轮厚度方向上的不同位置测量距离67时，点67a和67b保持在恒定(选定)高度。例如，假设距离67的高度对于所有三个测量值都保持不变，则在图11中所示的齿轮齿60的方面的顶部和底部附近测量的距离67将小于在齿轮齿60的中心附近测量的距离67。
41.上述对齿轮齿60的修整可以应用于行星齿轮装置中的任何齿轮。例如，这些修整可以应用于行星齿轮20、太阳齿轮30或内齿轮4。此外，这些修整可以应用于这些齿轮中的一个以上。例如，上面讨论的齿轮齿60的方面可用于行星齿轮20和太阳齿轮30两者。在其他方面，行星齿轮装置中仅单个齿轮(例如，行星齿轮20)可包含修整的齿轮齿60。
42.上面讨论的齿轮齿60的方面可以以不同的组合跨齿轮使用。例如，图8中所示的齿轮齿60的方面可用于行星齿轮20，而图11和12中所示的齿轮齿60的方面可用于太阳齿轮30。在一些方面，齿轮齿60可包含齿形修整和厚度修整。因此，例如，单个齿轮齿60可以包括如图9所示的齿形修整64并且可以具有如图11和12所示的变化的齿形。
43.根据以上讨论的、具有齿轮齿60的行星齿轮装置的方面的一些示例可包括以下内容。行星齿轮装置包括具有齿形修整64的行星齿轮20，例如，如图7-9所示。在这方面，太阳齿轮30和内齿轮4不具有修整的齿轮齿60。行星齿轮装置的另一方面包括具有如图10-12所示的齿形尺寸修整的行星齿轮20。在这方面，太阳齿轮30和内齿轮4不具有修整的齿轮齿60。行星齿轮装置的另一方面包括具有齿形修整64的太阳齿轮30，例如图7-9所示。在这方面，行星齿轮20和内齿轮4不具有修整的齿轮齿60。行星齿轮装置的另一方面包括具有如图10-12所示的齿形尺寸修整的太阳齿轮30。在这方面，行星齿轮20和内齿轮4不具有修整的齿轮齿60。这些方面仅旨在作为示例，因为可以通过例如组合这些方面的特征来构思行星齿轮装置的其他变体。
44.上面讨论的具有齿形修整64的行星齿轮20的方面可为如关于图3所讨论的、包括多个部分的托架10的方面提供特定的额外好处。如上所述，图3的托架10允许改进的组装效率。然而，连接多个部分以形成托架10可能导致公差增加，这可能导致在使用多部件托架10的行星齿轮装置方面中各种齿轮的啮合精度降低。这可能导致齿轮噪音增加，降低齿轮效率，并增加磨损。然而，实施一个或多个齿形修整64可改善齿轮齿啮合并降低噪音，以及因此可在使用多部件托架10时减少这些影响。因此，可通过由齿形修整64产生的改进而保持多部件托架10的改进组装效率。
45.应当理解，具体实施方式部分，而不是发明内容和摘要部分，旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述发明人所设想的本公开的一个或多个但不是所有示例性方面，因此，并不旨在以任何方式限制本公开和所附权利要求。
46.上述具体方面的描述将如此充分地揭示本公开的一般性质，以致其他人可以无需过度实验，在不脱离本公开的一般概念的情况下，通过应用本领域技术内的知识，容易地修改和/或适应这些具体方面的各种应用。因此，基于在此呈现的教导和指导，此类适应和修改旨在属于所公开实施例的等同的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是为了描述的目的而非限制性的，这样，本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和
指导来解释。
47.本公开的广度和范围不应受上述示例性方面中的任一个限制，而仅仅应当根据以下权利要求及其等同来限定。