专利名称：具有双螺旋齿的行星齿轮变速器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及动力变速器，具体地涉及具有螺旋齿轮齿的行星齿轮组。
背景技术：
由于关联于正齿轮(spur gear)操作的噪音，通常汽车变速器的齿轮总成包括 螺旋齿轮装置以提供更安静的操作。然而，关联于螺旋行星齿轮组的认识到的一个设 计约東是在配合的齿轮齿之间传递扭矩的切向载荷(tangential loads )的轴向推力 分力。轴向分力由配合的齿轮齿的螺旋角造成。
在行星齿轮单元中，太阳轮和环齿轮与每个行星小齿轮啮合。由于行星小齿轮的 两个啮合处在接触线上的相反的轴向上施加到每个行星小齿轮的推力载荷会在每个 行星小齿轮上引起倾覆力矩。倾覆力矩的反作用造成附加的轴承载荷，以及增加了滚 针的端部载荷的可能性，在滚针上每个小齿轮支撑在其小齿轮轴上。附加的载荷减少 了轴承寿命。在一些情况中，即使齿轮寿命是足够的，也附加小齿轮到总成中以提高 轴承寿命。
轴向力造成行星齿轮总成的内部和外部的其他构件的不必要的载荷。在总成中， 倾覆力矩造成的轴向/力矩载荷对轴承、垫圈、小齿轮轴、齿轮架表面、小齿轮孔产 生不利影响。附加到大多数变速器总成上以反作用于推力载荷的多个推力轴承增加了 总成所要求的装配空间。
此外，必须在总成的外部对推力载荷施加反作用，从而要求使用昂贵的外部推力 轴承。这些要求增加了变速器总成的制造和装配成本且增加了总成的长度，变速器总 成的长度在具有前轮驱动的车辆中尤为重要，在前轮驱动的车辆中变速器和发动机相 对于车辆的纵轴是在横向上设置的。
在汽车工业中，众所周知人字齿轮可以用来处理关联于常规的螺旋齿轮装置的推 力载荷。因为人字齿轮/双螺旋齿轮制造困难且成本较高，以及难于装配，在汽车传 动系、变速器或分动箱中很少使用。
需要一种技术，在变速器总成中能够限制和避免使用推力轴承并消除推力载荷在 行星齿轮变速器行星小齿轮中引起的倾覆力矩，还能保持关联于螺旋齿轮齿的安静的 齿轮操作。
发明内容
行星齿轮组包括太阳轮，太阳轮包括具有第一螺旋角的第一组齿轮齿和与第一组 齿轮齿形成一体且具有相对于第一螺旋角方向相反的第二螺旋角的第二组齿轮齿；环 齿轮，环齿轮包括具有第三螺旋角的第三组齿轮齿，及具有相对于第三螺旋角方向相 反的第四螺旋角的第四组齿轮齿；及行星小齿轮，每个行星小齿轮包括具有第五螺旋 角的第五组齿轮齿，及与第五组齿轮齿形成为一体且具有相对于第五螺旋角方向相反 的第六螺旋角的第六组齿轮齿。
在行星小齿轮上每个啮合处形成的轴向分力或推力大小相等且方向相反。在一个 啮合处在每个行星小齿轮上形成的推力分力在相应的行星小齿轮中被在相应的行星 小齿轮上的另一个啮合处形成的推力分力抵消。因此，在任何行星小齿轮上基本上没 有不平衡的净推力分力，这样的力要求使小齿轮保持结构平衡的反作用力，且在小齿 轮上不需要提供反作用力。
类似地，在每个啮合处形成的轴向分力引起的倾覆力矩在相应的小齿轮中被在相 应的行星小齿轮上的另一个啮合处形成的倾覆力矩抵消。因此，在任何行星小齿轮上 基本上没有不平衡的净倾覆力矩，这样的力矩要求使小齿轮保持结构平衡的反作用力 矩。从而，由于消除了啮合螺旋角的轴向载荷分量造成的倾覆力矩，在小齿轮轴上支 撑相应小齿轮的轴承减少了载荷，也减少了端部载荷的风险。
相比较于具有相同最大扭矩的那些常规行星齿轮组，该齿轮组的尺寸较小且重量 较轻，此外噪音、振动、不平稳性也优于常规行星齿轮组。而制造和装配该齿轮组的 成本低于那些常规行星齿轮组。
参考本文的详细说明、权利要求、及附图，优选实施例的应用范围将是显而易见 的。应理解说明和具体的示例，尽管指示了本发明的优选的实施例，但仅给出用于演 示。对描述的实施例和示例的改变和修改对于本领域技术人员是显而易见的，如简单 和复杂的拉威挪式(Ravigneaux)齿轮架。
参考附图，根据优选实施例的详细说明，这些和其他的优点对于本发明技术人员 将是显而易见的。
图1是行星齿轮变速器齿轮组的局部截面图2是具有两个螺旋齿轮齿组的太阳轮的侧视图3是示出围绕太阳轮的轴彼此偏置的齿轮齿组的图2的太阳轮的侧视图； 图4是示出围绕小齿轮的轴彼此偏置的小齿轮齿组的行星小齿轮和小齿轮轴的 侧视图5是示出与太阳轮和环齿轮的齿接合的小齿轮齿的透视图； 图6是环齿轮的第一部分的透视侧视图； 图7是环齿轮的第二部分的透视侧视图；及
图8是如图1的变速器所示的已装配的第一环齿轮部分和第二环齿轮部分的透视
侧视图。
具体实施例方式
现参考图1,行星齿轮变速器IO包括具有包含输入轴14、输出轴16及行星齿轮 总成18的壳体l2。齿轮总成18包括太阳轮20、环齿轮22、齿轮架24、及支撑在齿 轮架上且与太阳轮和环齿轮啮合的一组行星小齿轮26。每个行星小齿轮26通过轴承 28支撑用于在固定到齿轮架24的小齿轮轴30上旋转。每个小齿轮轴30在齿轮架24 上与其他的小齿轮轴围绕中轴32成角度地间隔，但这种间隔不必均勾地围绕轴32。 齿轮架24通过花键34传动连接到输入轴14,环齿轮22通过盘36传动连接到输出 轴16。
螺旋线是围绕圆柱或圆锥的外表面并在围绕圆柱或圆锥的外表面时沿着圆柱或 圆锥的轴均匀地行进的曲线，螺旋角是在任何点上螺旋线的直切线与圆柱或圆锥中的 元素，如垂直于轴的径向平面或平行于轴的径向平面相交的夹角。
图2示出包括形成有彼此方向相反的螺旋线的两组齿轮齿的太阳轮20和将太阳 轮20连接到结构部件或环48的花键齿46,两组齿轮齿中第一组齿轮齿40具有右螺 旋线和位于环形槽44的右侧上的齿宽(face width),第二组齿轮齿42具有位于环 形槽44的左侧的左螺旋线。环形槽44允许形成齿轮齿40、 42的成形器/切割器行进 通过一组螺旋齿并在到达另一组螺旋齿之前停止。环形槽44的宽度是可调节的，在 一些情况下，取决于制造方法，可以不要求使用环形槽44。
太阳轮20是集成单元，即没有任何连接，如组成构件之间的机械连接、摩擦接 合、过盈配合或化学粘接的整体形成的单一构件。优选地太阳轮20形成为烧结粉末 金属的集成单元。
图3示出齿轮齿40均勾地围绕太阳轮20的轴32相对于齿轮齿42优选地偏移 (index)或偏置半个齿距(tooth pitch)。在两组齿轮齿40、 42之间的齿距偏置 可以均勻地围绕轴32,但不同于半个齿距，或齿轮齿组40、 42可以彼此对准而没有 齿距偏置。
图4示出每个行星小齿轮26也是集成的齿轮，包括形成有彼此方向相反的螺旋 线的两组齿轮齿，第一组齿轮齿50具有左螺旋线，第二组齿轮齿52具有右螺旋线。 较短的环形槽54位于齿轮齿50和齿轮齿52之间。齿轮齿组50与太阳轮20上的齿 轮齿组40啮合和接合，齿轮齿组52与太阳轮上的齿轮齿组42啮合和接合。
每个小齿轮26是集成单元，即整体形成的没有任何连接，如在组成部件之间的 机械连接、摩擦接合、过盈配合或化学粘接的单一构件。优选地，每个行星小齿轮 26形成为烧结粉末金属的集成单元。
图4示出齿轮齿50均匀地围绕小齿轮26的轴56相对于齿轮齿52优选地偏移或 偏置半个齿距。在两组齿轮齿50、 52之间的齿距偏置可以均匀地围绕轴56,但不同
于半个齿距，或齿轮齿组50、 52可以彼此对准而没有齿距偏置。
类似地，图1示出环齿轮22,环齿轮22包括形成有彼此反向的螺旋线的两组齿 轮齿，第一组齿轮齿60具有左螺旋线和位于环形槽62的右侧上的齿宽，第二组齿轮 齿64具有位于环形槽64的左侧的右螺旋线。优选地，环齿轮22由烧结粉末金属形 成。
环齿轮22的第一组齿轮齿60均句地围绕环齿轮26的轴32相对于第二组齿轮齿 64优选地偏移或偏置半个齿距。在两组齿轮齿60、 64之间的齿距偏置可以均勾地围 绕轴32，但不同于半个齿距，或齿轮齿组60、 64可以彼此对准而没有齿距偏置。齿 轮齿组50与环齿轮22上的齿轮齿组62啮合和接合，齿轮齿组52与太阳轮上的齿轮 齿组62啮合和接合。
图5示出与太阳轮20和环齿轮22啮合的行星小齿轮26。小齿轮齿组50与太阳 轮20的齿轮齿40啮合且与环齿轮22的齿轮齿60啮合。齿轮齿组52与太阳轮20的 齿轮齿42啮合且与环齿轮22的齿轮齿64啮合。
如图6至图8所示，环齿轮22形成有两个部分形成有螺旋齿组60的内齿轮的 第一环齿轮部分70,及形成有螺旋齿组64的内齿轮的第二环齿轮部分74。
第一环齿轮部分70的环形圆简82的外表面形成有一系列围绕轴32成角度间隔 的、径向齿轮齿78及径向槽80,每个径向槽80位于相邻的两个齿轮齿78之间。
圆简82从径向槽80和径向齿78沿着轴32延伸到一系列轴向齿轮齿84和间隔 86,每个间隔位于相邻的齿轮齿84之间并具有开放的轴向端部。每个齿轮齿84的廓 线是具有在轴32方向上的轴向表面88、从表面82的轴向边缘92延伸并在轴向上和 周向上倾斜的表面90、及在每个齿轮齿84的底部连接表面88和表面90的周向表面 92的梯形。
第二环齿轮部分74的环形圆简100的外表面形成有一系列围绕轴32成角度间隔 的轴向齿轮齿102和轴向凹口 104。每个凹口 104的廓线与在第一环齿轮部分70上 的每个齿轮齿84的廓线互补，并具有在齿轮齿84在轴向上插入到凹口 104中时用于 接收齿轮齿84的开放的端部106。类似地，每个轴向齿轮齿102的廓线与第一环齿 轮部分70上的每个轴向间隔86的廓线互补。优选地，凹口 104的数目等于齿轮齿 84的数目，间隔86的数目等于齿轮齿102的数目，每个轴向凹口 104与相应的轴向 齿轮齿84对齐，每个轴向间隔86与相应的轴向齿轮齿102对齐。当凹口104、间隔 86与齿轮齿84、齿轮齿102彼此接合时，在环齿轮22的部分70和部分74之间形成 传动连接。该连接在部分70和部分74之间提供扭矩连贯性，允许彼此分离，且若使 用齿距偏置，该连接偏移以便齿轮齿组50和60以及齿轮齿组52和64以合适的齿距 偏置接合。
图7示出位于环齿轮部分70的间隔86中并与其接合的环齿轮74上的齿轮齿102, 及位于环齿轮部分74上的凹口 104中并与其接合的环齿轮部分70上的齿轮齿84。
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螺旋齿轮齿组40、 50、 60的左螺旋角或右螺旋角相对于相应的螺旋齿轮齿组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，若齿轮齿40的螺旋角为右旋，则齿轮组42的螺旋方向为左旋。小齿轮26的 螺旋齿轮齿50相对于小齿轮26的螺旋齿轮齿52在周向上偏移半个齿距，太阳轮20 的螺旋齿轮齿40相对于太阳轮20的螺旋齿轮齿42在周向上偏移半个齿距。类似地， 环齿轮22的螺旋齿轮齿60相对于环齿轮22的螺旋齿轮齿64在周向上偏移半个齿距。
由于行星小齿轮26的齿轮齿50、 52与环齿轮22和太阳轮20接合，传递到行星 小齿轮26的齿轮齿50、 52的轴向力或推力分力大小相等且方向相反。例如，在行星 小齿轮26的每组齿轮齿50、 52上的推力分力在相应的行星小齿轮中被在相应的行星 小齿轮上的另一组齿轮齿上形成的推力分力抵消。因此，在任何行星小齿轮上基本上 不存在不平衡的净推力分力，这样的力要求使小齿轮保持结构平衡的反作用力，且不 需要在小齿轮26上提供反作用力。
类似地，传递到小齿轮26的每个齿轮齿组50、 52的由推力分力引起的任何倾覆 力矩在相应的小齿轮中被传递到相应的行星小齿轮上的其他的齿轮组的倾覆力矩抵 消。因此，基本上没有不平衡的净倾覆力矩施加到任何行星小齿轮20上，这样的力 矩要求使小齿轮保持结构平衡的反作用力矩。因此，在小齿轮轴30上支撑小齿轮26 的轴承实际上没有由于在小齿轮上不平衡的倾覆力矩而产生的端部载荷。
太阳轮20和环48通过液动制动器120交替地固定在壳体12上防止旋转和放开， 液动制动器120由伺服机构122驱动，伺服机构122包括液压缸124、位于液压缸中 的活塞126、用于使活塞保持在图1的分离的位置的复位弹簧128、及交替地使液压 缸加压或泄压的液压管路130。当通过液压缸124中的液压压力接合液动制动器120 时，活塞使固定到液压缸134、环48及太阳轮20的摩擦盘132和固定到壳体12的 压力板136彼此摩擦接触。当液动制动器120分离时，弹簧128使活塞126向左受力， 允许摩擦盘132和压力板136彼此分离。
类似地，太阳轮20和环48到变速器10的另一个构件138的传动连接通过液动 离合器140交替地断开和闭合，液动离合器140通过伺服机构142驱动，伺服机构 142包括液压缸134、位于液压缸中的活塞146、用于使活塞回到在图1的分离的位 置的复位弹簧148、及交替地使液压缸加压和泄压的液压管路1"。当通过液压缸I" 中的液压压力接合离合器140时，活塞使固定到构件138的摩擦盘1S2和固定到环 48和太阳轮20的压力板136彼此摩擦接触。当离合器140分离时，弹簧H8使活塞 146向左受力，允许摩擦盘1W和压力板1M彼此分离。
根据一方面，行星齿轮组包括安装用于围绕轴旋转的太阳轮，太阳轮包括具有第 一螺旋角的第一组齿轮齿和与第一组齿轮齿形成一体且具有相对于第一螺旋角方向 相反的第二螺旋角的第二组齿轮齿；具有第一部分和第二部分的环齿轮，第一部分包 括具有第三螺旋角的第三组内齿轮齿和每个围绕轴隔开且沿着轴延伸的第一离合器
齿，第二部分包括具有相对于第三螺旋角方向相反的第四螺旋角的第四组内齿轮齿和
围绕轴隔开且可由第一离合器齿接合的第二离合器齿；齿轮架；及在齿轮架上支撑用 于旋转且与太阳轮和环齿轮接合的行星小齿轮，每个小齿轮包括具有第五螺旋角的第 五组齿轮齿，及与第五组齿轮齿形成一体且具有相对于第五螺旋角方向相反的第六螺 旋角的第六组齿轮齿。
在上述齿轮组的一个实施例中，第一组齿轮齿相对于第二组齿轮齿在周向上偏移 半个齿距。在另一个实施例中，第三组齿轮齿相对于第四组齿轮齿在周向上偏移半个 齿距。还在另一个实施例中，每个行星小齿轮的第五组齿轮齿相对于第六组齿轮齿在 周向上偏移半个齿距。还在另一个实施例中，第一组齿轮齿和第二组齿轮齿用粉末金 属形成且形成一体而没有机械连接或粘接。还在另一个实施例中，第三组齿轮齿和第 四组齿轮齿用粉末金属形成且形成一体而没有机械连接或粘接。还在另一个示例中， 环齿轮用粉末金属形成。
根据专利法条款，已描述了优选的实施例。然而，应注意，也可以实施与具体示 出和描述的实施例不同的替代实施例。
权利要求
1. 一种行星齿轮组，包括:太阳轮，所述太阳轮包括具有第一螺旋角和第一螺旋角方向的第一组齿轮齿，及与所述第一组齿轮齿形成为一体且具有第二螺旋角和与所述第一螺旋角方向相反的方向的第二组齿轮齿；环齿轮，所述环齿轮包括具有第三螺旋角和第三螺旋角方向的第三组齿轮齿，及具有第四螺旋角和与所述第三螺旋角方向相反的方向的第四组齿轮齿；齿轮架；及行星小齿轮，所述行星小齿轮在所述齿轮架上支撑用于旋转且与所述太阳轮和所述环齿轮接合，每个行星小齿轮包括具有第五螺旋角和第五螺旋角方向的第五组齿轮齿，及与所述第五组齿轮齿形成为一体且具有第六螺旋角和与所述第五螺旋角方向相反的方向的第六组齿轮齿。
2. 如权利要求l所述的齿轮组，其特征在于，所述第一组齿轮齿相对于所述第二组齿轮齿在周向上偏移半个齿距。
3. 如权利要求1所述的齿轮组，其特征在于，所述第三组齿轮齿相对于所述第 四组齿轮齿在周向上偏移半个齿距。
4. 如权利要求1所述的齿轮组，其特征在于，所述每个行星小齿轮的第五组齿 轮齿相对于所述第六组齿轮齿在周向上偏移半个齿距。
5. 如权利要求1所述的齿轮组，其特征在于，所述第一组齿轮齿和所述第二组 齿轮齿由粉末金属形成且形成为一体而没有机械连接或粘接。
6. 如权利要求1所述的齿轮组，其特征在于，所述每个行星小齿轮的第五组齿 轮齿和第六组齿轮齿由粉末金属形成且形成为一体而没有机械连接或粘接。
7. 如权利要求1所述的齿轮组，其特征在于，所述环齿轮由粉末金属形成。
全文摘要
本发明涉及一种具有双螺旋齿的行星齿轮变速器。行星齿轮组包括太阳轮，太阳轮包括具有螺旋角的第一组齿轮齿和与第一组齿轮齿形成为一体且具有相对于第一螺旋角方向相反的第二螺旋角的第二组齿轮齿；环齿轮，环齿轮包括具有第三螺旋角的第三组齿轮齿，及具有相对于第三螺旋角方向相反的第四螺旋角的第四组齿轮齿；及行星小齿轮，每个行星小齿轮包括具有第五螺旋角的第五组齿轮齿，及与第五组齿轮齿形成为一体且具有相对于第五螺旋角方向相反的第六螺旋角的第六组齿轮齿。
文档编号F16H3/44GK101377230SQ20081021583
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月26日 优先权日2007年8月27日
发明者小约翰·D·埃米里奥, 格雷格·D·加德纳, 约翰·W·吉姆斯, 詹姆士·拉特尔, 马修·T·特伦特, 马克·W·罗瑟洛特 申请人:福特环球技术公司