专利名称：行星齿轮传动装置、行星齿轮差速器和带有行星齿轮差速器的传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有至少两个行星齿轮传动级的行星齿轮传动装置，其中每个行星齿轮传动级分别由恒星齿轮和至少一组行星齿轮形成，其中，齿轮在行星齿轮传动装置中相互齿啮合，使得在每个齿啮合中由第一齿形成的第一齿部的至少一个第一齿形状配合地啮合到由第二齿形成的第二齿部的齿槽中，并且此处，第一齿利用第一齿面在至少一个齿接触部中碰触第二齿部上的在一侧形成齿槽的边界的第二齿的至少一个第二齿面。本发明还涉及一种带有该行星齿轮传动装置的行星齿轮差速器和带有该行星齿轮差速器的传动装置。
背景技术：
DE102009032286A1描述了一种带有这类行星齿轮传动装置的行星齿轮差速器。行星齿轮差速器具有两个行星齿轮传动级，其中每个行星齿轮传动级分别由恒星齿轮和一组行星齿轮形成。恒星齿轮和行星齿轮为带有端面齿部的齿轮，该端面齿部被设计为渐开线齿部。行星齿轮以相对于行星齿轮差速器的主轴线的径向间距可绕恒星齿轮转动地支承在行星齿轮销上，并且与恒星齿轮齿啮合。
行星齿轮销固定在行星齿轮架上。组中的行星齿轮和分别与行星齿轮传动级相关的恒星齿轮齿哨合，使得在每个齿哨合中由圆周分布的第一齿形成的第一齿部上的至少一个第一齿形状配合地啮合到由第二齿形成的第二齿部的齿槽中。此处，第一齿利用第一齿面碰触第二齿的至少一个第二齿面，该第二齿与另一个第二齿共同在齿轮的周向上形成齿槽的边界。这些齿在齿接触部中彼此碰触，如在端面齿部中通常的那样。齿啮合是指齿轮与对应齿轮的齿部通过齿轮的齿相互啮合到对应齿轮的齿槽中而形成的可形状配合地运动的连接，反之亦然。
这种行星齿轮差速器非常适用于安装在分动器中。此外，行星齿轮组、行星齿轮传动装置和行星齿轮差速器非常适用于使用在用于混合驱动装置的电动驱动单元中。在DE102008061946A1中描述了这种驱动单元。驱动单元具有主驱动装置和辅驱动装置。主驱动装置通过行星齿轮组与行星齿轮差速器传动连接。行星齿轮差速器的特征主要在于两组平衡轮(Ausgleichsraeder),这些平衡轮分别通过一组行星齿轮形成。每个平衡行星齿轮可绕转动轴线转动地支承在行星齿轮销上，该转动轴线相当于行星齿轮销的对称轴线。行星齿轮的转动轴线平行于输出轮的旋转轴线、即朝着行星齿轮差速器的恒星齿轮的旋转轴线取向。恒星齿轮的共轴的旋转轴线与差动器同心，并且位于驱动单元的主轴线上。此外，驱动单元的主轴线还与主驱动装置和辅驱动装置的驱动轴重合。行星齿轮差速器的差动轴为恒星齿轮，恒星齿轮例如分别与引导到车轮的输出轴连接。每个恒星齿轮与一组平衡行星齿轮齿啮合。
通过辅驱动装置可以经由叠加传动装置附加地将扭矩引入到行星齿轮差速器中，并且使其分布对差动轮产生影响。在此情况下，主驱动装置和辅驱动装置是彼此共轴布置的电动机。叠加传动装置通过相互耦接的行星齿轮传动装置形成。这种驱动单元可以与其他的驱动源无关地(例如与内燃机无关地)使用，或可以与其他驱动源一起来使用。
在通过DE102009032286A1来描述的且在根据DE102008061946A1的前序部分所述的驱动单元中所使用的前序部分所述的行星齿轮差速器中，第一行星齿轮的齿部与第二行星齿轮的齿部齿轮啮合。优选地，第一行星齿轮的齿数在此对应于第二行星齿轮的齿部的齿数，然而也可以不同。同时，其中一组中的行星齿轮的齿部与仅仅一个恒星齿轮的齿部齿啮合，而该组中的行星齿轮的齿部未与其他恒星齿轮的齿部齿啮合。为了能够实现这，一组中的行星齿轮必须比另一组中的行星齿轮中的齿“长”，也即轴向上宽，并且在此轴向搭接其他恒星齿轮，而不与其碰触。
因为较长的行星齿轮为了与较短的行星齿轮齿啮合必须轴向搭接其中一个恒星齿轮而不与其碰触，所以轴向搭接的恒星齿轮必须具有与相邻的恒星齿轮相比更少的齿数、也即更小的直径。然而可替选地且优选地，轴向搭接的恒星齿轮的齿部具有与其他恒星齿轮相同的齿数，而设计有较小的齿顶圆。在此情况下，前提是这两组中的行星齿轮彼此间具有相同齿数和相同直径。
恒星齿轮的不同齿顶圆直径可以通过本领域公知的齿廓变位来实现。具有较大齿顶圆的恒星齿轮的齿接触部在此可通过正齿廓变位来实现，而相应地具有较小齿顶圆的恒星齿轮的齿接触部可通过负齿廓变位来实现。齿顶圆是假想的圆，该圆以等大的齿从外部包围齿部的齿。齿顶圆直径因此是这种端面齿部的外直径。它出于齿轮的位置需求而在所有径向方向上受制于转动轴线或者旋转轴线。同时，搭接的恒星齿轮相对于与其齿啮合的行星齿轮的轴间距更小，以便能够使较短的齿轮与该恒星齿轮梳接。在此情况下，前提是在第一组中的行星齿轮与第一恒星齿轮之间以及在第二组中的行星齿轮与第二恒星齿轮之间的传动比相一致。发明内容
本发明的任务在于，提供一种行星齿轮传动装置、带有这种行星齿轮传动装置的行星齿轮差速器和带有这种行星齿轮差速器的传动装置，其分别紧凑地构造，并且其分别具有的齿轮的齿部的承载能力闻。
本发明按照权利要求1和从属权利要求的主题来解决。
第一齿部的齿具有在处于齿哨合的齿部的横截面上来观察的齿面轮廓,该齿面轮廓凹面地拱曲。而第二齿部的齿具有在同一横截面中凸面地拱曲的齿面轮廓。第一齿和第二齿在齿接触部中彼此碰触的齿面相应地至少在齿接触部中在相同的方向上拱曲。
如上所述,其中一个齿轮的齿部的齿具有凹面的齿面几何结构。凹面的齿面几何结构要么连续地，在理想情况下呈圆弧形分布地拱曲，要么以齿面线的不均匀分布向内拱曲到相应齿中，使得在两个相互对置的齿面之间在齿轮的横截面上来观察的齿槽在轮廓上例如显现为圆弧轮廓形式，可替选地哥特式轮廓形式或带有椭圆分布的轮廓(沿长的半轴来观察的半椭圆形)形式。齿的齿面轮廓本身在相同横截面中在轮廓上相应显现为圆弧形、杯形或钟形。在此并不排除的是，齿根处的槽和齿顶被平整地或呈圆弧形地辗平，也即，相应轮廓在其尖端处可以说好像被切掉。
其他对应齿部的啮合到上述齿轮的齿槽中的齿具有凸面的齿面几何结构。凸面的齿面几何结构要么连续要么不连续分布地向外拱曲，使得齿的齿面轮廓在齿轮的横截面中在轮廓上例如显现为圆弧轮廓形式(圆弧齿轮啮合的经典形式)，可替选地为哥特式轮廓形式或具有椭圆分布(半椭圆)的轮廓形式。在同一横截面中来观察的在两个相互对置的齿之间的齿槽则相应地在轮廓上显现为圆弧形、杯形或钟形。在此还不排除的是，在齿根处的槽和齿顶被平整地或呈圆弧形地辗平，也即，相应轮廓在其尖端处可以说好像被切掉。
对于这种典型形式的被称为圆弧齿轮啮合的齿轮啮合而言典型的是，齿轮的齿的凹面的齿面轮廓的一部分始终分别与对应齿轮的齿部的齿的凹面的齿面轮廓哨合。在横向于两个处于齿啮合中的齿轮的齿轮的旋转轴线的横截面上来观察，凸面和凹面的齿的齿面的齿面轮廓的相互处于齿啮合的齿面线因此在相同的方向上拱曲，使得凸面地拱曲的齿的齿面明显地贴靠到凹面地拱曲的齿的齿面中。在这种组合中形成了有效的齿间的挤压关系。对于这种传动装置而言，在齿面挤压方面期待更高的承载能力。此外，当恒星齿轮通常支承在均匀圆周间距布置的数目不等的行星齿轮上时，通过这种齿面接触促进了恒星齿轮相对于行星齿轮传动装置的主轴线的自对中。这种齿部的齿高在相同模型中比在例如渐近线齿轮的齿高小。这种行星齿轮传动装置的重量因此比例如具有渐近线齿轮啮合的行星齿轮传动装置小。
本发明的扩展方案设计为:
-在至少一个行星齿轮传动级中的恒星齿轮是带有齿的齿轮，这些齿具有凹面地分布的齿面轮廓。相应地，组中的行星齿轮分别为带有齿的对应齿轮，这些齿具有凸面地分布的齿面轮廓。
-根据权利要求1的行星齿轮传动装置具有两个行星齿轮传动级，在该行星齿轮传动级中，行星齿轮传动级的行星齿轮与第二行星齿轮传动级的齿轮齿啮合。在第一行星齿轮传动级的行星齿轮组内部的行星齿轮为带有齿的齿轮，这些齿具有凹面地分布的齿面轮廓。
-根据权利要求1的行星齿轮传动装置具有两个行星齿轮传动级，在该行星齿轮传动级中，第一行星齿轮传动级的第一行星齿轮与第二行星齿轮传动级的齿轮齿啮合。在第一行星齿轮传动级的行星齿轮组内部的行星齿轮为带有齿的齿轮，这些齿具有凹面地分布的齿面轮廓。第二行星齿轮传动级的第二行星齿轮具有对应齿轮，对应齿轮具有凸面地分布的齿面轮廓。第一行星齿轮与第一恒星齿轮齿咬合，该第一恒星齿轮具有带有齿的对应齿轮，该齿具有凸面地分布的齿面轮廓。第二行星齿轮与第二恒星齿轮齿啮合，第二恒星齿轮具有带有齿的齿轮，这些齿具有凹面地分布的齿面轮廓。
-带有根据权利要求1的行星齿轮传动装置的行星齿轮差速器，其具有作为差动箱(DifTerenzialkorb)和驱动轴(行星齿轮传动装置的总轴)的行星齿轮架。此外,行星齿轮差速器由两个行星齿轮组和两个恒星齿轮形成。行星齿轮组的行星齿轮共同支承在行星齿轮架上，该行星齿轮架也可以是多件式的，然而其各部件被抗扭矩地(drehmomentfest)彼此连接。恒星齿轮作为差速器的差动轴与输出轴耦接，其中每个输出轴例如都通向车轮。
-优选地，在行星齿轮差速器中有两个行星齿轮传动级，该行星齿轮传动级与根据权利要求1的特征的带有第一和第二齿部的第二组和第二恒星齿轮以及第一组和第一恒星齿轮组合。
-优选地，行星齿轮差速器的恒星齿轮具有共同的旋转轴线，该旋转轴线对应于差动装置的主轴线。
-传动装置，其可以是带有一个驱动装置和三个输出装置的分动器。可替选地，传动装置为驱动单元的组成部分，至少一个电动机集成到该驱动单元中。在根据本发明的实施方案中，传动装置具有行星齿轮差速器，并且相应地通过两组行星齿轮和每组各一个恒星齿轮形成。两组行星齿轮被支承在共同的支架上，该支架可以是多件式的，然而其各部件通过可想到的方式被抗扭矩地相互耦接。恒星齿轮与输出轴连接，其中每个输出轴例如都通向车轮。此外，传动装置设置有第三行星齿轮传动级。第三行星齿轮传动级由与第三恒星齿轮齿啮合的第三组行星齿轮形成。行星齿轮架可通过第三行星齿轮传动级驱动。第三组的行星齿轮被可转动地支承在与行星齿轮差速器的行星齿轮传动级的组相同的行星齿轮架上。至少一个、可替选两个或三个行星齿轮传动级具有至少一个由带有凹面的和凸面的齿面轮廓的齿部的组合。
图1以沿行星齿轮差速器I的主轴线2的简化示意半视图形式示出了根据本发明的行星齿轮差速器I的一个实施例。行星齿轮差速器I具有两个分别带有一组行星齿轮3或4的行星齿轮传动级30和40,其中分别示出了仅行星齿轮3/齿轮3’或行星齿轮4/齿轮4’。行星齿轮3分别可转动地支承在未示出的行星齿轮销的销轴5上，该行星齿轮销以相对于主轴线2的第一径向间距固定在行星齿轮架6上。行星齿轮4被分别可转动地支承在未示出的行星齿轮销的销轴7上，该行星齿轮销以相对于主轴线2的第二径向间距固定在行星齿轮架6上。
行星齿轮3始终与行星齿轮4齿啮合，如通过虚线3/4所表示的那样。每个短的行星齿轮3与恒星齿轮8而不与恒星齿轮9齿啮合。恒星齿轮8和9为齿轮8’和9’，并且仅被示出一半。每个长的行星齿轮4与恒星齿轮9而不与恒星齿轮8齿啮合。恒星齿轮8和9可相对于行星齿轮架6且相对于彼此转动且分别与输出轴10或11连接。恒星齿轮8和9的旋转轴线对应于主轴线2。驱动元件12位于行星齿轮差速器上，该驱动元件可选地可以为锥齿轮、圆柱齿轮、带轮或链轮，并且该驱动元件被固定在行星齿轮架6上。
图2以沿行星齿轮差速器I的主轴线2或沿传动装置13的主轴线2的简化示意图形式示出了带有根据图1的行星齿轮差速器I的根据本发明的传动装置13的一个实施例。图3以沿其主轴线2的纵截面图形式示出了这种传动装置13。传动装置13除了行星齿轮差速器I的行星齿轮传动级30和40之外还具有其他行星齿轮传动级20。行星齿轮传动级20通过一组行星齿轮14形成，其中仅示出了一个为齿轮14’的行星齿轮14。行星齿轮14与第三恒星齿轮15齿啮合。恒星齿轮15为如下齿轮15’，该齿轮仅被示出一半。行星齿轮14与短的行星齿轮3 —起在行星齿轮架6上的行星齿轮销上可绕销轴5转动。此夕卜，行星齿轮14还与内齿轮16齿啮合。
在根据图2的视图中，恒星齿轮15或内齿轮16可选地是传动装置13的其中一个或另一个驱动元件12。当传动装置13为分动器时，内齿轮16为驱动元件12。恒星齿轮15在此情况下与其他驱动轴17连接，该驱动轴例如从分动器引导至轴传动装置。在带有至少一个电动机的驱动单元中，元件中的一个(恒星齿轮15或者内齿轮16)可以是驱动元件12，或在驱动单元中两个元件(恒星齿轮15和内齿轮16)都可以是传动装置的驱动元件12。
在根据图3的附图中，行星齿轮架6通过两个碗状的元件18形成，这两个元件将组合元件19轴向固定在其间。在组合元件19上可以以圆柱齿轮的形式一件式地组合内齿轮16和驱动元件12。同时，在组合元件19上组合了间隔保持装置和紧固凸缘。根据图3的传动装置13可被用作分动器，在该分动器中，恒星齿轮8、9和15可以被分别插到输出轴上。
图4a和4b分别示出了在垂直于主轴线2的横截平面中的横截面的细节图，通过该细节图描述了之前所描述的且结合其在图1至3中所说明的实施例的可能的齿轮对，SP齿轮3’与齿轮4’和同时与齿轮8’、齿轮4’与齿轮3’和同时与齿轮9’和/或齿轮14’与齿轮15’。
齿轮3’、4’、8’、9’、14’和15’彼此齿啮合，使得在每个齿啮合中多个在第一齿部22上圆周分布的齿21中的至少一个第一齿21形状配合地啮合到第二齿部24的齿槽23中。第一齿21利用第一齿面25在至少一个齿接触部28中碰触第二齿部24上的在一侧形成齿槽23的边界的第二齿27的至少一个第二齿面26。第一齿部22的第一齿21具有齿面轮廓29，该齿面轮廓分别是凹面地拱曲的。第二齿部24的第二齿27分别具有凹面地拱曲的齿面轮廓31。第一齿21和第二齿27的在齿接触部28中彼此碰触的齿面25和26相应地在根据图4a的视图中(例如在图中向左)且在根据图4b的视图中(例如在图中向右)至少在齿接触部28中同向拱曲。
如从根据图4a的视图中所得到的那样，第一齿部22的第一齿21在齿轮4’、8’和15’上构造有凹面地分布的齿面轮廓29。第二齿部24的第二齿27被齿轮3’、9’和14’承载，其中，该第二齿分别具有凹面地分布的齿面轮廓31。如从图4b中得到的那样，第一齿部22的第一齿21在齿轮3’、9’和14’上构造有凹面地分布的齿面轮廓29。第二齿部24的第二齿27被齿轮4’、8’和15’承载，其中，该第二齿具有凹面地分布的齿面轮廓31。
附图标记
1I行星齿轮差速器|14’ ( 2主轴线15 恒星齿轮 20 行星齿轮传动级 15’ 齿轮 3行星齿轮16 内齿轮 37 Τ 输出 轴 4行星齿轮18 碗状元件 r Wn Te 组合元件40 行星齿轮传动级 20 行星齿轮传动级 5HS21 ^
权利要求
1.具有至少两个行星齿轮传动级(20、30、40)的行星齿轮传动装置，其中每个行星齿轮传动级(20、30、40 )分别由恒星齿轮(8、9、15 )和至少一组行星齿轮(3、4、14 )形成，其中，齿轮(3’、4’、8’、9’、14’、15’)在所述行星齿轮传动装置中相互齿啮合,使得在每个齿啮合中在由第一齿(21)形成的第一齿部(22)上的至少一个第一齿(21)形状配合地啮合到由第二齿(27)形成的第二齿部(24)的齿槽(23)中，并且在此，所述第一齿(21)利用第一齿面(25)在至少一个齿接触部(28)中碰触所述第二齿部(24)上的在一侧形成所述齿槽(23)的边界的第二齿(27)的至少一个第二齿面(26)，其特征在于，所述第一齿部(22)的第一齿(21)具有在处于齿啮合的所述齿部(21、24)的横截面中来观察的齿面轮廓(29)，所述齿面轮廓凹面地拱曲，而所述第二齿部(24)的第二齿(27)具有在同一横截面上凸面地拱曲的齿面轮廓(31),使得所述第一齿(21)和所述第二齿(27)在齿接触部中彼此碰触的齿面(25,26)至少在所述齿接触部(28)中在相同的方向上拱曲。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述恒星齿轮(8、9、15)是带有所述第一齿部(22)的齿轮(8’、9’、15’)，而所述组中的行星齿轮(3、4、14)分别为带有所述第二齿部(24)的齿轮(3’、4’、14’)。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述组中的行星齿轮(3、4、14)分别为带有所述第一齿部(22)的齿轮(3’、4’、14’)，而所述恒星齿轮(8、9、15)为带有所述第二齿部(24)的齿轮(8’、9’、15’)。
4.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置，其特征在于，第一组的第一行星齿轮(3)为带有所述第一齿部(21)的齿轮(3’)，所述齿轮(3’)分别与第二组的第二行星齿轮(4)齿啮合，其中，所述第二行星齿轮(4)分别为带有所述第二齿部(24)的齿轮(4’)。
5.根据权利要求4所述的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述第一行星齿轮(3)与第一恒星齿轮(8)齿啮合，所述第一恒星齿轮为带有所述第二齿部(24)的齿轮(8’)，而所述第二行星齿轮(4)与第二恒星齿轮(9)齿啮合,所述第二恒星齿轮为带有所述第一齿部的齿轮(9’)。
6.带有根据权利要求5所述行星齿轮传动装置的行星齿轮差速器(I)，其特征在于，所述行星齿轮差速器(I)具有至少一个作为驱动元件(12)的行星齿轮架(6)、第一组行星齿轮(3)、第二组行星齿轮(4)、第一恒星齿轮(8)和第二恒星齿轮(9)，其中，所述第一组和第二组的行星齿轮(3、4)分别能够转动地支承在所述行星齿轮架(6)上，并且所述第一恒星齿轮(8)和第二恒星齿轮( 9)每个分别与所述行星齿轮差速器(I)的能够相对于所述行星齿轮架(6)转动的输出轴作用连接。
7.根据权利要求6所述的行星齿轮差速器，其特征在于，所述恒星齿轮(8、9)具有共同的旋转轴线(2)。
8.带有根据权利要求1所述的行星齿轮差速器(I)的传动装置(13)，其中，所述行星齿轮差速器(I)具有至少一个行星齿轮架(6)、第一组行星齿轮(3)和第二组行星齿轮(4)，以及第一恒星齿轮(8)和第二恒星齿轮(9)，其中，所述两组行星齿轮(3、4)能够转动地支承在所述行星齿轮架(6)上，所述恒星齿轮中的每个分别与所述行星齿轮差速器(I)的输出轴(10、11)作用连接，并且在此，所述第一组的行星齿轮(3)与所述第一恒星齿轮(8)形成第一行星齿轮传动级(30)，并且在此与所述第一恒星齿轮(8)齿啮合，所述第二组的行星齿轮(4 )与所述第二恒星齿轮(9 )形成第二行星齿轮传动级(40 )并且在此与所述第二恒星齿轮(9)齿啮合，并且其中，所述第一组中的每个行星齿轮(3)与所述第二组中的其中一个行星齿轮(4)齿啮合，其特征在于，所述传动装置(13)具有由与第三恒星齿轮(15)齿啮合的第三组行星齿轮(14)形成的至少一个第三行星齿轮传动级(20)，其中，所述行星齿轮架(6)能够通过所述第三行星齿轮传动级(20)来驱动，并且其中，所述第三组的行星齿轮(14)能够转动地支承在所述行星齿轮架(6)上。
9.根据权利要求8所述的传动装置，其特征在于，所述第三行星齿轮传动级(20)具有至少一个带有所述第一齿部(21)的齿轮(14’、15)和至少一个带有所述第二齿部(24)的齿轮(14，、15)。
10.根据权利要求9所述的传动装置，其特征在于，所述第一行星齿轮传动级(30)和所述第二行星齿轮 传动级(40)具有至少一个带有所述第一齿部(21)的齿轮(3’、4’、8’、9’)和至少一个带有所述第二齿部(24)的齿轮(3’、4’、8’、9’)。
全文摘要
本发明涉及一种具有至少两个行星齿轮传动级(20、30、40)的行星齿轮传动装置，其中每个行星齿轮传动级(20、30、40)分别由恒星齿轮(8、9、15)和至少一组行星齿轮(3、4、14)形成，其中，齿轮(3’,4’,8’,9’,14’,15’)在行星齿轮传动装置中相互齿啮合，使得在每个齿啮合中在由第一齿(21)形成的第一齿部(22)上的至少一个第一齿轮(21)形状配合地啮合到由第二齿(27)形成的第二齿部(24)的齿槽(23)中，并且在此，第一齿(21)利用第一齿面(25)在至少一个齿接触部(28)中碰触所述第二齿部(24)上的在一侧形成所述齿槽(23)的边界的第二齿(27)的至少一个第二齿面(26)。
文档编号F16H55/08GK103140702SQ201180047349
公开日2013年6月5日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年9月30日
发明者托斯滕·比尔曼, 托马斯·斯米塔那, 弗洛里安·多尔福斯 申请人:谢夫勒科技股份两合公司