CN100436883C - 混合机电行星齿轮变速机构部件的润滑系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变速装置，特别是行星小齿轮的轴承，的润滑系统。行星齿轮架带有在星轮和凸缘部分上形成的槽，可传输润滑材料从行星齿轮架的内径到达固定到行星齿轮架的各个小齿轮轴承的内径。本发明还包括两个推力垫圈，安装到各小齿轮的相对侧，具有沿轴向和径向延伸的槽，可进一步在行星齿轮架的内径和行星齿轮架的外径之间传输润滑油。最后，本发明公开了一种润滑行星齿轮架的小齿轮的方法。

Description

混合机电行星齿轮变速机构部件的润滑系统和方法

本申请要求享有2004年3月22日提交的美国临时专利申请60/555,141的优先权。

技术领域

本发明涉及混合机电变速机构，具体地，行星齿轮架的小齿轮轴承件的润滑机构。

背景技术

动力传输要求油或其他润滑材料带走动力传输机构散发的热能，尤其是具有位于传输机构内的电动马达的机电传输机构。润滑油位于油罐，通过泵传送，使油离心地分布到整个传输机构。支承行星齿轮载荷的轴承的工作温度受到极大关注。为了保证有足够的润滑油流到需要的内部构件，必须仔细地考虑传输的设计，以便能够沿传输机构整个长度提供足够的油流到构件。

Schmidt等人于2003年12月19日提交并共同转让的美国专利临时申请No.60/531,528，名称为“Two-Mode Compound-Split，HybridElectro-Mechanical Transmission Having Four Fixed Ratios”，介绍了一种机电传输机构，其内容在本文中参考引用。

发明内容

根据本发明，提供了一种自动变速装置，带有行星齿轮架的润滑系统，所述行星齿轮架，设有星轮部分和凸缘部分，其间设有固定到小齿轮轴承的至少一个小齿轮；其特征在于，所述行星齿轮架的所凸缘部分上形成有槽，以接受和引导润滑材料到达所述小齿轮轴承或离开小齿轮轴承，以及所述行星齿轮架的星轮部分设有第一槽，以接受和引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承。

行星齿轮架组件包括行星齿轮架，多个小齿轮，小齿轮轴承和推力垫圈。行星齿轮架由星轮和凸缘部分组成，包围小齿轮。推力垫圈位于小齿轮的两侧，抵抗推力载荷。星轮部分具有环形的加工出的槽(或第一槽)，其容纳和引导润滑油进入空腔，该空腔与位于行星齿轮架内径的径向延伸的槽(或第二槽)对接。第一推力垫圈设有径向和轴向延伸的槽，可容纳润滑油并引导润滑油到达小齿轮轴承。流过小齿轮轴承后，位于行星齿轮架的凸缘部分附近的第二推力垫圈传输来自行星齿轮架的润滑油。这样可保证大部分的润滑油用于小齿轮轴承润滑。

在本发明的一个方面，行星齿轮架的槽通过粉末冶金工艺在行星齿轮架形成。但是在本发明的另一方面，行星齿轮架的至少一个槽是在行星齿轮架上机械加工出。

在本发明的又一方面，主轴和中心齿轮轴的孔设计成足够小，可使行星齿轮架空腔保持预定的压力水平，同时又足以使润滑材料通过。

根据本发明，还提供了一种自动变速装置，带有行星齿轮架的润滑系统，其包括：润滑材料源；主轴，设置成可接受来自所述源的所述润滑材料，并引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；其中所述主轴设有基本径向延伸的孔，可引导所述润滑材料从所述主轴到达所述行星齿轮架；中心齿轮轴，靠近所述主轴，可接受来自所述主轴的所述润滑材料；其包括基本径向延伸的孔，以传输和进一步引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；中心齿轮，与所述中心齿轮轴形成驱动关系；密封件和/或套管，位于所述中心齿轮和所述主轴之间，支承所述中心齿轮轴，可使所述润滑材料传输到所述行星齿轮架；所述行星齿轮架设有星轮部分和凸缘部分，其间设有至少一个固定到小齿轮轴承的小齿轮；其特征在于，其中，所述行星齿轮架的星轮部分设有第一槽，可容纳所述润滑材料，所述润滑材料来自所述中心齿轮轴传输到所述行星齿轮架；其中，所述行星齿轮架的所述星轮部分具有与所述第一槽相交的第二槽，其中所述第二槽可容纳来自所述第一槽的所述润滑材料，引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承；和第一推力垫圈，靠近位于所述小齿轮轴承和所述行星齿轮架的所述星轮部分之间的所述第二槽；所述第一推力垫圈设有可与所述第二槽配合的槽，可容纳润滑材料，并进一步引导所述润滑材料到达所述小齿轮轴承。

最后，根据本发明，还提供了一种自动变速装置的行星齿轮架的润滑方法，所述方法包括：引导润滑材料从润滑材料源传输到行星齿轮架，其具有星轮部分和凸缘部分，其间带有至少一个固定到轴承的小齿轮；引导所述润滑材料从主轴到中心齿轮轴，其中所述中心齿轮轴具有径向延伸的孔，所述润滑材料通过所述孔进行传输；引导所述润滑材料通过所述中心齿轮轴的径向延伸的孔，到达所述行星齿轮架；其特征在于，所述行星齿轮架的所述星轮部分的第一槽容纳来自所述中心齿轮轴的所述径向延伸的孔的所述润滑材料；引导所述润滑材料沿所述第一槽到达具有轴向延伸槽的第一推力垫圈；引导所述润滑材料通过所述第一推力垫圈的所述轴向延伸槽到达所述小齿轮轴承；引导通过所述小齿轮轴承的所述润滑材料到达位于所述行星齿轮架的所述凸缘部分的第二推力垫圈，其轴向延伸槽接受来自所述小齿轮轴承的所述润滑材料；引导来自所述小齿轮轴承的润滑材料通过所述第二推力垫圈的所述轴向延伸的槽，到达所述行星齿轮架的所述凸缘部分的第三槽；和使离开所述行星齿轮架的所述润滑材料通过所述行星齿轮架的所述凸缘部分的所述第三槽。

本发明的上述特征和优点，及其他特征和优点，从下面参考附图对实施本发明的最优模式的详细介绍，可有更清楚地了解。

附图说明

图1是是引导润滑材料通过自动变速机构充分冷却行星齿轮架的小齿轮轴承的方框图；

图2是沿电机传输机构前部的中心线的一侧的行星齿轮架的部分截面图，示意性地显示通过行星齿轮架的油流；

图3是推力垫圈的前视图；

图4a是行星齿轮架的带槽的凸缘部分的前视图，显示了5个槽区，可容纳图3所示的推力垫圈；

图4b是行星齿轮架的部分正视的侧视截面图；

图4c行星齿轮架的带槽的星轮部分的前视图，显示了5个槽区，可容纳图3所示的推力垫圈。

具体实施方式

参考附图，图1示意性地显示了引导润滑材料通过行星自动变速机构的方法，以便充分冷却行星齿轮架的小齿轮。首先，在步骤110将润滑材料(油或其他适合的传动流体)通过位于变速机构壳体外部的入口供应到变速机构，然后在步骤112，润滑材料从供应源引导到主轴的内径。接下来，在步骤114，润滑材料从主轴引导到中心齿轮轴内部，油沿中心齿轮和附近部件移动。在步骤116，油从中心齿轮引导到行星齿轮架的星轮部分。行星齿轮架设置成带有加工出和成型的槽，可容纳润滑材料，在步骤118润滑材料引导进入星轮部分的槽。接下来在步骤120，油引导到第一推力垫圈50的轴向槽(如图1、2和3中数字56所示)。在步骤122，润滑材料从第一推力垫圈沿轴向和径向引导到小齿轮轴承和小齿轮的花键，特别地冷却行星齿轮架的这个区域。油然后在步骤124引导到第二推力垫圈62，在步骤126，引导油沿轴向通过推力垫圈的轴向槽56到达行星齿轮架的凸缘部分(图1、2、4a和4b中用数字28表示)。然后在步骤127，油沿径向向外引导，通过凸缘部分28的槽(图4a中用数字65表示)。最后，油在步骤128进入行星齿轮架16附近的部件，并被引导回到油罐(或供应源)重复步骤112开始的过程。

依靠对变速机构内腔加压，润滑材料10引导通过变速机构。在优选实施例中，如图2所示，泵(未显示)以每平方英寸30磅的压力从供应源输送润滑材料10到主轴12内径。为保持需要的压力水平，变速机构的部件设计成互相非常靠近。这样可有效地密封部件之间的连接并防止润滑材料10流到不需要的地方。例如，在图2，靠近行星齿轮架16的中心齿轮14保持在套管18和钢套20上，其基本上可防止润滑材料从行星齿轮架16流出。因此，套管18和钢套20有助于保持行星齿轮架16附近处于希望的压力水平，使润滑材料10可成功地到达小齿轮24的轴承22。

行星齿轮架16包括至少一个小齿轮24(图4b显示了5个中的3个)和双体式壳体，其由星轮部分26和凸缘部分28烧结或钎焊而成。行星齿轮架16的星轮部分26的表面在图4c显示。星轮部分26包括圆柱形开口29，可容纳柱件30，以提高行星齿轮架16的刚性和强度，抵抗小齿轮轴承22的载荷。图4a显示了凸缘部分28的表面，其位于行星齿轮架16的最前面部分。凸缘部分28包括花键32，可将行星齿轮架16连接到主轴34，如图2所示，并传递动力到变速机构的后部(未显示)。

如图2所示，行星齿轮架16设计成其小齿轮24与中心齿轮14和环形齿轮36形成驱动关系。三种类型的齿轮14、24、36共同围绕变速机构的主轴34，并通过与离合器(未显示)的接合，确定变速机构的输出速度。本发明的一个技术优点是重新设计了行星齿轮架16的星轮部分26和凸缘部分28。行星齿轮架16的星轮部分26具有5个槽区，分别具有第一和第二槽(分别用38和40表示)。槽38，40具有多个功能，包括引导润滑材料10从行星齿轮架42的内径到达位于小齿轮44的内径的小齿轮轴承22。

如图4c所示，各个第一槽38是凹进的，面对行星齿轮架42的内径，以容纳来自中心齿轮14和中心齿轮轴15的润滑材料10。第一槽38也有一部分是环形，围绕各个第一槽内行星齿轮架内径延伸。第一槽38与第二槽40相交，第二槽沿径向延伸相交于第一槽38，沿行星齿轮架16的带槽的星轮部分26径向延伸，以传输润滑材料10到第一空腔46。在优选实施例中，第二槽40通过改变行星齿轮架16的模具(未显示)在行星齿轮架16的星轮部分26形成。粉末冶金工艺形成的行星齿轮架16用模具形成，模具带有形成第二槽40的突部。选择粉末冶金是因为对于带不规则曲线的或带有难以加工小凹槽的部件，这种工艺很理想。此外，该工艺可减少材料浪费的数量，因为部件的复杂特征可内置于模具，无需通过多种机械加工过程从坯料上加工出。

但是，粉末冶金也有自己的局限。模具的复杂程度必须能令部件从中取出。出于这个原因，在优选实施例中，第一槽38是在行星齿轮架16的星轮部分26加工出。第一槽38设计与第二槽40相交(如图4c所示)，沿径向传递润滑材料10进入第一空腔46，第一推力垫圈50将帮助引导润滑材料10进入小齿轮轴承22。第一槽38和第二槽40相交在52处形成台阶，成为障碍，基本上可防止油从行星齿轮架16的星轮部分26的小齿轮区域逸出。第二槽40导致和形成第一空腔46，其沿径向延伸到小齿轮44的内径，第一推力垫圈50的轴向槽56容纳润滑材料10。

第一推力垫圈50位于第一空腔46的附近，如图3清楚显示。第一推力垫圈50有径向延伸的槽54(或锥形凹部)，其在第一推力垫圈50的表面上延伸。第一推力垫圈50上径向延伸的槽54用于引导润滑材料10到第一空腔46，如图2所示。在优选实施例中，推力垫圈50还设有轴向槽56(或沟)，如图2和3所示，可与槽40一起传输润滑材料10到花键58和小齿轮24的轴承22，花键58支承于或压接到行星齿轮架孔59。此外，第一推力垫圈50还设有凸缘边60。凸缘边60沿轴向延伸到星轮部分的径向延伸的凸缘槽61，通过在61处嵌入星轮部分26(如图2和4c所示)，可保持各个垫圈相对行星齿轮架16的星轮部分26不转动。

从第一推力垫圈50，润滑材料10引导到小齿轮轴承22。小齿轮轴承22，如图2所示，与花键58沿轴向对齐。小齿轮轴承22用于提供对小齿轮24的支承。由于小齿轮24与环形齿轮36以及中心齿轮14形成驱动关系，变速机构工作时小齿轮轴承22存在一定数量的载荷。因此，这个区域要求润滑材料进行冷却，以提高小齿轮轴承22的寿命周期。

如图2所示，第二推力垫圈62连接到小齿轮24。各个第二推力垫圈62具有沿径向和轴向延伸的槽，类似于图3所示的54和56。第二推力垫圈62的槽用于引导润滑材料10沿轴向通过轴向槽56离开小齿轮24的花键58，到达行星齿轮架16的凸缘部分28形成的第三槽64。第二推力垫圈62还具有凸缘边60，其在65处嵌入凸缘部分28(如图4a所示)。润滑材料10从各第三槽64离开行星齿轮架16，引导到其他的变速机构部件(未显示)进行冷却，最终返回到变速机构的油罐重新使用。

行星齿轮架16附近的变速机构部件的结构可帮助引导润滑材料10到达行星齿轮架16的星轮部分26，并进入小齿轮轴承22。围绕主轴34的中心齿轮轴15，例如，具有至少一个径向延伸的孔68，以引导润滑材料10从主轴12的内径到达中心齿轮14，最终到达行星齿轮架16的星轮部分26。中心齿轮轴15通过中心齿轮14和中心齿轮轴15之间的花键部分70连接到中心齿轮14。中心齿轮14靠近推力轴承72，其进一步限制了润滑材料10流出行星齿轮架16和其小齿轮24。此外，主轴34设置了孔，如74，其沿径向延伸，引导润滑材料10从主轴12的内径到达主轴76的外径。孔68，74设计成足够大，允许润滑材料10通过，同时要足够小以保持行星齿轮架16的空腔压力。最后，环形齿轮36也设有径向延伸的孔78，允许润滑材料10离开行星齿轮架16。

尽管已经对实施本发明的最佳模式进行了详细介绍，所属领域的技术人员应认识到，在所附权利要求的范围内，本发明的应用可具有不同的设计和实施例。

Claims (14)

1.一种自动变速装置，带有行星齿轮架的润滑系统，所述行星齿轮架，设有星轮部分和凸缘部分，其间设有固定到小齿轮轴承的至少一个小齿轮；其特征在于，

所述行星齿轮架的所凸缘部分上形成有槽，以接受和引导润滑材料到达所述小齿轮轴承或离开小齿轮轴承，以及

所述行星齿轮架的星轮部分设有第一槽，以接受和引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承。

2.根据权利要求1所述的自动变速装置，其特征在于，所述装置还包括：

润滑材料源；

主轴，设置成可容纳来自所述源的所述润滑材料，并引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；

其中所述主轴设有基本径向延伸的孔，可引导所述润滑材料从所述主轴到达所述行星齿轮架；

中心齿轮轴，靠近所述主轴，可接受来自所述主轴的所述润滑材料；其包括基本径向延伸的孔，可传输和进一步引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；

中心齿轮，与所述中心齿轮轴形成驱动关系；

密封件和/或套管，位于所述中心齿轮和所述主轴之间，支承所述中心齿轮轴，使所述润滑材料传输到所述行星齿轮架；

其中，所述行星齿轮架的星轮部分设有与所述第一槽相交的第二槽，以接受和引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承；所述相交的所述第一槽和第二槽设置成障碍，基本防止所述润滑材料被引导离开所述行星齿轮架。

3.根据权利要求2所述的自动变速装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一推力垫圈，靠近位于所述小齿轮轴承和所述行星齿轮架的所述星轮部分之间的所述第二槽；

其中，所述第一推力垫圈具有轴向延伸的槽，可引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承；和

第二推力垫圈，位于所述行星齿轮架的所述凸缘部分，并具有轴向延伸的槽，可引导所述润滑材料轴向离开所述小齿轮轴承。

4.根据权利要求3所述的自动变速装置，其特征在于，所述第二推力垫圈具有径向延伸的槽，与所述轴向延伸的槽相交，可进一步引导所述润滑材料离开所述小齿轮轴承。

5.根据权利要求3所述的自动变速装置，其特征在于，所述第二推力垫圈具有径向延伸的槽，与所述轴向延伸的槽相交，可进一步引导所述润滑材料沿轴向离开所述小齿轮轴承。

6.根据权利要求3所述的自动变速装置，其特征在于，所述行星齿轮架的凸缘部分具有第三槽，靠近并配合所述轴向延伸的槽和所述第二推力垫圈的所述径向延伸的槽，以容纳来自所述小齿轮轴承的所述润滑材料，并引导所述润滑材料离开所述行星齿轮架，进行冷却和/或进行循环。

7.根据权利要求2所述的自动变速装置，其特征在于，在所述行星齿轮架的所述星轮部分和凸缘部分形成的槽完全沿径向定位，以提供完全一致的流动路径，使润滑材料最大化地流动到所述行星齿轮架。

8.根据权利要求2所述的自动变速装置，其特征在于，所述主轴的所述基本径向延伸的孔是钻孔。

9.根据权利要求6所述的自动变速装置，其特征在于，所述行星齿轮架的所述第一槽，第二槽和第三槽中至少一个用粉末金属工艺形成，可形成多种特性，无需后续机械加工。

10.根据权利要求1所述的自动变速装置，其特征在于，所述行星齿轮架的所述星轮部分和凸缘部分至少一个的槽通过机械加工形成。

11.根据权利要求1所述的自动变速装置，其特征在于，所述星轮部分和所述凸缘部分的一个支承所述小齿轮轴承的轴，所述槽延伸到所述轴。

12.根据权利要求2所述的自动变速装置，其特征在于，所述中心齿轮与所述中心齿轮轴的驱动关系通过花键实现。

13.一种自动变速装置，带有行星齿轮架的润滑系统，其包括：

润滑材料源；

主轴，设置成可接受来自所述源的所述润滑材料，并引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；

其中所述主轴设有基本径向延伸的孔，可引导所述润滑材料从所述主轴到达所述行星齿轮架；

中心齿轮轴，靠近所述主轴，可接受来自所述主轴的所述润滑材料；其包括基本径向延伸的孔，以传输和进一步引导所述润滑材料到所述行星齿轮架；

中心齿轮，与所述中心齿轮轴形成驱动关系；

密封件和/或套管，位于所述中心齿轮和所述主轴之间，支承所述中心齿轮轴，可使所述润滑材料传输到所述行星齿轮架；

所述行星齿轮架设有星轮部分和凸缘部分，其间设有至少一个固定到小齿轮轴承的小齿轮；

其特征在于，

其中，所述行星齿轮架的星轮部分设有第一槽，可容纳所述润滑材料，所述润滑材料来自所述中心齿轮轴传输到所述行星齿轮架；

其中，所述行星齿轮架的所述星轮部分具有与所述第一槽相交的第二槽，其中所述第二槽可容纳来自所述第一槽的所述润滑材料，引导所述润滑材料到所述小齿轮轴承；和

第一推力垫圈，靠近位于所述小齿轮轴承和所述行星齿轮架的所述星轮部分之间的所述第二槽；所述第一推力垫圈设有可与所述第二槽配合的槽，可容纳润滑材料，并进一步引导所述润滑材料到达所述小齿轮轴承。

14.一种自动变速装置的行星齿轮架的润滑方法，所述方法包括：

引导润滑材料从润滑材料源传输到行星齿轮架，其具有星轮部分和凸缘部分，其间带有至少一个固定到轴承的小齿轮；

引导所述润滑材料从主轴到中心齿轮轴，其中所述中心齿轮轴具有径向延伸的孔，所述润滑材料通过所述孔进行传输；

引导所述润滑材料通过所述中心齿轮轴的径向延伸的孔，到达所述行星齿轮架；

其特征在于，

所述行星齿轮架的所述星轮部分的第一槽容纳来自所述中心齿轮轴的所述径向延伸的孔的所述润滑材料；

引导所述润滑材料沿所述第一槽到达具有轴向延伸槽的第一推力垫圈；

引导所述润滑材料通过所述第一推力垫圈的所述轴向延伸槽到达所述小齿轮轴承；

引导通过所述小齿轮轴承的所述润滑材料到达位于所述行星齿轮架的所述凸缘部分的第二推力垫圈，其轴向延伸槽接受来自所述小齿轮轴承的所述润滑材料；

引导来自所述小齿轮轴承的润滑材料通过所述第二推力垫圈的所述轴向延伸的槽，到达所述行星齿轮架的所述凸缘部分的第三槽；和

使离开所述行星齿轮架的所述润滑材料通过所述行星齿轮架的所述凸缘部分的所述第三槽。

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