CN101025220B - 具有一体毂部分的内部环形齿轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种具有与至少一个小齿轮啮合的大致径向向内延伸的多个齿的内部环形齿轮的行星齿轮组。毂部分从内部环形齿轮大致径向向内延伸。内部环形齿轮和毂部分是一体形成，所述毂部分形成用于可旋转支撑相邻行星齿轮组中的小齿轮的载体组件的至少一部分，所述小齿轮与相邻的另一与毂部分一体形成的内部环形齿轮的大致径向向内延伸的齿啮合。此外，内部环形齿轮和毂部分可以通过旋压操作、粉状金属压实或冷挤压之一一体形成。

Description

具有一体毂部分的内部环形齿轮及其制造方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年2月17日递交的美国临时申请No.60/774575的利益，本申请通过参照其全部内容结合了该申请。

技术领域

本发明涉及用于可自动换档车用变速器的内部环形齿轮并且更具体涉及一种具有与其一体形成的毂的内部环形齿轮及其制造方法。

背景技术

在可自动换档车用变速器中使用行星齿轮组是车辆领域所公知的。为了通过可自动换档车用变速器实现所需的输出速度，变速器从动力源(例如内燃机)接收输入，并将传入的输入能量转化成输出扭矩。这种变速器通常采用可以连接在变速器的扭矩转换器和输出轴之间的一个或多个行星齿轮组。各行星齿轮组包括太阳齿轮、内部环形齿轮，以及操作性支撑在载体上以便与太阳齿轮和内部环形齿轮啮合互连的多个行星齿轮(或小齿轮)。利用本质上为离合器和制动器的各种扭矩传输机构结合行星齿轮组来控制其中的一个或多个元件的相对旋转并由此产生希望的传动比。

内部环形齿轮可以刚性附着到毂构件上，毂构件可以形成另一行星齿轮组的载体的一部分或可以花键连接到与其一体旋转的轴上。将内部环形齿轮附着到毂构件的典型方法可以包括焊接、开槽(castellation)，以及花键。为了通过焊接将内部环形齿轮附着到毂构件上，内部环形齿轮和毂构件分开形成并后续通过各种商业焊接技术接合。这些焊接技术可以包括MIG、TIG，电子束、埋弧焊以及激光焊接等等。为了使用城堡将内部环形齿轮附着到毂构件，内部环形齿轮和毂构件分别形成有多个径向延伸的可啮合的城堡。这些城堡在内部环形齿轮和毂构件之间提供径向定位以及扭矩传输能力。提供止动环以便限制内部环形齿轮和毂构件之间的相对轴向运动。为了使用花键将内部环形齿轮附着到毂构件，内部环形齿轮和毂构件分别形成有多个径向延伸的可啮合花键。这些花键内部环形齿轮和毂构件之间提供径向定位以及扭矩传输能力。与城堡附着技术相似，提供止动环以便限制内部环形齿轮和毂构件之间的相对轴向运动。

发明内容

提供了一种具有内部环形齿轮部分的行星齿轮组，该内部环形齿轮部分具有多个与至少一个小齿轮啮合的大致径向向内延伸的齿以及从内部环形齿轮大致径向向内延伸的毂部分。内部环形齿轮部分和毂部分是一体形成的。多个径向向内延伸的齿可以是螺旋形状的。此外，毂部分可以是带花键的并形成行星齿轮组的用于可旋转支撑相邻行星齿轮组中的小齿轮的至少一部分，所述小齿轮与相邻的另一与毂部分一体形成的内部环形齿轮的大致径向向内延伸的齿啮合。内部环形齿轮部分和毂部分可以通过旋压、粉状金属压实以及冷挤压中的一种形成。

此外，提供了一种一体形成内部环形齿轮和毂部分的方法。该方法包括固定毛坯并且形成与毂部分一体的内部环形齿轮，该毂部分形成用于可旋转支撑该小齿轮的载体组件的至少一部分，该小齿轮与相邻的另一与毂部分一体形成的内部环形齿轮的大致径向向内延伸的齿啮合。固定毛坯可以包括将毛坯紧固到芯轴上，该芯轴具有限定充分配置为与内部环形齿轮上的齿轮齿互补的齿部分的成形外轮廓。随后，通过将芯轴与毛坯一体旋转并利用成形头部相对成形外轮廓促动毛坯将内部环形齿轮与毂部分一体形成。备选地，固定毛坯包括将毛坯放置在由冷挤压压机限定的腔内。冷挤压压机包括具有限定充分配置为与内部环形齿轮上的齿轮齿互补的齿部分的成形外轮廓的模具。随后，利用足够大的作用力相对毛坯挤压模具以便相对成形外轮廓促动毛坯将内部环形齿轮与毂部分一体形成。

提供另一种一体形成内部环形齿轮和毂部分的方法。该方法包括将预定数量的粉状金属放置在压机(例如双动压机)内，并且在压机内用足够大的压力将该预定数量的粉状金属压实以形成与毂部分一体的内部环形齿轮，该毂部分形成用于可旋转支撑该小齿轮的载体组件的至少一部分，该小齿轮与相邻的另一与毂部分一体形成的内部环形齿轮的大致径向向内延伸的齿啮合。压机可以包括第一模具和第二模具。第一模具具有限定在压实过程中充分配置为与内部环形齿轮上的齿轮齿互补的齿部分的成形外轮廓。

当结合所附附图时通过用于实现本发明的最佳方式的后续详细描述，本发明的上述以及其他特征和优点显而易见。

附图说明

图1是可自动换档车用变速器一部分的截面视图，显示了具有与本发明一致的一体形成的内部环形齿轮和毂部分的行星齿轮组；

图2是可操作为一体形成图1的内部环形齿轮和毂部分的旋压固定件的部分侧视图；

图3是带有一体形成的内部环形齿轮和毂部分的图2所示的旋压固定件的部分侧视图；

图4是可操作为通过粉状金属压实一体形成的图1的内部环形齿轮和毂部分的压机的部分侧视图；

图5是带有一体形成的内部环形齿轮和毂部分的图4所示的压机的部分侧视图；

图6是可操作为通过冷挤压一体形成的图1的内部环形齿轮和毂部分的压机的部分侧视图；以及

图7是带有一体形成的内部环形齿轮和毂部分的图6所示的压机的部分侧视图。

具体实施方式

参考附图，其中在全部几个附图中相同的附图标记对应于相同或相似的元件，如图1所示，可自动换档车用变速器的一部分通常标记为10。变速器10包括第一行星齿轮组12，第二行星齿轮组14以及第三行星齿轮组16。第一行星齿轮组12包括太阳齿轮18、内部环形齿轮20以及多个行星齿轮或小齿轮22，在图1显示了其中一个。小齿轮22由载体组件24可旋转支撑。载体组件24包括一对间隔的侧壁26、28以及多个销30，在图1显示了其中一个，相应的小齿轮22可旋转支撑于其上。载体组件24的第一和第二侧壁26、28分别充分配置为接收销30并且紧固在一起进行一体旋转。第二侧壁具有毂32，毂32具有充分配置为接收花键套轴36以使载体组件24和套轴36一体旋转的带花键的柱状内表面34。内部环形齿轮20通常是环形的并且包括多个充分配置为啮合小齿轮22的径向向内延伸的螺旋齿轮齿38。类似地，太阳齿轮18包括多个充分配置为啮合小齿轮22的径向向外延伸的螺旋齿轮齿40。与内部环形齿轮20一体形成的是毂部分42。毂部分42从内部环形齿轮20大致径向向内延伸。

第二行星齿轮组14包括太阳齿轮44，内部环形齿轮46以及多个由载体组件50可旋转支撑的小齿轮48，图1显示了其中一个。载体组件50包括与毂部分42间隔的侧壁52以及多个销54，在图1显示了其中一个，对应的小齿轮48可旋转支撑与其上。如图1所示，毂42形成载体组件50的第二侧壁。载体组件50的侧壁52和毂42充分配置为接收销54并且紧固在一起进行一体旋转。内部环形齿轮46大致成环形并且包括多个充分配置为啮合小齿轮48的径向向内延伸的螺旋齿轮齿56。相似地，太阳齿轮44包括多个充分配置为啮合小齿轮48的径向向外延伸的螺旋齿轮齿58。太阳齿轮44具有充分配置为接收花键轴62的带花键的柱状内表面60以使太阳齿轮44和轴62一体旋转。与内部环形齿轮46一体形成的是毂部分64。毂部分64从内部环形齿轮46大致径向向内延伸。毂部分64具有充分配置为接收花键套轴68的带花键的柱状内表面66以使毂部分64和套轴68一体旋转。

第三行星齿轮组16包括太阳齿轮70，内部环形齿轮72，以及多个由载体组件76可旋转支撑的小齿轮74，图1显示了其中一个。载体组件76包括与毂部分64间隔的侧壁78以及多个销80，在图1显示了其中一个，相应的小齿轮74可旋转支撑于其上。如图1所示，毂部分64形成载体组件76的第二侧壁。载体组件76的侧壁78和毂64充分配置为接收销80并且紧固在一起进行一体旋转。内部环形齿轮72大致成环形并且包括多个充分配置为啮合小齿轮74的径向向内延伸的螺旋齿轮齿82。类似的，太阳齿轮70包括多个充分配置为啮合小齿轮74的径向向外延伸的螺旋齿轮齿84。

套轴68、36同轴排列，并由轴62可旋转支撑。此外，太阳齿轮18、70同轴排列并分别由套轴36可旋转支撑。第一侧壁26与环形齿轮72连接以便通过城堡接点86与其一体旋转。

优选地，净成型内部环形齿轮20、46与相应的一体形成的毂部分42、64。净成型的部件通常形容很少需要二次成型精加工工艺的部件。通过使用净成型工艺，内部环形齿轮20、46以及相应的一体形成的毂部分42、64形成强固、成本低且耐用的。

出于清楚的目的，将讨论一体形成内部环形齿轮20和毂部分42的优选方法。但是，那些本领域的普通技术人员将意识到下文描述的形成技术也可以容易地应用到一体形成内部环形齿轮46和毂部分64。参考图2和图3，显示了可操作为形成近净形状的内部环形齿轮20和毂部分42的流动旋压或旋压固定件88。旋压固定件88包括可旋转芯轴90以及至少一个可轴向移动的成形辊或头部92。芯轴90具有尾架以及操作为将杯形毛坯96定位在芯轴90端部上的夹具94。芯轴90具有限定充分配置为在内部环形齿轮20上形成如图1所示的互补螺旋齿轮齿38的螺旋齿部分98的成形外轮廓97。

现在参考图3，并且进一步参照图2，随着芯轴90旋转，成形辊或头部92沿杯形毛坯96的外表面轴向延伸，因此迫使金属在杯形毛坯96内塑变。利用旋压工艺，在杯形毛坯96内的金属将与芯轴90的外表面一致。也就是说，杯形毛坯96的内表面将形成与芯轴90的螺旋齿部分98互补的螺旋齿轮齿38。随着成形头部92沿杯形毛坯96轴向移动时，内部环形齿轮20和毂部分42同时形成。

图4和图5显示通过粉状金属压实工艺形成内部环形齿轮20和毂部分42的方法。利用这种操作，预定数量的粉状金属100初始放置在具有第一模具104和第二模具106的压机102内。第一和第二模具104、106优选地由碳化钨或其他相似的抗磨材料制成。第一模具104具有限定充分配置为与如图1所示的螺旋齿轮齿38的齿部分108的成形外轮廓107。其中第一和第二模具104、106相互轴向移动的双动冲压操作通过施加大的轴向作用力将粉状金属100压实。如图5所示，在粉状金属100压实后，第一和第二模具104、106分开，并且一体形成的内部环形齿轮20和毂部分42从压机102弹出。如所示的，内部环形齿轮20的螺旋齿轮齿38与第一模具104上的螺旋齿部分108互补形成。

图6和图7显示了通过冷挤压一体形成内部环形齿轮20和毂部分42的方法。杯形毛坯110放置在由冷挤压压机112的壁113限定的腔111内。冷挤压压机112包括模具114，模具114具有限定充分配置为与如图1所示的螺旋齿轮齿38互补的螺旋齿部分116的成形外轮廓115。模具114优选由碳化钨或其他相似抗磨材料制成。随着模具114轴向移动成与杯形毛坯110啮合，高压使杯形毛坯110的材料在模具114和壁113之间塑变，由此产生一体形成的内部环形齿轮20和毂部分42。内部环形齿轮20的螺旋齿轮齿38与模具114上的螺旋齿部分互补形成。通过使用冷挤压压机来一体形成内部环形齿轮20和毂部分42，螺旋齿轮齿38的颗粒结构和塑变得到改善。

通过一体形成内部环形齿轮20、46和相应的毂部分42、64，可以对第一和第二行星齿轮组12、14的结构进行简化。此外，第一和第二行星齿轮组12、14的生产成本和重量可以减少。同样，通过一体形成内部环形齿轮20、46与相应的毂部分42、64，改善了强度和排列。通过采用净成型工艺，即旋压、粉状金属压实以及冷挤压，来一体形成内部环形齿轮20、46和相应的毂部分42、64，内部环形齿轮20、46的强度以及螺旋齿轮齿38、56的颗粒结构和塑变得到改善。此外，可以减少精加工内部环形齿轮20、46和相应毂部分42、64所需要的精加工工艺数量。

虽然已经详细描述实施本发明的最佳方式，本发明相关领域的普通技术人员将意识到落在附属权利要求范围内的用于实施本发明的各种备选设计和实施例。

Claims (5)

1.一种行星齿轮组，包括：

具有多个与至少一个小齿轮啮合的大致径向向内延伸的齿的内部环形齿轮部分；

从所述内部环形齿轮大致径向向内延伸的毂部分，其中所述内部环形齿轮部分与所述毂部分一体形成，所述毂部分形成用于可旋转支撑相邻行星齿轮组中的小齿轮的载体组件的至少一部分，该相邻行星齿轮组中的小齿轮与相邻的另一与另一毂部分一体形成的内部环形齿轮的大致径向向内延伸的齿啮合。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其特征在于：所述多个径向向内延伸齿是螺旋形状。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其特征在于：所述毂部分限定带花键的内表面。

4.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其特征在于：所述内部环形齿轮部分和所述毂部分通过旋压、粉状金属压实或冷挤压之一形成。

5.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其特征在于：所述行星齿轮组充分配置为用于可自动换档车用变速器内。

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