CN101084390B - 行星齿轮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种行星齿轮装置，包括：旋转轴；与旋转轴花键结合的太阳轮；旋转自如地支承在旋转轴上的支架；被支架支承的小齿轮；以及与小齿轮啮合的环形齿轮；所述行星齿轮装置的特征在于，在太阳轮和支架上分别一体地形成第一、第二轴承安装部，第一、第二轴承安装部在半径方向上彼此相对，并向小齿轮的内径一侧延伸，配置于小齿轮的内径一侧的向心轴承被安装在第一、第二轴承安装部之间，支架的第二轴承安装部沿着旋转轴的外周轴向延伸，轴承部件安装在支架的第二轴承安装部的内周与旋转轴的外周之间，向心轴承是滚珠轴承，滚珠轴承安装在支架的第二轴承安装部的外周与太阳轮的第一轴承安装部的内周之间。

Description

行星齿轮装置
技术领域
本发明涉及行星齿轮装置，特别是涉及有关太阳轮与支架之间的支承结构的技术。
背景技术
在专利文献1中提出了具有单齿轮方式的行星齿轮装置的带式无级变速装置。图5示出了专利文献1中记载的行星齿轮装置的结构。行星齿轮装置100的太阳轮101与输入轴102花键结合，与太阳轮101啮合的小齿轮103经由小齿轮轴104被支架105支承。圆板状的支架板106固定在支架105的前侧，该支架板106的内径一侧经由轴套117旋转自如地支承在输入轴102上。反向制动器107的制动器毂106a形成在支架板106的外径一侧，直接传动离合器108的离合器毂106b固定在支架板106的中间部。与直接传动离合器108的离合器摩擦片联接的液压活塞109被配置在离合器鼓110之中，离合器鼓110的内周端部连接在输入轴102上。与反向制动器107的离合器摩擦片联接的液压活塞111容纳在形成于变速器箱112的内壁上的凹部113中。与小齿轮103啮合的环形齿轮114的内径部与驱动带轮115的带轮轴116的内侧花键嵌合。
如上所述，太阳轮101与输入轴102花键结合，支架105(106)经由轴套117旋转自如地支承在输入轴102上。因此，由于花键的游隙、轴套117的游隙、以及各部件的定心精度，太阳轮101与支架106的相对位置不稳定。此外，因为太阳轮和小齿轮啮合的反作用力，轴芯会偏移或倾倒相当于上述游隙的量。因此，太阳轮101与小齿轮103、或者小齿轮103与环形齿轮114之间的啮合能力变差，容易发生齿轮声和磨损。
在专利文献2中提出了一种行星齿轮装置，在该行星齿轮装置中，太阳轮与输入轴花键嵌合，支架经由滚珠轴承而支承在太阳轮的外周部上。此时，因为太阳轮与支架通过滚珠轴承而连结，所以两者在半径方向上的相对位置稳定，能够消除游隙。
但是，由于滚珠轴承的中心与小齿轮的啮合中心在轴向上处于分离的位置，因而，在太阳轮与小齿轮啮合的反作用力的作用下，支架容易发生倾倒，从而无法有效地降低齿轮声和磨损。
专利文献1：日本专利文献特开2002-327828号公报；
专利文献2：日本专利文献特开2004-144138号公报。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种将太阳轮和支架彼此稳定地保持、防止支架的倾倒、从而能够有效地降低齿轮声和磨损的行星齿轮装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种行星齿轮装置，其包括：旋转轴；与所述旋转轴花键结合的太阳轮；旋转自如地支承在上述旋转轴上的支架；被上述支架支承的小齿轮；以及与上述小齿轮啮合的环形齿轮；所述行星齿轮装置的特征在于：在所述太阳轮和支架上分别一体地形成第一、第二轴承安装部，所述第一、第二轴承安装部在半径方向上彼此相对并向所述小齿轮的内径一侧延伸；配置于所述小齿轮的内径一侧的向心轴承被安装在所述第一、第二轴承安装部之间，所述支架的第二轴承安装部沿着所述旋转轴的外周轴向延伸，轴承部件安装在所述支架的第二轴承安装部的内周与所述旋转轴的外周之间，所述向心轴承是滚珠轴承，所述滚珠轴承安装在所述支架的第二轴承安装部的外周与所述太阳轮的第一轴承安装部的内周之间.
在本发明中，在太阳轮和支架上分别一体地形成了向小齿轮的内径一侧延伸的轴承安装部。通过在这些轴承安装部之间配置向心轴承，稳定了太阳轮和支架在半径方向上的相对位置，能够消除游隙。此外，由于向心轴承配置在小齿轮的内径一侧，因而由太阳轮和小齿轮的啮合反作用力产生的力矩难以作用到支架上，从而支架难以发生倾倒。其结果是，能够降低齿轮声和磨损。
虽然向心轴承配置在小齿轮的内径一侧，但向心轴承的轴向中心和小齿轮的轴向中心可不必一致，只要两者至少有一部分在轴向上交迭即可。
本发明中的向心轴承不限于如滚珠轴承或辊子轴承那样的滚动轴承，也可以是轴套那样的滑动轴承。
另外，也可以是如下结构：所述支架的第二轴承安装部沿着所述旋转轴的外周轴向延伸，轴承部件安装在所述支架的第二轴承安装部的内周与所述旋转轴的外周之间，所述向心轴承是滚珠轴承，所述滚珠轴承安装在所述支架的第二轴承安装部的外周与所述太阳轮的第一轴承安装部的内周之间。
虽然也可以将支架的轴承安装部配置在从太阳轮的轴承安装部向外径一侧的位置，并将滚珠轴承配置在支架的轴承安装部的内周和太阳轮的轴承安装部的外周之间，但由于支架的被旋转轴支承的部分和轴承安装部在轴向上断开，因而旋转轴支承支架的稳定性存在下降的可能性。
对此，如果将支架的轴承安装部的内周经由轴承部件支承于旋转轴上，并将滚珠轴承配置在轴承安装部的外周的话，那么能够在轴承安装部的内周和外周各自分开配置轴套和滚珠轴承，因此，能够确保较长的支架被旋转轴支承的部分，提高了支架的支承稳定性。
滚珠轴承不仅能够承受径向负荷，还能够承受推力，因此无需在太阳轮和支架之间配置另外的推力轴承。
安装在支架和旋转轴之间的轴承部件除了轴套那样的滑动轴承外，还可以是滚珠轴承或辊子轴承那样的滚动轴承。
所述向心轴承和上述小齿轮至少有一部分在轴向上交迭，但只要向心轴承的中心位于小齿轮的宽度尺寸范围内，就能够减小由齿轮的啮合反作用力作用于支架上的力矩。
而且，如果向心轴承的全体位于小齿轮的宽度尺寸范围内，则能够进一步减小由齿轮的啮合反作用力作用于支架上的力矩，从而在可抑制支架倾倒的方面很理想。
也可以将所述向心轴承的中心与所述小齿轮的啮合中心在轴向上配置在几乎相同的位置上。
如此，如果将轴承的中心与小齿轮的啮合中心的轴向位置配置在几乎相同的位置上，则能够更进一步减小由太阳轮和小齿轮的啮合反作用力作用于支架上的力矩，从而支架难以倾倒。
优选的是，在所述太阳轮的轴向上的一端部上设置所述第一轴承安装部，在所述太阳轮的轴向上的另一端部上形成支承离合器盘的内径部的离合器毂，在所述太阳轮的轴向中间部形成与设置于所述旋转轴上的外花键相嵌合的内花键。
虽然在太阳轮和其他旋转部件之间设置多片式离合器，但通过在太阳轮的轴向上的另一端部上形成离合器毂，能够紧凑地构成多片式离合器。当联接、松脱多片式离合器时，虽然太阳轮存在倾倒的可能性，但通过将太阳轮的中间部花键嵌合到旋转轴上，并在轴向上的一端部上形成第一轴承安装部，能够抑制太阳轮的倾倒，降低齿轮声和磨损。
发明效果
如上所述，根据本发明，由于分别在太阳轮和支架上一体地形成轴承安装部，并在这些轴承安装部之间安装向心轴承，因而能够消除太阳轮和支架之间的游隙，同时由于将向心轴承配置在小齿轮的内径一侧，因而由太阳轮和小齿轮的啮合反作用力产生的力矩难以作用到支架上，支架难以倾倒。从而具有能够可靠地降低齿轮声和磨损的作用效果。
附图说明
图1是使用了涉及本发明的行星齿轮装置的无级变速器的一个例子的剖面展开图。
图2是图1所示无级变速器的原理图。
图3是图1所示无级变速器的前进倒退换向机构的详细剖面图。
图4是图3所示行星齿轮装置的要部剖面图。
图5是现有的无级变速器的前进倒退换向机构的剖面图。
具体实施方式
下面，参考实施例，对本发明的优选实施方式进行说明。
实施例1
图1～图4示出使用了涉及本发明的行星齿轮装置的无级变速器的一个例子。该实施例的无级变速器是FF横置式的汽车用变速器，其大体上包括：由发动机输出轴1经由液力变矩器(torque converter)2进行驱动的输入轴3；前进倒退换向机构4，其正反切换输入轴3的旋转并向驱动轴10传递；无级变速装置A，其由驱动带轮11、从动带轮21以及卷挂在两个带轮间的V型带15构成；以及向输出轴32传递从动轴20的动力的差动装置30等。输入轴3和驱动轴10配置在同一轴线上，从动轴20和差动装置30的输出轴32相对于输入轴3平行且非同轴地配置。从而，该无级变速器在整体上构成三轴结构。
该实施例中使用的V型带15是一种公知的金属带，该金属带由一对环形张力带和由这些张力带支承的许多块构成。
构成无级变速器的各个部件容纳在变速器箱5中。在液力变矩器2和前进倒退换向机构4之间配置了油泵6。如图3所示，该油泵6包括：固定在变速器箱5上的泵体7、相对泵体7而固定的泵盖8、以及容纳在泵体7和泵盖8之间的泵齿轮9。由液力变矩器2的泵叶轮2a驱动泵齿轮9。液力变矩器2的涡轮转子(turbine runner)2b与输入轴3连接，定子2c经由单向离合器2d被泵盖8支承。
如图3所示，前进倒退换向机构4包括行星齿轮装置40、反向制动器50以及直接传动离合器51.行星齿轮装置40的太阳轮41与作为输入旋转部件(旋转轴)的输入轴3连接，环形齿轮42与作为输出旋转部件的驱动带轮11的固定槽轮11a连接.行星齿轮装置40是单齿轮方式的装置，反向制动器50被设置在支承小齿轮43的支架44和变速器箱5之间，直接传动离合器51被设置在支架44和太阳轮41之间.如果松脱直接传动离合器51并联接反向制动器50，则输入轴3逆转且减速，并且其旋转被传递给驱动轴10，从而成为前进驱动状态.相反，如果松脱反向制动器50并联接直接传动离合器51，则因为行星齿轮装置40的支架44和太阳轮41一体旋转，所以输入轴3和驱动轴10直接连接，成为倒退驱动状态.将在后面描述前进倒退换向机构4的具体结构.
无级变速装置A的驱动带轮11包括：固定槽轮11a，其形成在驱动轴(带轮轴)10上并与该驱动轴10构成一体；可动槽轮11b，其经由滚筒轴花键部(roller spline)13可自如地轴向移动并且可与驱动轴10一体旋转地支承在该驱动轴10上；以及液压伺服机构12，其设置在可动槽轮11b的背后。在可动槽轮11b的外周部与其构成一体地形成了向背面一侧延伸的活塞部12a，该活塞部12a的外周部与固定于驱动轴10上的气缸12b的内周部滑动接触。在可动槽轮11b和气缸12b之间形成了液压伺服机构12的工作液压室12c，通过控制向该工作液压室12c的液压来进行变速控制。
从动带轮21包括：固定槽轮21a，其形成在从动轴(带轮轴)20上并与该从动轴20构成一体；可动槽轮21b，其经由滚筒轴花键部23可自如地轴向移动并且可与从动轴20一体旋转地支承在该从动轴20上；以及液压伺服机构22，其设置在可动槽轮21b的背后。所述滚筒轴花键部23的结构与驱动带轮11的滚筒轴花键部13的结构相同。在可动槽轮21b的外周部与其构成一体地形成了向背面一侧延伸的气缸部22a，固定于从动轴20上的活塞部22b与该气缸部22a的内周部滑动接触。在可动槽轮21b和活塞22b之间形成了液压伺服机构22的工作液压室22c，通过控制该工作液压室22c的液压，提供转矩传递所需的带推力。在工作液压室22c中配置了提供初始推力的弹簧24。
从动轴20的一端部朝着发动机一侧延伸，输出齿轮27固定在该一端部上。输出齿轮27与差动装置30的环形齿轮31啮合，从差动装置30向左右延伸的输出轴32传递动力，由此驱动车轮。
这里，参考图3、图4，对前进倒退换向机构4的具体结构进行详细的说明。
支架44包括圆盘状的支架法兰45和圆环状的支架轮缘46，支架法兰45的内径部在太阳轮41和环形齿轮42之间沿内径方向延伸，并经由轴套56而旋转自如地支承在输入轴3上。支架法兰45的内径部在前后方向上延伸，向前方(发动机一侧)延伸的部分构成轴承安装部45b，向后方延伸的部分构成轴支承部45c。包含轴承安装部45b、轴支承部45c的支架法兰45内径部的轴向尺寸S(参见图4)大于或等于小齿轮轴47的轴向尺寸，通过在轴向尺寸大的内径部与输入轴3之间配置多个轴套56，可抑制支架法兰45相对于输入轴3的倾倒。在支架法兰45上与其一体地形成了多个(这里为六个)朝着支架轮缘46轴向突出的柱状部45a，小齿轮43形成在这些柱状部45a之间的空间内。上述柱状部45a的顶端面与支架轮缘46通过烧结被金属结合，从而支架法兰45与支架轮缘46被固定为一体。另外，也可以通过熔接、焊接、螺栓固定等来进行固定。
支承小齿轮43的小齿轮轴47架设并支承在上述支架法兰45与支架轮缘46之间.此外，在小齿轮43的内周和小齿轮轴47的外周的空隙内配置了滚针轴承48，小齿轮43相对于小齿轮轴47可自由旋转.插入支架轮缘46中的小齿轮轴47的一端部通过从支架轮缘46的半径方向外侧压入的滚轮销49而固定在支架轮缘46上.
小齿轮43与环形齿轮42啮合。在环形齿轮42的轴向一端部上与其一体地设置了法兰部42a，该法兰部42a在其内周部具有内花键。从与输入轴3轴向串联配置的固定槽轮11a朝着环形齿轮42的方向突出设置了凸台部(boss)11a1，凸台部11a1的外周面经由滚珠轴承25支承在变速器箱5上。延长部11a2从凸台部11a1朝着输入轴3的方向轴向延伸，在该延长部11a2的外周面上形成了与环形齿轮42的法兰部42a的内花键嵌合的外花键。
如上所述，由于固定槽轮11a的凸台部11a1被滚珠轴承25支承，提高了固定槽轮11a的支承精度，同时由于环形齿轮42的法兰部42a的内径部与被滚珠轴承25支承的凸台部11a1最近的延长部11a2花键嵌合，还提高了环形齿轮42的位置精度。因此，能够降低齿轮声和磨损。
法兰部42a不限于与环形齿轮42构成为一体，也可以将单独构成的法兰部42a安装到环形齿轮42上。
在支架轮缘46上与其一体地形成了朝着前侧(发动机一侧)轴向突出的圆筒部46a，直接传动离合器51的离合器摩擦片51a的外径部与该圆筒部46a的内周部花键卡合。反向制动器50的制动器板50a的内径部与支架轮缘46的外周部花键卡合。这样，支架轮缘46兼作为反向制动器50的制动器毂和直接传动离合器51的离合器鼓。
反向制动器50的活塞50b配置在变速器箱5的内侧壁上，活塞50b通过供应到活塞50b与变速器箱5之间的液压而工作，从而能够联接制动器板50a。从作为静止部件的泵盖8与其一体地突出设置了圆筒状的止挡部8a，作为用于支持被活塞50b的压力推压的制动器板50a的端部的反作用力部件。因此，能够省去支持制动器板50a的端部的挡环。
如图4所示，在太阳轮41的中间部形成了内花键41d，其与一体形成在输入轴3上的法兰部3a的外周花键嵌合，在太阳轮41的轴向前侧(发动机一侧)与其一体地突出设置有直接传动离合器51的圆筒状的离合器毂41a。直接传动离合器51的离合器摩擦片51a的内径部与离合器毂41a的外周花键卡合。在太阳轮41的轴向后侧形成了圆筒状的轴承安装部41b，在该轴承安装部41b的外周部形成了与小齿轮43啮合的齿轮部41c。支架法兰45的轴承安装部45b和太阳轮41的轴承安装部41b在半径方向上相对，滚珠轴承57安装在这些轴承安装部45b、41b之间。就是说，滚珠轴承57配置在小齿轮43的内径侧。在该例子中，滚珠轴承57的轴长L1长于太阳轮41和输入轴3之间的花键部的轴长L2。滚珠轴承57的中心O与小齿轮43的啮合中心(宽度尺寸D的中点)在轴向上几乎配置在相同位置，因此由太阳轮41和小齿轮43的啮合反作用力产生的力矩难以作用于支架44(45、46)上。其结果是，还由于能够确保较长的支架法兰45的内径部的轴长S，因而支架44难以发生倾倒。
在上述实施例中，示出了滚珠轴承57的中心O与小齿轮43的啮合中心在轴向上几乎一致的例子，但滚珠轴承57的中心O与小齿轮43的啮合中心可以不必在轴向上一致，只要滚珠轴承57和小齿轮43至少有一部分彼此在轴向上交迭即可。为了减小由齿轮的啮合反作用力作用于支架44上的力矩，优选滚珠轴承57的中心O位于小齿轮43的宽度尺寸D以内，更优选滚珠轴承57全体位于小齿轮43的宽度尺寸D以内。
此外，即便太阳轮41和输入轴3的花键部的轴长L2短，也会由于太阳轮41经由滚珠轴承57与支架法兰45结合而能够防止太阳轮41的倾斜.
其结果是，能够提高小齿轮43和太阳轮41的啮合能力，能够有效降低齿轮声和磨损。
在泵盖8的背面一侧(前进倒退换向机构一侧)配置了截面成“コ”形的活塞51b，直接传动离合器51通过该活塞51b而被联接。在与离合器摩擦片51a面对的活塞51b的侧面上安装了允许相对旋转的推力轴承52。因此，活塞51b的轴向压力被有效地传递到离合器摩擦片51a上，并且防止了活塞51b与离合器摩擦片51a联动旋转。由于支架轮缘46的侧面位于离合器摩擦片51a的背后，因而能够用支架轮缘46支持被活塞51b推压的离合器摩擦片51a的端部，从而能够省去挡环或特别的反作用力部件。
支承推力轴承52的轴承保持架53沿着活塞51b的内侧面向外径方向延伸，其外周端的位置被弹簧保持架54的端部限制。因此，轴承保持架53稳定在沿活塞51b的内侧面的位置上。弹簧保持架54沿着直接传动离合器用活塞51b的侧面向外径方向延伸，复位弹簧55配置在弹簧保持架54的外周端和反向制动器用活塞50b之间。该弹簧55兼用作直接传动离合器用活塞51b和反向制动器用活塞50b双方的复位弹簧，在反向制动器50的制动器板50a的外周侧设置了适当数量的所述弹簧55。因为反向制动器50和直接传动离合器51不同时工作，所以能够用一种弹簧55兼作两者的复位弹簧。
在本实施例中，用一种弹簧55兼作反向制动器50和直接传动离合器51的复位弹簧，但当然也可以分别独立地设置复位弹簧。
在由上述结构构成的无级变速器中，通过联接反向制动器50并松脱直接传动离合器51，从液力变矩器2输入的驱动力逆转并在减速后被传递给驱动带轮11。然后，通过从动带轮21和差动装置30，向与发动机旋转方向相同的方向驱动输出轴32，成为前进驱动状态。
另一方面，通过联接直接传动离合器51并松脱反向制动器50，行星齿轮装置40的输入侧(太阳轮41)和输出侧(环形齿轮42)被直接连接，因而从液力变矩器2输入的驱动力直接被传递给驱动带轮11。然后，通过从动带轮21和差动装置30，向与发动机旋转方向相反的方向驱动输出轴32，成为倒退驱动状态。
这样，能够以三轴结构实现紧凑的无级变速器。
本发明并不局限于上述实施例。
本发明的行星齿轮装置不限于单齿轮方式的装置，也可以是双齿轮方式的装置。在双齿轮方式的情况下，支架支承彼此啮合的两种小齿轮，其中一个小齿轮与环形齿轮啮合，另一个小齿轮与太阳轮啮合。太阳轮与输入侧旋转部件花键结合，支架与输出侧旋转部件花键结合。
在这种情况下，也可以通过在太阳轮和支架之间配置向心轴承，来稳定两者的相对位置，并防止支架的倾斜。此时，优选将滚珠轴承的中心配置在与太阳轮啮合的小齿轮的啮合中心附近。
不用说，本发明的行星齿轮装置不仅适于无级变速器，还能够应用于一般的自动变速器。
本发明中的旋转轴不限于作为行星齿轮装置的输入部件的输入轴，也可以是作为行星齿轮装置的输出部件的输出轴。
在上述实施例中，在太阳轮41的一端部与其一体地形成了直接传动离合器51的离合器毂41a，但也可以将该离合器毂41a设置在输入轴3上。
此外，用支架法兰45和支架轮缘46这两个部件构成了支架44，并结合了这两个部件，但也可以用一体部件来构成支架法兰45和支架轮缘46。

Claims (5)

1.一种行星齿轮装置，包括：旋转轴；与所述旋转轴花键结合的太阳轮；旋转自如地支承在上述旋转轴上的支架；被上述支架支承的小齿轮；以及与上述小齿轮啮合的环形齿轮；所述行星齿轮装置的特征在于，
在所述太阳轮和支架上分别一体地形成第一、第二轴承安装部，所述第一、第二轴承安装部在半径方向上彼此相对，并向所述小齿轮的内径一侧延伸，
配置于所述小齿轮的内径一侧的向心轴承被安装在所述第一、第二轴承安装部之间，
所述支架的第二轴承安装部沿着所述旋转轴的外周轴向延伸，
轴承部件安装在所述支架的第二轴承安装部的内周与所述旋转轴的外周之间，
所述向心轴承是滚珠轴承，
所述滚珠轴承安装在所述支架的第二轴承安装部的外周与所述太阳轮的第一轴承安装部的内周之间。
2.如权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于，所述向心轴承的中心位于所述小齿轮的宽度尺寸范围内。
3.如权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于，所述向心轴承的全体位于所述小齿轮的宽度尺寸范围内。
4.如权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于，所述向心轴承的中心与所述小齿轮的啮合中心在轴向上配置在相同的位置上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的行星齿轮装置，其特征在于，
在所述太阳轮的轴向上的一端部上设置所述第一轴承安装部，
在所述太阳轮的轴向上的另一端部上形成支承离合器盘的内径部的离合器毂，
在所述太阳轮的轴向中间部形成与设置于所述旋转轴上的外花键相嵌合的内花键。
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