CN106015518B - 拉维奈尔赫式行星齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拉维奈尔赫式行星齿轮装置，能够降低部件间的负载损失。拉维奈尔赫式行星齿轮装置(1)具备长行星齿轮(14)和短行星齿轮(21)，其特征在于，在长行星齿轮(14)及短行星齿轮(21)的齿的端面，从长行星齿轮(14)及短行星齿轮(21)的内周侧朝向外周侧且朝向齿宽方向的中心设有曲率。

Description

拉维奈尔赫式行星齿轮装置

技术领域

本发明涉及用于车辆的自动变速器等的拉维奈尔赫(Ravigneaux)式行星齿轮装置。

背景技术

以往，提出了如下的拉维奈尔赫式行星齿轮装置：在中心轴配置前太阳轮及后太阳轮，且在各太阳轮与同心地设置的齿圈之间配置长行星齿轮及短行星齿轮(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-325966号公报

发明内容

拉维奈尔赫式行星齿轮装置中设有长行星齿轮、短行星齿轮这样的长度不同的齿轮，因此齿轮的啮合点偏置，在旋转时各行星齿轮产生扭矩力。并且，存在未取得该扭矩力的平衡而各行星齿轮的旋转轴(支撑轴)倾斜的情况。

在此，拉维奈尔赫式行星齿轮装置的行星齿轮的齿的端面通常被实施倒角加工，在该实施了倒角加工的部分(以下，称为倒角部)与未实施倒角加工的部分(以下，称为平面部)的边界形成有角部。因此，当如上所述行星齿轮的旋转轴倾斜时，在齿轮端面的角部和与该齿轮端面相邻配置的周边构件(例如垫圈、轴承等)的接触面之间产生局部抵碰。

此时，在上述的周边构件的接触面例如由于因润滑油量的不足引起的润滑状态的恶化而成为摩擦系数高的面的情况下，由接触面承受的转矩的一部分作为转矩反力而作用于各行星齿轮与除此以外的齿轮的彼此齿面。并且，其结果是，作用于彼此齿面的表面压力变大，负载损失增大。

本发明鉴于上述情况而作出，其课题在于提供一种能够降低部件间的负载损失的拉维奈尔赫式行星齿轮装置。

为了解决上述的课题并实现目的，本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置具备长行星齿轮和短行星齿轮，其特征在于，在上述长行星齿轮及上述短行星齿轮的齿的端面，从上述长行星齿轮及上述短行星齿轮的内周侧朝向外周侧且朝向齿宽方向的中心设有曲率。

由此，拉维奈尔赫式行星齿轮装置通过在行星齿轮的齿的端面设置曲率，使与周边构件的接触面接触的区域平滑地倾斜，因此行星齿轮的齿的端面与周边构件的接触面的接触面积增大，防止局部抵碰的发生。其结果是，作用于部件间的转矩反力减小，由该转矩反力产生的齿面间的表面压力减小，因此降低了部件间的负载损失。

而且，本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的特征在于，设于上述短行星齿轮的齿的端面的曲率大于设于上述长行星齿轮的齿的端面的曲率。

由此，在大小两种行星齿轮的齿上设置的曲率中，使旋转轴倾斜得更大的短行星齿轮侧的曲率增大，从而能够有效地抑制部件间的表面压力增加，并进一步降低负载损失。

而且，本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的特征在于，上述曲率是与上述长行星齿轮和上述短行星齿轮旋转时的旋转轴的倾斜量对应的值。

由此，通过设定与短行星齿轮和长行星齿轮的旋转轴的倾斜量对应的适当的曲率，能够有效地抑制部件间的表面压力增加，并进一步降低负载损失。

本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置能够减小作用于齿轮的齿面间的转矩反力并抑制齿面间的表面压力增加，因此能够降低部件间的负载损失。

附图说明

图1是概略性地表示本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的整体结构的剖视图。

图2A是概略性地表示以往的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中的行星齿轮的齿的端面的放大图。

图2B是概略性地表示以往的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中的行星齿轮的齿的端面与周边构件的接触面接触了的情况的放大图。

图3A是概略性地表示本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中的行星齿轮的齿的端面的放大图，是图1的A部及B部的局部放大图。

图3B是概略性地表示本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中的行星齿轮的齿的端面与周边构件的接触面接触了的情况的放大图。

图4是概略性地表示将以往的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中的行星齿轮的齿的端面与本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的行星齿轮的齿的端面进行了比较的情况的放大图。

附图标记说明

1 拉维奈尔赫式行星齿轮装置

11 后太阳轮

12 前太阳轮

13 中心轴

14 长行星齿轮

14a 平面部

14b 曲面部

14c 齿顶面

15 支撑轴(旋转轴)

16 轴承构件

17 分隔件

18 环构件

19、20 行星轮架

21 短行星齿轮

21a 平面部

21b 曲面部

21c 齿顶面

22 支撑轴(旋转轴)

23 轴承构件

24 环构件

25、26、27 行星轮架

28 齿圈

114 长行星齿轮

114a 平面部

114b 倒角部

114c 齿顶面

114d 角部

121 短行星齿轮

121a 平面部

121b 倒角部

121c 齿顶面

121d 角部

S 接触面

具体实施方式

关于本发明的实施方式的拉维奈尔赫式行星齿轮装置，参照图1～图4进行说明。另外，本发明没有限定于以下的实施方式。而且，下述实施方式中的构成要素包括本领域技术人员能够且容易替换的要素或者实质上相同的要素。

拉维奈尔赫式行星齿轮装置1例如用于车辆的变速器等，如图1所示，具备后太阳轮11、前太阳轮12、中心轴13、长行星齿轮14、支撑轴15、两个轴承构件16、分隔件17、两个环构件18、行星轮架19、20、短行星齿轮21、支撑轴22、两个轴承构件23、两个环构件24、行星轮架25、26、27、齿圈28。另外，在图1中，在拉维奈尔赫式行星齿轮装置1中仅示出与本发明相关的结构，其他结构省略图示。而且，在实际的拉维奈尔赫式行星齿轮装置1中，各齿轮的齿啮合，但是在此为了便于说明，将各齿轮的齿分离地图示。

后太阳轮11及前太阳轮12以能够旋转的方式支撑于中心轴13。而且，后太阳轮11及前太阳轮12在中心轴13中设于沿轴向偏置的位置。并且，在后太阳轮11的周围设有长行星齿轮14，在前太阳轮12的周围设有长行星齿轮14及短行星齿轮21。

长行星齿轮14在行星轮架19及行星轮架20之间以能够旋转的方式支撑于支撑轴(旋转轴)15。在长行星齿轮14的内部设有两个轴承构件16和分隔件17。而且，在长行星齿轮14的两端与行星轮架19、20之间分别设有环构件18。并且，这些轴承构件16、分隔件17及环构件18通过供支撑轴15插通而被支撑。另外，轴承构件16例如是向心滚针轴承，环构件18例如是垫圈、推力滚针轴承等。

短行星齿轮21在行星轮架25及行星轮架26之间以能够旋转的方式支撑于支撑轴(旋转轴)22。该支撑轴22的长度与长行星齿轮14的支撑轴15的长度相同。在短行星齿轮21的内部设有两个轴承构件23。而且，在短行星齿轮21的两端与行星轮架25、26之间分别设有环构件24。并且，这些轴承构件23及环构件24通过供支撑轴22插通而被支撑。另外，轴承构件23例如是向心滚针轴承，环构件24例如是垫圈、推力滚针轴承。

在此，短行星齿轮21靠近支撑轴22的轴向上的一端部侧配置。即，在支撑轴22上，在轴向上的从中央到一端部之间配置短行星齿轮21，在轴向上的从中央到另一端部之间什么也不配置而成为空间。而且，齿圈28与后太阳轮11及前太阳轮12同心地设置，且与长行星齿轮14啮合。

以下，说明本发明的长行星齿轮14及短行星齿轮21(以下，适当地省略为行星齿轮14、21)的具体结构。另外，以下，为了比较，首先说明现有技术的结构，之后说明本发明的结构。

以往的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的长行星齿轮114及短行星齿轮121(以下，适当省略为行星齿轮114、121)具备如图2A所示的结构。另外，图2A是在以往的拉维奈尔赫式行星齿轮装置中与图1所示的本实施方式的A部及B部相当的放大图。

行星齿轮114、121的齿的端面被实施了倒角加工。即，行星齿轮114、121的齿的端面由未被实施倒角加工的平面部114a、121a和从该平面部114a、121a连续地形成且与齿顶面114c、121c连接的倒角部114b、121b构成。并且，行星齿轮114、121的齿的端面在平面部114a、121a与倒角部114b、121b的边界形成有角部114d、121d。

在此，拉维奈尔赫式行星齿轮装置使用轴长相同且宽度不同的多个行星齿轮，因此例如图1中说明的那样，在传递动力时，从后太阳轮11的左侧传递的动力经由长行星齿轮14如短行星齿轮21、前太阳轮12这样沿轴向改变位置并传递。因此，沿轴向向行星齿轮14、21作用扭矩力，在齿轮旋转时作为旋转轴的支撑轴15、22有时会倾斜。

另一方面，认为拉维奈尔赫式行星齿轮装置在理想状态下不向各行星齿轮作用扭矩力，因此认为在其影响下各行星齿轮的旋转轴倾斜的情况轻微，没有进行考虑了这样的扭矩力的影响的设计。

本发明人制作了在如图2A所示的以往的行星齿轮114、121与其周围的行星轮架(相当于图1的行星轮架19、20、25、26)之间使用推力滚针轴承作为环构件(相当于图1的环构件18、24)的拉维奈尔赫式行星齿轮装置，并进行了驱动实验。其结果是，在推力滚针轴承的座圈的两面、即与行星齿轮114、121接触的接触面(座圈的一面)和与滚子部接触的接触面(座圈的另一面)这双方，发现了由于摩擦而在接触面的整周形成有较强的滑动痕的情况。

在此，在如以往那样在行星齿轮114、121的齿的端面形成有角部114d、121d的情况下(参照图2A)，如图2B的C部所示，在旋转轴倾斜时，角部114d、121d与环构件18、24的接触面S接触。由此，在角部114d、121d与环构件18、24的接触面S之间发生局部抵碰。

当发生这样的局部抵碰时，与行星齿轮114、121的旋转轴按照本来设计那样旋转而传递动力的情况相比，局部抵碰的结果所产生的载荷的反力(转矩反力)作用于构成拉维奈尔赫式行星齿轮装置的部件间的接触部(例如行星齿轮114、121和除此以外的齿轮的齿面)。其结果是，在构成拉维奈尔赫式行星齿轮装置的部件之间的滑动面产生的表面压力增加，产生负载损失(例如摩擦损失、磨耗损失)。

另外，作为行星齿轮的旋转轴倾斜的原因，除了如上所述的使用宽度不同的多个行星齿轮这样的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的结构上的问题以外，也存在例如构成装置的部件的变形、挠曲、装置制造时的组装误差、构成装置的部件的制造上的尺寸偏差等主要原因。因此，由局部抵碰引起的反力的大小、承受反力的部件、场所根据构成拉维奈尔赫式行星齿轮装置的部件的变形、挠曲、组装误差、尺寸偏差的程度也发生变化。而且，若承受由局部抵碰引起的反力的场所是各齿轮的齿面，则成为齿轮的负载损失，若承受上述反力的场所是向心滚针轴承(轴承构件16、23)的滚子部，则成为轴承损失。

因此，为了解决这样的以往的问题，本实施方式的拉维奈尔赫式行星齿轮装置1的行星齿轮14、21具备如图3A所示的结构。另外，图3A是图1所示的本实施方式的A部及B部的放大图。

行星齿轮14、21在齿的端面被实施了倒角加工这一点与以往的行星齿轮114、121相同，但是齿的端面的具体形状与以往不同。行星齿轮14、21在齿的端面，从行星齿轮14、21的内周侧朝向外周侧且朝向齿宽方向的中心设有曲率。即，行星齿轮14、21的齿的端面由平面部14a、21a及从该平面部14a、21a连续地形成且与齿顶面14c、21c连接的曲面部14b、21b构成。因此，在行星齿轮14、21的齿的端面，未形成有以往的行星齿轮114、121那样的角部114d、121d，平面部14a、21a与曲面部14b、21b的边界平滑地形成。

如此在行星齿轮14、21的齿的端面设有曲率的情况下，如图3B的D部所示，在旋转轴倾斜时，环构件18、24的与接触面S相互接触的面积变大，行星齿轮14、21的齿的端面与环构件18、24的接触面S以面抵碰的方式接触。因此，在行星齿轮14、21的齿的端面与环构件18、24的接触面S之间不会发生以往那样的局部抵碰。由此，能抑制在构成拉维奈尔赫式行星齿轮装置1的部件之间(例如各齿轮的齿面之间)的滑动面产生的表面压力增加，并降低负载损失。

另外，作为上述的接触面S的具体例，可列举例如垫圈的侧面、推力滚针轴承(环构件18、24)的座圈的侧面等。而且，例如在行星齿轮14、21与行星轮架19、20、25、26之间未设置环构件18、24的拉维奈尔赫式行星齿轮装置的情况下，上述的接触面S也可以是行星轮架19、20、25、26的侧面。

在此，齿轮间的负载损失例如如参考文献(日本特开2013-194802号公报)介绍的那样可以由以下的式(1)表示。另外，式(1)中的W是负载损失(摩擦损失)，μ是摩擦系数，P是作用于齿轮彼此的接触面的载荷，ΔV是根据一齿轮的速度与另一齿轮的速度之差算出的滑动速度。

W＝μΣP|ΔV|…式(1)

如上述式(1)所示，齿轮的接触面的摩擦损失W根据作用于齿轮彼此的接触线的载荷P增大而增大。并且，如上述参考文献中也说明的那样，齿轮的接触面的摩擦系数μ根据齿轮彼此的接触线的长度变长而减小。因此，如图3B所示，由于接触面积(接触线的长度)的增加而在行星齿轮14、21与环构件18、24的滑动面(接触面S)产生的表面压力变小，从而如上述式(1)所示，部件间的摩擦系数μ下降，伴随于此，负载损失W也降低。

另外，将本实施方式的行星齿轮14、21与以往的行星齿轮114、121的端面进行比较时，成为例如如图4所示的关系。另外，在图4中，用虚线表示的部分是行星齿轮114、121的齿的端面的轮廓线。如该图所示，行星齿轮14、21的平面部14a、21a的长度L₁₁形成得比以往的平面部114a、121a的长度L₁₂短，相应地曲面部14b、21b的直线长度L₂₁形成得比以往的倒角部114b、121b的直线长度L₂₂长。而且，行星齿轮14、21的齿宽W₁形成得比以往的齿宽W₂短。

另外，如上所述，以往没有提出假设行星齿轮的旋转轴如图2B那样倾斜的情况的设计，因此行星齿轮114、121的齿的端面中的平面部114a、121a其平面度非常受重视，理想的情况是使该平面部114a、121a与环构件(相当于图1的环构件18、24)的接触面S尽可能平坦地接触。而本实施方式的拉维奈尔赫式行星齿轮装置1摒弃了这种以往的既成概念，在行星齿轮14、21的齿的端面形成有曲率。

设于行星齿轮14、21的齿的端面的曲面部14b、21b的曲率具体而言设为与长行星齿轮14和短行星齿轮21旋转时的支撑轴15、22的倾斜量对应的值。即，曲面部14b、21b的曲率例如优选为，根据支撑轴15、22的倾斜量而预先以实验的方式求算最佳的值，并根据实际的倾斜量来设定曲率。如此，通过对行星齿轮14、21的齿的端面设定适当的曲率，能够有效地抑制部件间的表面压力增加，并进一步降低负载损失。

在此，长行星齿轮14的支撑轴15和短行星齿轮21的支撑轴22如上述的专利文献1中也介绍的那样旋转时挠曲已为人们所知，但是各自的挠曲量不同。即，长行星齿轮14的支撑轴15和短行星齿轮21的支撑轴22如图1所示分别为相同的轴长。然而，短行星齿轮21靠近支撑轴22的轴向上的一端部侧配置，因此相对于轴的齿轮的宽度变小，相应地支撑轴22的挠曲量增大。

因此，如图1所示，旋转时的短行星齿轮21的支撑轴22的挠曲量Bd₁大于长行星齿轮14的支撑轴15的挠曲量Bd₂，支撑轴22倾斜得比支撑轴15大。并且，其结果是，与长行星齿轮14相比，短行星齿轮21与环构件18、24的接触面S(参照图3B)之间的抵碰变强，相应地作用于短行星齿轮21侧的转矩反力变大。另外，图1所示的挠曲量Bd₁、挠曲量Bd₂为了便于说明而夸张地表示，与实际的挠曲量不同。

因此，设于短行星齿轮21的齿的端面的曲率优选为大于设于长行星齿轮14的齿的端面的曲率。如此，在设于大小两种行星齿轮14、21的齿的曲率中，使旋转轴倾斜得更大的短行星齿轮21侧的曲率增大，从而能够有效地抑制部件间的表面压力增加，并进一步降低负载损失。

而且，短行星齿轮21靠近支撑轴22的轴向上的一端部侧配置，因此短行星齿轮21的齿的端面从设于支撑轴22的轴向上的一端部侧(即图1的右侧)的环构件24的接触面S承受的转矩反力大于从设于支撑轴22的轴向上的另一端部侧(即图1的左侧)的环构件24的接触面S承受的转矩反力。

因此，优选为，设于短行星齿轮21的齿的端面的曲率中，设于支撑轴22的轴向上的一端部侧的端面的曲面部21b的曲率大于设于支撑轴22的轴向上的另一端部侧的端面的曲面部21b的曲率。如此，设于短行星齿轮21的齿的两个端面的曲率中，使从周边构件的接触面S承受的转矩反力大的一侧的曲率增大，从而能够有效地抑制部件间的表面压力增加，并进一步降低负载损失。

具备如上所述的结构的拉维奈尔赫式行星齿轮装置1通过在行星齿轮14、21的齿的端面设置曲率，使与周边构件(例如环构件18、24)的接触面S接触的区域平滑地倾斜，因此行星齿轮14、21的齿的端面与周边构件的接触面S的接触面积增大，防止局部抵碰的发生。其结果是，拉维奈尔赫式行星齿轮装置1中，作用于部件间的转矩反力减小，由该转矩反力引起的齿面间的表面压力减小，因此部件间的负载损失降低。

以上，关于本发明的拉维奈尔赫式行星齿轮装置，通过用于实施发明的方式具体地进行了说明，但是本发明的主旨并不限定于这些记载，应基于权利要求书的记载作宽泛的解释。而且，本发明的主旨也包含基于这些记载而进行各种变更、改变等的内容，这是不言而喻的。

Claims (2)

1.一种拉维奈尔赫式行星齿轮装置，具备长行星齿轮和短行星齿轮，其特征在于，

在所述长行星齿轮及所述短行星齿轮的齿的端面，从所述长行星齿轮及所述短行星齿轮的内周侧朝向外周侧且朝向齿宽方向的中心设有曲率，

设于所述短行星齿轮的齿的端面的曲率大于设于所述长行星齿轮的齿的端面的曲率。

2.根据权利要求1所述的拉维奈尔赫式行星齿轮装置，其特征在于，

所述曲率是与所述长行星齿轮和所述短行星齿轮旋转时的旋转轴的倾斜量对应的值。