CN109139885B - 行星架，铸造方法和行星传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星架(10)，其包括具有邻接的第一封闭壁(16)的第一套筒(12)和具有邻接的第二封闭壁(18)的第二套筒(14)。第一和第二封闭壁(16、18)彼此相对置。行星架(10)具有用于使第一封闭壁(16)与第二封闭壁(18)连接的连接板(20)。根据本发明，行星架(10)的最大材料积聚(30)位于连接板(20)的以下区域(42)中，该区域在行星架(10)的运行状态下承受减小的机械应力。

Description

行星架，铸造方法和行星传动装置

技术领域

本发明涉及一种用于行星传动装置的行星架以及用于制造铸件的铸造方法，特别是用于制造根据本发明的行星架。本发明还涉及配备有相应的行星架的行星传动装置。

背景技术

从文献WO 2005/016576A1已知一种铸件，其包括轴拳，多个导轨和法兰。这些部件的壁厚从浇口侧在轴拳方向上连续减小，并且例如根据所谓的豪福圆形法(Heuver’schenKreismethode)形成。在制造铸件时，使用了多个浇口料斗。

另外，豪福圆形法是已知的，根据该方法设计铸件以抵抗热裂纹倾向。豪福圆形法基于Chvorinov规则，该规则定义了铸件的凝固时间、其体积与其表面之间的关系。

已知的铸造方法的缺点在于它们在对应的铸件几何形状的情况下需要使用冷却工具，例如外冷铁或外冷铸模，以便保障提供有足够的生产质量的固化。冷却工具的使用是复杂和耗时的。对铸件的需求是，其能够快速且简单地制造，同时提供高机械负载能力。这种需求特别适用于行星传动装置的行星架。

发明内容

本发明的目的是提供一种行星架和铸造方法，其克服了现有技术的上述缺点。

所概述的目的由根据本发明的行星架解决。行星架包括第一套筒和第二套筒，这两个套筒构造用于将行星架可围绕主旋转轴线旋转地支撑在行星传动装置中。这两个套筒中的每一个都邻接有封闭壁，封闭壁基本上构造成圆形的并且沿着轴向方向界定出在运行时在行星架中容纳有行星齿轮的空间。在根据本发明的行星架中，封闭壁基本上平行地彼此对置。在封闭壁之间构造至少一个连接板，连接板与第一和第二封闭壁一体地形成并使它们相连接。在沿轴向方向的半剖面中观察，行星架的最大材料积聚位于在行星架的常规运行期间承受减小的机械应力的连接板区域中。在此，减小的机械应力应该被理解为以下应力、特别是机械应力，其实质上低于用于行星架的材料的应力极限。在此，在减小的机械应力的范围中，基于行星架整体而言，所用材料的机械承载能力的充分利用率降低。

连接板位于行星架的中央部分。在以铸造工艺制造行星架时的凝固过程中，至少一个凝固终点位于最大材料积聚的区域中。此外，凝固前沿向前驱赶其前方的空腔，空腔在凝固的铸件中局部地降低所用材料的质量。由此，要求保护的行星架中的最大材料积聚区域中的空腔集中度增加。同样，在凝固终点区域中有产生不完整部、例如缩孔的强烈倾向。根据本发明的行星架的成型使得在以铸造工艺制造时能够产生具有降低的材料质量的区域，在该区域中降低的材料质量在常规运行时对行星架的负载能力仅有可忽略的影响。在以铸造工艺制造根据本发明的行星架时，使用冷却工具、例如外冷铁和外冷铸模或者给料器的需求降低。在本发明的优选实施方式中，冷却工具的应用甚至是可有可无的。由此，根据本发明的行星架可以快速、成本高效并简单地制造并提供了高负载能力和高可靠性。

在要求保护的行星架的一个实施方式中，最大的材料积聚位于从连接板到封闭壁之一的过渡区域中。因此，所追求的是将具有降低的材料质量的区域放置到机械上仅轻微受力的区域中这一方案。由此引起的优点则在更大程度上得以实现。

此外，在所要求保护的行星架中，最大材料积聚可位于从连接板到第一封闭壁的过渡区域中，该第一封闭壁过渡到第一套筒中。第一套筒沿着行星架的轴向方向具有比第二套筒更高的长度。第一套筒因此形成一个长套筒，并且第二套筒成为一个短套筒。从连接板到第一封闭壁的过渡部沿轴向方向基本位于行星架的中间部段中。由此，第一封闭壁在中间部段中可以设计为具有比第二封闭壁更大的壁厚。厚的第一封闭壁提供了高稳定性并且机械上用作对于在其上所形成的行星架薄壁部件(例如套筒)的基础。在所描述的实施方式中，以特定的方式实现了要求保护的行星架的已经概述的优点。

另外，最大的材料积聚可以位于行星架的一个区域中，在该区域中在正常运行期间存在最小的机械应力。不完整部与异物的局部浓度相结合使得所用材料的机械负载能力降低。因此，具有最低机械应力的区域在强度或负载能力方面提供最大储备。由此，基于由铸造技术决定的材料弱化而导致的行星架的机械故障被阻止并因此增加了行星架的可靠性。

在所要求保护的行星架的另一个实施方式中，最大材料积聚可以是行星架的以下区域，在该区域中能够内接最大的豪福件。在此，豪福件是符合所谓的豪福圆形法(Heuver’schen Kreismethode)的圆或球体。因此，至少一个凝固终点也处于最大材料积聚区域中。因此，在要求保护的行星架的形状凝固时，在套筒的轴向端部处产生形成凝固前沿的凝固起点，该凝固前沿向凝固终点移动。沿着从凝固起点到凝固终点的路线，直径增加的豪福件可以内接到行星架的形状中。由此，在套筒、封闭壁和至少一个连接板中确保了少缩孔或无缩孔的凝固，这提供了高材料质量。由此确保，行星架中最后凝固的点特意地出现在最大材料积聚区域中，在该区域中存在足够的材料，从而尽管材料弱化也能提供足够的稳定性。总体而言，豪福圆形法的根据本发明的使用能够实现具有增加的应力的区域与具有增加的凝固终点的区域在空间上分离。

此外，连接板可以具有沿着行星架的轴向方向从第二套筒到第一套筒增加的壁厚。在此，连接板优选设计成实心的。因此，连接板在第一套筒的方向上具有增加的刚度。这不仅包括针对连接板的径向应力的抗弯刚度提高还包括抗扭刚度提高。在此，连接板壁优选设计成相对于行星架的主旋转轴线基本上倾斜的。由此，连接板的壁厚增加持续到由封闭壁界定的净空间中。这使得分别从封闭壁到套筒的过渡部可以以增大的半径来设计，以便减小应力集中并因此提高整个部件的满载率。

此外，在要求保护的行星架中，连接板可以基本上具有棱台形状或截角四面体形状。替代地，连接板也可以基本上具有圆锥台体形状或截椭球形状。这些截体形状设计为朝第二套筒渐缩。通过棱台，截椭球或截角四面体形状，在连接板之间存在具有梯形开口。开口的梯形形状在周向方向上提供了用于装配行星齿轮的空间，同时连接板具有高强度。

优选地，行星架设计为具有使第一封闭壁与第二封闭壁相连的多个连接板。更优选地，从横截面上看，行星架中的连接板之间的角距离基本相等。由此实现了基本均匀的刚度分布，并且其也在正常运行时得到实现。同时实现了基本均匀的应力分布。因此避免了在最大材料积聚区域中的应力集中，并消除了机械故障。

此外，连接板的至少一个连接板壁可以具有在轴向方向上相对于行星架的主旋转轴线打开的角度。优选地，相对的连接板壁分别具有相应的角度。优选地，在此，这两个相对的连接板壁的角度大小相同，从而确保连接板的均匀的截体形状。替代地，这两个角度也可以大小不同。这些角度在此根据行星架的优先旋转方向来选择。由此，行星架的结构也可以匹配于结构机械学要求。

所述目的还通过一种根据本发明的用于制造铸件的方法来实现。其中提供了铸模，在本方法中将熔液浇注到铸模中。熔液例如是金属材料，优选是铸钢。要制造的铸件的形状由铸模给定。对于要制造的铸件的每个形状方面来说相应地存在铸模的适当造型。因此对铸件的任何描述都类似地适用于铸模。根据本发明，铸件在运行时承受减小的机械应力的区域中具有最大材料积聚。在此，减小的机械应力应理解为以下机械应力，其显著低于所使用的材料或工料在凝固和冷却状态中的负载能力极限。铸件的凝固终点也处于最大材料积聚区域中。在凝固终点处结束的凝固前沿推送异物，在凝固状态下最大材料积聚区域中这种异物的浓度局部增大。同样，在凝固终点处，形成不完整部、例如空腔的趋势增加。局部增大的异物浓度结合不完整部在相应位置处导致所使用的材料的强度受限。

在根据本发明的方法中，这种难以定量预测的材料弱化被特意地放置在仅承受减小的机械应力的区域中。由此，这个具有减小的机械应力的区域提供了最大的强度储备，这种强度储备部分地由于该材料弱化而消耗。因此，在借助根据本发明的方法制造的铸件的情况下，再次局部地提高了材料利用率。此外，在根据本发明的方法中，冷却工具和/或给料器仅在降低的范围上是必要的或者优选完全可以放弃。根据本发明的方法为由此制造的铸件提供了提高的生产质量，并且能够以简单的方式快速实施。

在该方法的另一个实施方式中，铸件在凝固之后在最大材料积聚区域中具有不完整部。最大材料积聚区域在此也是其中存在最后凝固的点的区域。不完整部代表了使铸件的机械负载能力局部降低的材料弱化。铸件的形状使得其中存在形成不完整部的最强烈倾向的区域也位于机械应力最低的区域中。由此，由于不完整部而出现的材料弱化集中在有足够强度储备的区域中，进而仅存在机械故障的降低的风险。另外，借助所要求保护的方法，可以将不完整部的出现特意地引到行星架的选定区域中。铸件的表面基本上平坦地设计。平坦表面是对于无损材料测试(例如超声波测试)的有利部位。特别地，所要求保护的方法使得不完整部出现在以下区域中，这些区域的背对侧、即铸件的相应背部也同样设计为基本上平坦的。该位置对用于无损材料测试的工具是有利的，并且与平坦背对侧相结合导致特别适宜的回波表面，这使得评估结果准确。因此，可以简单地检查通过所描述方法制造的铸件，这进一步简化和加速了铸件的整个制造过程。

此外，在所要求保护的方法中，在凝固开始时，以铸件的半剖面观察，可能存在多个凝固起点。凝固起点出现在具有低凝固模数(即铸件体积与导热铸件表面的比例)的区域中。因此，凝固起点例如在花丝处理(filigranen)的横截面端部的区域内。在所要求保护的方法中，凝固(即凝固前沿)因此从多个凝固起点走向位于最大材料积聚区域中的一个共同凝固终点。凝固前沿的、凝固起点的和终点的所描述的行为以半剖面中的模式化图示为基础。该说明类似地适用于具有大量这类半剖面的三维部件，例如基本上旋转对称的铸件。替代地，多个凝固起点也可以分别引向多个凝固终点。这些凝固终点彼此间隔开地位于具有单独的材料积聚的多个区域中。

此外，利用所要求保护的方法制造的铸件可以是行星传动装置的行星架。在行星架的几何形状中，特别是实现了所要求保护的方法的上述优点。所要求保护的方法的技术特征因此可以与所要求保护的行星架的技术特征结合。然而，待制造的铸件也可以是任意传动装置部件，例如用于工业应用或机动车辆的正齿轮。

所基于的目的也通过根据本发明的行星传动装置来实现，该行星传动装置包括其中运行有行星齿轮的内齿轮。行星齿轮可旋转地容纳在行星架中，行星架又与太阳轮轴耦合。行星架根据上述实施方式中的至少一个设计。行星架提供高稳定性和高可靠性。行星架本身重量轻，因此可以减少配属行星传动装置的重量。同时，行星架可以通过简单的铸造工艺来制造。该铸造方法根据上述实施方式中的至少一个来形成。铸造过程可以快速、可靠和成本高效地执行，并确保高生产质量。

附图说明

下面根据各个实施方式的附图描述本发明。附图的特征在此能够毫无问题地相互组合。图中详细示出：

图1以剖面斜视图示出了根据现有技术的制造方法中的铸造的行星架的凝固过程；

图2、3以纵向剖面和侧视图示出了根据本发明的行星架的实施方式；

图4、5以纵向剖面和侧视图示出了根据本发明的方法的实施方式中的凝固过程的流程；

图6示意性地示出了根据本发明的制造方法的实施方式的过程；

图7示意性地示出了根据本发明的行星传动装置的实施方式的构造。

具体实施方式

图1以剖面斜视图示意性地示出根据现有技术的铸造方法在制造行星架10时的凝固过程。行星架10包括第一套筒12，其构造为长套筒12。在轴向相对的一侧上有第二套筒14，其构造为短套筒14。在此，轴向方向应理解为沿着行星架10的主旋转轴线15的方向。第一和第二套筒12、14过渡到第一和第二封闭壁16、18中，这两个封闭壁又轴向地界定出净内部空间25。封闭壁16、18通过连接板20彼此连接。在第二封闭壁18中构造有用于容纳未示出的行星齿轮轴的孔27。此外，在第一套筒12处安装有多个冷却工具23，即外冷铁23，它们构造用于针对性地影响凝固过程。此外，在第二套筒14的区域中布置有两个给料器21，在制造行星架10时通过给料器对熔液28进行热影响。

图1还示出了两个凝固起点32，从它们起形成凝固前沿35。凝固前沿35的移动33以箭头来分别局部地示出。凝固前沿35的移动33分别终止于在给料器21内终止的凝固终点34。凝固前沿35驱动(即运输)异物36，异物在凝固状态下局部地降低行星架10中的材料质量。在凝固终点34周围，在凝固过程结束后在局部有增加的异物浓度。异物例如包括炉渣和模制材料颗粒。同样，在凝固过程之后，给料器21中存在不完整部38。

在图2和图3中，以纵向剖面和侧视图示出了根据本发明的行星架10的一个实施方式的结构。行星架10构造成可围绕主旋转轴线15旋转并且包括第一和第二套筒12、14。第一套筒12构造为所谓的长套筒并且第二套筒14构造为所谓的短套筒。第一套筒12具有比第二套筒14更大的壁厚。第一套筒12过渡到第一封闭壁16中并且第二套筒14过渡到第二封闭壁18中。在第一封闭壁16的区域中构造有闭合壁29，其单侧地轴向闭合了净空间25。闭合壁29基本上构造成薄壁的并且在熔液28凝固时适合用作冷却肋。两个封闭壁16、18通过连接板20相互连接。封闭壁16、18沿着轴向方向44界定净空间25，其设置用于容纳未示出的行星齿轮。净内部空间25部分地沿着径向方向46被连接板20界定。在第一套筒12、第一封闭壁16与连接板20之间存在第一过渡区17。类似地，在第二封闭壁18与连接板20之间存在第二过渡区域19。

在第一过渡区域17中，在根据图1的行星架10中存在围绕主旋转轴线15周围的最大材料积聚30。在最大材料积聚30的区域中，还存在正常运行时有行星架的最低机械应力的区域42。其应理解为由未详细示出的太阳轮轴和未示出的行星齿轮施加到行星架上的力的相互作用而形成的机械应力。在最低机械应力的区域42中有在行星架10的制造期间产生的不完整部38。类似地，在最低机械应力的区域42中存在异物36的增高浓度。不完整部38和异物36都代表了行星架10的局部材料弱化。由于最低机械应力的区域42至少部分地处于最大材料积聚30的区域中，这些局部材料弱化仅导致行星架10在该位置处有降低的存在机械故障的风险。

使第一和第二封闭壁16、18相连的连接板20具有可变的壁厚22。连接板20的壁厚22从第二套筒14起在轴向方向44上朝向第一套筒12地增大。由于如此增加的壁厚22，最大材料积聚30的位置被规定在轴向中央区域31中。此外，至少一个连接板壁26相对于主旋转轴线15具有角度37，该角度在轴向方向44上朝向第一套筒12打开。由于连接板20的壁厚22和角度37朝向第一套筒12增大，连接板20相应具有棱台形状。

图4和图5以半剖面和侧视图示出了根据本发明的行星架10的一个实施方式的制造中的凝固过程，根据图4的行星架10对应于图2和图3的行星架10。即，从不同的视角或以不同的剖面看相同的行星架10。在图2至图5中的相同的附图标记也具有相同的技术含义。

图4和图5由以下出发，即在根据本发明的制造方法100的范畴中，用于形成行星架10的熔液28已经浇注到未详细示出的铸模49中，并且通过放热来开始凝固。在第二套筒14的区域中局部存在较低的凝固模数，从而在那里开始凝固。产生有一个凝固起点32，从该凝固起点起形成凝固前沿35，凝固前沿移动穿过行星架10。在此，凝固前沿35的移动33用箭头表示。类似地，在第一套筒12的一个端部也存在较低的凝固模数，从而在那里也形成凝固起点32。从第一套筒12中的凝固起点32开始，也形成了凝固前沿35，其移动33也由箭头表示。沿着凝固前沿35的移动33，所谓的豪福件40被内接到行星架10的轮廓中。豪福件40在图4中是豪福圆41，豪福圆41又是相应豪福件40的二维投影。豪福件40在三维空间中是内接到行星架10的轮廓中的球体。根据豪福圆形法，沿着凝固前沿35的移动33的豪福圆41具有逐渐增大的直径。这还由于以下事实引起：连接板20基本上构造作为朝向第一套筒12增大的棱台。因此确保了均匀的凝固，并进而确保了制造时的高材料质量。随着凝固前沿35的移动33，凝固前沿35还推动了异物36。从第一和第二套筒12、14出发的两个凝固前沿35在其中存在最大豪福件43的最大材料积聚30的区域中相遇。产生了一个凝固终点34，其形成最后凝固点。最大材料积聚30处于在正常运行时出现最低机械应力的区域42中。其径向向外地出现在第一套筒12与邻接的连接板20之间的过渡区域17中。在凝固终点34处存在不完整部38。同时，在凝固终点34的区域中，通过凝固前沿35输送给最大豪福件43的异物36的浓度增加。由于不完整部38和异物36而存在于最低机械应力的区域42中的局部材料弱化仅在该位置导致行星架10的强度的不关键的降低。

根据图4的凝固没有附加的冷却工具，例如外冷铁或外冷铸模，因此快速且易于应用。同样，在图4和图5中的行星架10在没有给料器的情况下制造。行星架10的制造由此能成本高效地应用。同时，这样制造的行星架10提供了高强度和可靠性。

在图6中示意性示出要求保护的制造方法100的一个实施方式的过程，利用该方法来制造铸件50。在第一步骤110中，提供没有详细示出的铸模49，由该铸模确定要制造的铸件50的形状。在第二步骤中，将熔液28浇注到铸模49中。接着是第三步骤130，其中完成凝固过程。从凝固起点32出发产生凝固前沿35。凝固前沿35又向着凝固终点34移动，凝固终点34又位于要制造的铸件50的铸模内部。在凝固前沿35的移动33时，运输异物36，异物在第三步骤130之后以增加的浓度存在于凝固终点34的区域中。此外，在凝固终点34的区域中产生不完整部38。不完整部38和异物36的增高浓度在此位于具有降低的机械应力的至少一个区域42中。在那里，由于异物36和不完整部38引起的材料弱化对于铸件50的完整性来说不是关键的。

此外，图7中示出了根据本发明的行星传动装置60的一个实施方式。行星传动装置60包括太阳轮轴61，太阳轮轴与多个行星齿轮62啮合。在此，太阳轮轴61可围绕主旋转轴线15旋转地被支撑。行星齿轮62可围绕行星齿轮旋转轴线65旋转地容纳在行星架10中。行星齿轮62与环绕行星齿轮62的内齿轮64啮合。行星架10同样可围绕主旋转轴线15旋转。此外，从动轴63也与行星架10连接。

Claims (11)

1.一种行星架(10)，包括：具有邻接的第一封闭壁(16)的第一套筒(12)和具有邻接的第二封闭壁(18)的第二套筒(14)，其中，所述第一封闭壁(16)与第二封闭壁(18)相对布置；和，用于使所述第一封闭壁(16)与所述第二封闭壁(18)连接的连接板(20)，其特征在于，所述行星架(10)的、放置有最大的豪福件(40、43)的最大材料积聚(30)径向外部地位于从所述连接板(20)到所述第一封闭壁(16)的过渡区域中，其中所述行星架的所述最大材料积聚位于在所述行星架的常规运行期间承受减小的机械应力的所述连接板的区域中。

2.根据权利要求1所述的行星架(10)，其特征在于，所述连接板(20)具有从所述第二套筒(14)向所述第一套筒(12)增大的壁厚(22)。

3.根据权利要求1或2所述的行星架(10)，其特征在于，所述连接板(20)具有连接板壁(26)，所述连接板壁与所述行星架(10)的主旋转轴线(15)相反地指向。

4.根据权利要求1或2所述的行星架(10)，其特征在于，所述连接板(20)基本上具有棱台形、圆锥台体形、截椭球形或截角四面体形状。

5.根据权利要求1或2所述的行星架(10)，其特征在于，所述行星架(10)具有使所述第一封闭壁(16)与所述第二封闭壁(18)连接的多个连接板(20)。

6.根据权利要求1或2所述的行星架(10)，其特征在于，在所述行星架(10)的主旋转轴线(15)与连接板(20)的连接板壁(26)之间分别形成一个角度(37)，其中，所述角度(37)的大小不同。

7.一种用于制造铸件(50)的方法(100)，包括浇注熔液(28)，所述熔液浇注到所提供的铸模(49)中，其中，所述铸模(49)形成为使得在所述铸件(50)中有最大材料积聚(30)，所述铸件(50)的最大豪福件(40、43)位于所述最大材料积聚上，其特征在于，所述方法(100)在没有给料器(21)的情况下实现，其中所述铸件的所述最大材料积聚位于在所述铸件的常规运行期间承受减小的机械应力的连接板的区域中。

8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述铸件(50)在凝固之后在所述最大材料积聚(30)区域中具有不完整部(38)。

9.根据权利要求7或8所述的方法(100)，其特征在于，在开始凝固时，在所述铸件(50)的半剖面中存在多个凝固起点(32)。

10.根据权利要求7或8所述的方法(100)，其特征在于，铸件(50)被设计为行星传动装置的行星架(10)。

11.一种行星传动装置(60)，包括能旋转地容纳在行星架(10)中的内齿轮(64)、太阳轮轴(61)和多个行星齿轮(62)，其特征在于，所述行星架根据权利要求1至6中任一项所述的行星架形成。

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