CN114450508A - 具有差速器的行星变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星变速器(1)，该行星变速器具有差速器(3)和至少一组行星齿轮(6)，并且具有用于差速器(3)和成组行星齿轮(7)的共同的行星架(9)，并且具有至少一组行星轴颈(18)，其中，行星轴颈(7)和差速器(3)的第一差速齿轮(11)坐置成在每种情况下在一个行星轴颈(18)上彼此轴向地跟随并且此处通过中间腹板(20)彼此轴向地分开，其中，沿径向方向延伸的中间腹板(20)在第一齿接平面(I)与第二齿接平面(II)之间轴向地延伸。

Description

具有差速器的行星变速器
技术领域
本发明涉及行星变速器，该行星变速器具有差速器和行星齿轮，并且具有用于该差速器和行星齿轮的集合的共同的行星架以及具有行星轴颈。
背景技术
在DE 10 2015 214 035 A1中公开了通用差速器或行星变速器的示例。行星变速器具有一件式壳体，该一件式壳体中容纳有载荷台阶部(step) 和差速器。如在这种类型的直齿轮差速器中所常见的，一个行星组的差速齿轮和其他行星组的差速齿轮坐置在单独的行星轴颈上。行星变速器的壳体以阶梯方式在轴向方向上设计成使得在壳体中形成轴向偏移的凹穴。凹穴被行星变速器的壁部段彼此轴向地分开。壳体以第一承载腹板(web) 开始于载荷台阶部的侧部。每个用于双行星中的一个双行星的凹穴立即跟随第一承载腹板。这些凹穴中的每个凹穴保持由两个行星齿轮形成的双行星。用于双行星的凹穴由第一承载腹板朝向一个侧部轴向地限制并且由一件式行星架的壁部段朝向另一侧部轴向地限制。在行星架的另一侧部上，一个长差速齿轮和一个短差速齿轮坐置在共同的凹穴中并且彼此啮合。共同的凹穴划分成两个空间部段。每个带有双行星的凹穴被共同凹穴的用于短差速齿轮的空间部段轴向地跟随。用于双行星的凹穴和用于短差速齿轮的空间部段被行星架的中间壁部段彼此轴向地分开。用于短差速齿轮的空间部段在第一承载腹板的方向上由中间壁部段轴向地限制并且在另一方向上由第二承载腹板的一部段轴向地限制。第二承载腹板是附接至壳体的盖。双行星和短差速齿轮坐置在共同的行星轴颈上，该共同的行星轴颈穿过壁部段支承在第一承载腹板的一个侧部上，接着还支承在中间壁部段中，并且最终支承在第二承载腹板的另一端部处。从此处周向地偏移，长差速齿轮中的一个长差速齿轮在共同凹穴的第二空间部段中也坐置在共同凹穴中的每个共同凹穴中。第二空间部段在第一承载腹板的方向上被在第二承载腹板的方向上从第一承载腹板轴向地偏移的壁部段界定，但是在第一承载腹板的方向上比中间壁部段进一步轴向后缩。这使共同凹穴具有阶梯形状。长差速齿轮各自坐置在行星轴颈上，该行星轴颈朝向壁部段的一个侧部轴向地坐置并且朝向第二腹板的另一侧部轴向地坐置。
发明内容
本发明的目的是创建设计简单的行星变速器。
该目的通过根据权利要求1的对象的行星变速器来实现。
根据本发明，提供的是，成组行星齿轮的一个行星齿轮以及差速齿轮的第一差速齿轮坐置成在行星轴颈上彼此轴向地跟随并且由此通过中间腹板彼此轴向地分开。沿径向方向延伸的中间腹板在第一齿接平面与第二齿接平面之间轴向地延伸。
通过使用各自的双行星与直齿轮差速器的差速齿轮之间的中间腹板，差速齿轮的载荷不会传递至行星轴承，而是直接传递至行星架。行星轴颈的轴承点之间的支承宽度被用于轴承中间腹板上的行星轴颈的其他点缩短，行星轴颈在行星变速器的整个宽度上从承载腹板的左外部延伸至右外部。这还减小了行星轴颈的轴承在行星架中和在行星轴颈中的弯曲力矩，这允许行星轴颈在直径上变得较小并且允许承载腹板上的行星轴颈的轴承被设计成质量较小。另外，两个差速齿轮在驱动操作期间载荷相同，这意味着差速器中的锁闭值在两个差速齿轮上是相同的。在具有较高负载的行星变速器或差速器中，由于行星齿轮的大小和行星齿轮的实心设计，成组差速齿轮和载荷台阶部的成组行星齿轮的啮合部不能始终布置在共同的齿接平面中。因此，两个差速台阶部的啮合部和经由齿接平面的轴向间隔的载荷台阶部的啮合部的分离在设计行星变速器时提供了更多可能性。
行星变速器的齿轮之间的动力经由齿轮的啮合齿部的侧面上的齿接触部来传递。啮合被理解为是指齿轮对的齿部的啮合。齿侧面的几何形状对于啮合部的承载能力来说是关键的。理论上，齿轮或齿轮的齿部的整个轴向宽度可以作为用于计算承载能力的基础来使用。然而在实践中，齿侧面的曲率例如以及齿侧面的几何形状中的微缺陷导致接触模式中的偏差。另外，行星变速器在负载下的变形以及在制造期间与理想尺寸的偏差在齿侧面上产生不均匀的载荷分布。另外，当设计齿轮时，注意确保齿部上的载荷在侧面线的端部处——即朝向齿部的端部处的面——减小，以避免边缘载荷以及由此产生的过高应力。因此，用于描述本发明的齿接平面的定义假设了理想状态，在该理想状态中，不考虑在行星变速器的操作期间侧面的曲率和侧面线的非轴向平行的过程或者侧表面的曲率以及齿接触部的移位。因此，齿接平面是被行星变速器的中心轴线垂直穿过的假想径向平面，该行星变速器的中心轴线将理论上(计算的并且基于齿部设计)有效的齿宽在中间垂直且居中地划分、即居中地穿过理论上有效的齿宽延伸。直齿部的齿侧面的各自的接触线或接触表面也垂直地穿过该径向平面。对于各自的侧面线或接触线以及在螺旋齿或渐开线齿上具有弯曲路线的接触表面，以在所考虑的轴向平面中的接触表面和接触线的投影的轴向中心作为基础。
换言之：各自的齿接平面穿过啮合齿轮的沿着啮合齿轮的齿轮轴线或行星变速器的中心轴线切割的齿部的中心延伸。
因此，第一齿接平面为径向平面，该径向平面将第一差速齿轮与第一太阳齿轮啮合的齿接触部在中心轴向地分开，并且因此将第一差速齿轮的有效齿宽和第一太阳齿轮的有效齿宽同时在中心分开。
第二齿接平面为径向平面，该径向平面将第二差速齿轮与第二太阳齿轮啮合的齿接触部分开，并且因此将第二差速齿轮的有效齿宽和第二太阳齿轮的有效齿宽同时在中心分开。
第三齿接平面为径向平面，该径向平面将成组行星齿轮与载荷台阶部中的至少一个其他任意齿轮啮合的齿接触部分开，并且因此将成组行星齿轮的有效齿宽和其他任意齿轮的有效齿宽在中心分开。如本发明的一个实施方式所提供的，其他齿轮例如是环形齿轮。第三齿接平面因此为径向平面，该径向平面将双行星的第一行星齿轮与环形齿轮啮合的齿接触部分开，并且因此将双行星的第一行星齿轮的有效齿宽和环形齿轮的有效齿宽在中心分开。
因此，本发明的一个实施方式提供的是，成组行星齿轮中的每个行星齿轮为双行星的第一行星齿轮。载荷台阶部具有成组双行星。双行星中的每个双行星具有除第一行星齿轮之外的第二行星齿轮。每个双行星的第一行星齿轮和第二行星齿轮以在旋转方面固定的方式相互连接。该连接是一件式、单一材料连接或者使单独的行星齿轮连结以形成双行星。
第四齿接平面的结果为径向平面，该径向平面将处于齿接触的具有至少一个任意其他齿轮的双行星的第二行星齿轮的齿接触部居中地分开，并且因此将双行星的第二行星齿轮的有效齿宽和任意其他齿轮的有效齿宽在中心分开。根据本发明的一个实施方式，与双行星的第二行星齿轮啮合的任意其他齿轮为第三太阳齿轮。
各自的轴向平面是行星变速器的中心轴线和齿轮轴线同时在其中延伸的平面。各自的轴向平面穿过齿接平面并且垂直通过齿接平面延伸。因此，在本发明的意义中，轴向是指与中心轴线在相同方向上并且径向是指横向垂直于中心轴线。因此，由中心轴线垂直地穿过所有径向平面并且所有径向距离是与轴向对准的中心轴线的垂直距离。
本发明的另一实施方式提供的是，相互啮合的差速齿轮位于居中地贯穿齿部的啮合部并且位于第一齿接平面中的径向平面中。这种布置结构的优点在于，可以使差速器变窄以节省轴向安装空间。一般来说，为了使左侧和右侧的传动比在差速器输出时相等，目的是使差速齿轮彼此之间具有相同的齿部几何形状并且使太阳齿轮彼此之间具有相同的齿部几何形状。为了确保与短差速齿轮齿接触的长差速齿轮和太阳齿轮不会彼此径向地冲突，直径上的差通过差速齿轮的齿部的轮廓转移来校正以用于以上提及的示例性实施方式。另一方面，本发明的另一实施方式提供的是，差速齿轮的啮合部位于居中地贯穿这些差速齿轮的啮合部并且轴向地位于第一齿接平面与第二齿接平面之间的径向平面中。在这种情况下，有利的是，在两个组中使用相同的差速齿轮和相同的太阳齿轮作为相同的部分。这增加了批处理大小，特别是待制造的行星齿轮的批处理大小，这在用于生产准备的制造成本和库存方面具有有利效果。
本发明的另一实施方式提供的是，行星轴颈设计成具有与行星轴颈的直径有关的两个台阶部，其中，第一轴颈台阶部在直径上大于第二轴颈台阶部。此处，第一差速齿轮各自坐置在第一轴颈台阶部上。双行星中的每个双行星坐置在第二轴颈台阶部上。与使用具有连续外直径的行星轴颈相比，本实施方式的优点在于，如果中间腹板中的通孔具有在标称尺寸上对应于行星轴颈的较小外直径——即第二轴颈台阶部的直径——或者至少比第一轴颈台阶部的外直径小的直径，则行星轴颈的台阶部在中间腹板上形成止挡部。当在行星架中安装行星轴颈时，行星轴颈插入到第一承载腹板中，直到行星齿轮的台阶部与中间腹板轴向接触。因此，行星轴颈只需要通过冲压或其他类型的塑性变形固定在一个侧部上，或者以形状配合或在材料方面结合的方式被连接。这简化了行星变速器的组装并且使行星架在两个侧部上冲压时免受可能发生的高成形力。
具体实施方式
图1示出了沿着行星变速器1的中心轴线22的纵向截面中的行星变速器1。
行星变速器1包括载荷台阶部2和差速器3。载荷台阶部2具有作为用于行星变速器1的动力输入的第三太阳齿轮4。第三太阳齿轮4 与双行星6的行星齿轮7啮合。在图1中，由于截面视图，仅一个双行星6可见。每个双行星6具有第二行星齿轮8，该第二行星齿轮以不可旋转的方式连接至双行星6的第一行星齿轮7并且借助于行星轴颈 18上的行星轴承27绕各自的轴颈轴线17以可旋转的方式安装有双行星的第一行星齿轮。环形齿轮5是载荷台阶部2的另一部件。环形齿轮5 与双行星6的第二行星齿轮8啮合。
差速器3包括第一组第一差速齿轮11和第二组第二差速齿轮16、第一太阳齿轮12和第二太阳齿轮13。在成组第一差速齿轮11中，仅一个差速齿轮11在图1的图示中(于中心轴线22上方)可见。另一差速齿轮11由中心轴线22下方的虚线示意，因为在该视图中，该差速齿轮被第二组差速齿轮16的第二差速齿轮16所隐藏。在第二组第二差速齿轮16的第二差速齿轮16中，仅这一个第二差速齿轮可见。在图中位于左侧的第一太阳齿轮12与第一差速齿轮11啮合，但是不与第二差速齿轮16接触。因此，在不接触的情况下，第一太阳齿轮12的齿部与各自的第二差速齿轮16的齿部之间保留有径向距离。第二太阳齿轮13 与第二差速齿轮16啮合，但是不与第一差速齿轮11接触，因为第一差速齿轮由于其较小的轴向宽度而不能与第二太阳齿轮13接触。第一差速齿轮11与第二差速齿轮16啮合。第一差速齿轮11是所谓的差速器3 的窄行星齿轮。第一差速齿轮的轴向宽度与被称为宽行星齿轮的第二差速齿轮16的轴向宽度相比窄了约一半。
行星变速器1中的啮合部可以划分成4个齿接平面I至IV。一般来说，齿接平面被理解成相互啮合的齿轮在被中心轴线22垂直穿过的各自的假想径向平面中的啮合位置。假想径向平面垂直地延伸至图中以及/ 或者还垂直地延伸至图外。
齿接平面I和齿接平面II分别被分配给差速齿轮11的啮合部和差速齿轮16的啮合部。第一齿接平面I以第一太阳齿轮12与第一差速齿轮11的啮合部为特征。同时，以第一差速齿轮11与第二差速齿轮 16的啮合部为特征的径向平面R位于同一径向平面中。第二差速齿轮16在轴向上足够宽以与第二太阳齿轮13在第二齿接平面II中啮合。因此，第二齿接平面II以第二太阳齿轮13与第二差速齿轮16的啮合部为特征。位于齿接平面I中的径向平面R被分配给彼此成对啮合的差速齿轮11和差速齿轮16的啮合部，如前面已经提及的。径向平面R中的啮合部设计成具有距第一太阳齿轮12的啮合部与第一差速齿轮11 的啮合部的径向和切向(距围绕中心轴线的周向方向)距离。
齿接平面III和齿接平面IV被分配给载荷台阶部2的行星齿轮的啮合部。第三齿接平面III以双行星6的第二行星齿轮8与环形齿轮5 的啮合部为特征。第四齿接平面IV由双行星6的第一行星齿轮7与第三太阳齿轮4的啮合部引起。
根据本发明，行星变速器1设置有行星架9，该行星架设置有轴向地位于图中的外左侧上的承载腹板10并且设置有位于图中的外右侧上的承载腹板21以及中间腹板20。中间腹板20将差速器3分开并且在第一齿接平面I与第二齿接平面II之间轴向地延伸。
行星变速器1具有两组行星轴颈。在根据图1的图示中，组中的一个组的仅一个行星轴颈18可见。行星轴颈18从承载腹板10穿过中间腹板20轴向地延伸至承载腹板21并且永久地支承在承载腹板10和承载腹板21中，并且该行星轴颈至少在负载下还支承在中间腹板20 中，并且用紧固件19将该行星轴颈紧固在那里，例如通过凸缘、优选地通过嵌缝或冲压紧固在那里。
第一差速齿轮11轴向地布置在第一承载腹板10与中间腹板20 之间。第二差速齿轮12轴向地延伸穿过中间腹板20(参见中间腹板20 的下端部26)或者替代性地侧向地穿过中间腹板(未示出)并且安装在第一承载腹板10的一个端部处以及安装在行星架9的壁部段的另一端部处，该另一端部在图1中不可见。
第一差速齿轮11和双行星6各自坐置在共同的行星轴颈18上。各自的差速齿轮11被中间腹板20从双行星6的第二行星齿轮8轴向地分开。双行星6借助于行星轴承27以可旋转的方式安装在行星轴颈 18上。差速齿轮16各自安装在不同的行星轴颈上或者借助于行星架9 中的销而被支承，使得该差速齿轮可以围绕其自己的行星轴线(附图中未示出)旋转。行星架9借助于滚动轴承14和滚动轴承15以可旋转的方式安装在未示出的壳体中、例如安装在电动车辆的车轴的壳体中。
图2示出了行星变速器28的另一示例性实施方式，该实施方式的设计主要对应于图1中示出的行星变速器1的设计。差别在于行星轴颈18的设计和径向平面R的位置。具有差速齿轮11和差速齿轮16的齿接触部的径向平面R在齿接平面I与齿接平面II之间轴向地延伸。由于在图2中示出的部分截面，差速齿轮16不可见。
虽然差速器3中的行星轴颈18始终具有相同的直径，但是行星变速器28中的行星轴颈30设计成具有与直径有关的两个台阶部。布置在差速器29中的第一轴颈台阶部24在直径上大于载荷台阶部2中的第二轴颈台阶部23。中间腹板20中的通孔的内直径在标称尺寸上对应于第二轴颈台阶部23的直径。由于第一轴颈台阶部24的直径大于第二轴颈台阶部23的直径，所以第一轴颈台阶部24将不会轴向地穿过中间腹板20中的通孔而进行配合而是将轴向地撞击中间腹板20。行星轴颈30 的紧固件19仅需要如示出的一样可选地位于第二承载腹板21的右侧部上。替代性地，可以提供行星轴颈30到第一承载腹板10的仅一个紧固件(未示出)。行星轴颈30可以在没有紧固件的情况下以在轴向上浮动的方式安装在承载腹板10中或者可以仅被压入该承载腹板中。同样替代性地适用于行星轴颈30在第二承载腹板21中的浮动安装。
图3示意性地示出了第一齿轮31与第二齿轮32之间的啮合。图示通常用于描述齿接平面V在齿轮31和齿轮32的啮合部中的位置。两个齿轮31和32经由其螺旋齿34和螺旋齿35相互啮合。螺旋齿 34的侧面线在空间中弯曲地延伸并且在侧面线投射到图3的假想平面中时标记有附图标记39。投影39的假想延伸线和第一齿轮的齿轮轴线35 封围该投影的虚拟延伸线与第一齿轮的齿轮轴线之间的螺旋齿34或螺旋齿35的螺旋角alph。两个齿轮31和32的啮合部的中心37位于齿接平面V中。在所考虑的理想情况下，中心37位于齿轮31和齿轮32 的齿宽B的一半宽度B/2处。因此，假设的是，齿接触部沿着侧面线在齿轮31和齿轮32的整个宽度B上移动。
附图标记说明
1 行星变速器
2 载荷台阶部
3 差速器
4 第三太阳齿轮
5 另一齿轮、环形齿轮
6 双行星
7 双行星的第一行星齿轮
8 双行星的第二行星齿轮
9 行星架
10 承载腹板
11 差速器的第一差速齿轮
12 第一太阳齿轮
13 第二太阳齿轮
14 滚动轴承
15 滚动轴承
16 差速器的第二差速齿轮
17 轴颈轴线
18 行星轴颈
19 紧固件
20 中间腹板
21 承载腹板
22 差速器或行星变速器的中心轴线
23 第二轴颈台阶部
24 第一轴颈台阶部
25 紧固件
26 中间腹板的下端部
27 行星轴承
28 行星变速器
29 差速器
30 行星轴颈
31 第一齿轮
32 第二齿轮
33 第一齿轮的螺旋齿
34 第二齿轮的螺旋齿
35 第一齿轮的齿轮轴线
36 第二齿轮的齿轮轴线
37 中心
38 侧面线的假想延伸线
39 侧面线的投影
I 第一齿接平面
II 第二齿接平面
III 第三齿接平面
IV 第四齿接平面
alph 螺旋角
B 齿轮宽度
B/2 齿轮宽度的一半
R 径向平面
V 齿接平面

Claims (10)

1.一种行星变速器(1)，所述行星变速器具有差速器(3)和至少一组行星齿轮(6)，并且具有用于所述差速器(3)和成组行星齿轮(7)的共同的行星架(9)，并且具有至少一组行星轴颈(18)，其中：
-所述差速器(3)具有成组第一差速齿轮(11)、成组第二差速齿轮(16)、第一太阳齿轮(12)和第二太阳齿轮(13)，其中，所述第一差速齿轮(11)各自在第一齿接平面(I)中与所述第一太阳齿轮(12)啮合并且所述第二差速齿轮(16)各自在第二齿接平面(II)中与所述第二太阳齿轮(13)啮合，以及其中，所述第一差速齿轮(11)中的一个第一差速齿轮与所述第二差速齿轮(16)中的至少一个第二差速齿轮啮合；
-各自的所述齿接平面(I，II)在每种情况下为径向平面，所述径向平面被轴向延伸的中心轴线(22)垂直穿过并且居中地贯穿所述第一差速齿轮与所述第一太阳齿轮(12)的啮合部或者所述第二差速齿轮(16)与所述第二太阳齿轮(13)的啮合部；
-所述行星架(9)包括第一承载腹板(10)、第二承载腹板(21)以及轴向地形成在所述承载腹板(10，21)之间的中间腹板(20)；
并且在每种情况下，成组的所述行星齿轮(7)中的一个行星齿轮(7)和所述差速齿轮(11)中的第一差速齿轮(11)坐置成在行星轴颈(18)上彼此轴向地跟随并且通过所述中间腹板(20)彼此轴向地分开，其中，沿径向方向延伸的所述中间腹板(20)在所述第一齿接平面(I)与所述第二齿接平面(II)之间轴向地延伸。
2.根据权利要求1所述的行星变速器(1)，其中，其他组的所述行星齿轮(7)在第三齿接平面(III)中与至少一个其他齿轮(5)啮合，其中，所述第三齿接平面(III)为径向平面，所述径向平面被轴向延伸的中心轴线(22)垂直穿过并且居中地贯穿啮合中的所述齿轮(5，7)的啮合部。
3.根据权利要求2所述的行星变速器(1)，其中，所述中间腹板(20)在所述第一齿接平面(I)与所述第三齿接平面(III)之间轴向地延伸。
4.根据权利要求1、2或3所述的行星变速器(1)，其中，各个所述齿接平面(I，II，III)在轴向方向上彼此轴向地分开。
5.根据权利要求1所述的行星变速器(1)，其中，所述行星轴颈(18)轴向地支承在所述第一承载腹板(10)中的一个端部处，穿过所述中间腹板(20)轴向地延伸至所述第二承载腹板(21)，并且支承在所述第二承载腹板(21)中的另一端部处。
6.根据权利要求1所述的行星变速器(1)，其中，居中地贯穿所述差速齿轮(11，16)的啮合部的径向平面(R)平行于所述齿接平面(I，II)延伸。
7.根据权利要求6所述的行星变速器，其中，所述差速齿轮(11，16)的啮合部中的一个啮合部位于径向平面(R)中，所述径向平面居中地贯穿所述差速齿轮(11，16)的啮合部并且所述径向平面位于所述第一齿接平面(I)中。
8.根据权利要求6所述的行星变速器，其中，所述差速齿轮(11，16)的啮合部中的一个啮合部位于径向平面(R)中，所述径向平面居中地贯穿所述差速齿轮(11，16)的啮合部并且所述径向平面在所述第一齿接平面(I)与所述第二齿接平面(II)之间轴向地延伸。
9.根据权利要求1所述的行星变速器，其中，所述行星齿轮(7)中的每个行星齿轮是双行星(6)的第一行星齿轮(7)，其中，各自的所述双行星(6)由所述第一行星齿轮(7)和第二行星齿轮(8)形成。
10.根据权利要求9所述的行星变速器，其中，所述行星轴颈(18)设计成具有与所述行星轴颈的直径有关的两个台阶部，其中，第一轴颈台阶部(24)在直径上大于第二轴颈台阶部(23)，以及其中，所述第一差速齿轮(11)各自坐置在所述第一轴颈台阶部(24)上并且所述双行星(6)中的每个双行星坐置在所述第二轴颈台阶部(23)上。
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