CN1707143A - 太阳齿轮衬套和套筒及密封混合机电自动变速器中的方法 - Google Patents

太阳齿轮衬套和套筒及密封混合机电自动变速器中的方法 Download PDF

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Abstract

本发明详细描述了机电自动行星变速器的套筒和衬套。套筒和衬套用来限定通过行星齿轮装置部件的变速器润滑剂希望的流动。另外，套筒和衬套辅助维持在行星齿轮架的空腔内的足够的压力水平，以使润滑剂能够到达小齿轮的轴承。并且，通过轴向可分离的用花键连接的太阳齿轮和太阳齿轮轴调整套筒/衬套装置的半径或尺寸，以占据用于自动变速器的太阳齿轮和主轴之间的径向间隙或空腔。

Description

太阳齿轮衬套和套筒及密封混合机电自动变速器中的方法
相关申请的横向参考
本申请要求2004年3月22日提交的美国临时申请60/555,141的优先权。
技术领域
本发明涉及混合机电自动行星变速器，其具有主轴、太阳齿轮和设置在主轴和太阳齿轮之间的衬套-套筒装置。
背景技术
自动变速器的行星齿轮装置允许变速器减小或增加来自动力源的输入速度。行星齿轮装置的部件包括环形齿轮、具有至少一个小齿轮的行星齿轮架，及太阳齿轮。行星齿轮装置的齿轮环绕变速器的主轴并且通过与一系列离合器啮合改变主轴的输出速度。
给定基本的功能，经常分析行星齿轮装置以改进它们的制造过程和整体成本。例如，太阳齿轮可以从它的轴上分离，以简化每个各个部件的制造过程。这种改变对行星齿轮装置内的相邻的部件产生新的要求。
优化燃料节约且保证混合变速器内所有内部部件合适的冷却也可能是关键的。行星部件也能够辅助引导润滑剂流至变速器部件，从而减小疲劳且提高变速器的寿命周期。
2003年12月19日Schmidt等提交的且转让给General MotorsCorporation的题目为“Two-Mode Compound-Split，HybridElectro-Mechanical Transmission Having Four Fixed Ratios”，序列号为60/531,528的美国临时申请中描述了机电变速器，该申请通过参考在此完整引入。
发明内容
本发明提供一种紧凑的带有套筒和太阳齿轮衬套装置的机电变速器，套筒和太阳齿轮衬套装置在太阳齿轮和主轴之间形成的空腔内环绕变速器主轴。提供此处批露的衬套-套筒装置产生的几个优点包括：(1)允许太阳齿轮的更有效和成本节约的内部花键切割过程，及(2)允许通过沿着主轴密封润滑油来在行星齿轮架室内达到需要的压力水平以支持润滑剂流动。另外，本发明保持需要的包装空间，容易组装及部件通用。
本发明的一方面，衬套和套筒给太阳齿轮提供一些径向支撑，太阳齿轮环绕衬套-套筒装置和主轴。
本发明的另一方面，太阳齿轮包含两个轴向可分离的有可驱动的关系的部件(太阳齿轮部件和太阳齿轮轴部件)。衬套-套筒装置的尺寸是可变的以适应轴向可分离的太阳齿轮部件和其连接花键所要求的增加的径向空间。在本实施例中，衬套-套筒装置也用于减小设置在主轴的具有不同径向尺寸的两个区域之间的主轴上的台阶尺寸，且因此减小在那个点处的应力集中。主轴上的台阶尺寸的减小极大增长了主轴的寿命周期。
本发明的另一方面，套筒压配合入太阳齿轮，以形成预定尺寸和直径的孔，以容纳为太阳齿轮和主轴之间的空腔提供密封的衬套。
更具体地，提供径向紧凑的轴颈油密封件。密封件在用于自动变速器的行星齿轮装置的润滑油系统内且设计为使润滑油泄漏至不需要的区域的量最小。行星齿轮装置包括相对可旋转的主轴和太阳齿轮轴，其中太阳齿轮部件具有可与太阳齿轮部件上的互补花键互相连接的可钻孔的花键。两个太阳齿轮部件轴向相互可分离。太阳齿轮部件有轴颈孔，其成形为大于太阳齿轮部件上的内部花键的根部直径。行星齿轮装置也包括压配合入太阳齿轮部件的轴颈孔的套筒。套筒限定了预定尺寸的衬套孔。衬套孔内的衬套充分填充太阳齿轮部件上的轴颈孔和主轴之间的空腔内的其余空间，从而担当润滑油的密封件。
另外，本发明提供充分限制油离开行星齿轮装置的方法。更具体地，本方法包括：提供主轴和太阳齿轮；用太阳齿轮充分环绕主轴以形成空腔，该空腔作为润滑油的通道；且用套筒和/或衬套配合主轴，该套筒和/或衬套充分配置为填充空腔并充分防止油离开行星齿轮架。
当联系附图理解时，从随后实现本发明的最佳模式的详细描述中，可以容易明白本发明上述特征和优点及其它特征和优点。
附图说明
图1是沿着机电变速器的前面部分中心线的一侧截取的行星齿轮装置和电动马达的局部截面视图。
图2是在图1所示变速器的相对可旋转的轴部件之间使用的太阳齿轮、套筒和衬套装置的分解透视图。
图3是充分限制油从行星齿轮装置通过的方法的框图。
具体实施方式
参考图，在图1中可以看到在混合机电自动变速器中的三个行星齿轮装置(10，10’)中的两个。每一个行星齿轮装置(10，10’)包含三个齿轮组：环形齿轮(12，12’)、具有至少一个小齿轮(16，16’)的行星齿轮架(14，14’)，及太阳齿轮(18，18’)。三个齿轮组(12，14，和18及12’，14’和18’)一起使行星齿轮装置(10，10’)能够改变变速器的输出速度。
把我们的注意力转向第一个行星齿轮装置10，提供了如图2中分解所示的衬套20和钢套筒22。衬套20和钢套筒22被太阳齿轮18环绕且环绕主轴24，如图1中所示。衬套-套筒装置(20，22)向变速器提供了几个技术优点。衬套-套筒装置(20，22)的一个技术优点是使太阳齿轮18和太阳齿轮轴26轴向可分离，而行星齿轮装置10其余的部件没有重大改变。伴同太阳齿轮18与太阳齿轮轴26分离的几个优点包括简化制造过程及降低成本。例如，参见标题为“Splined SunGear and Method for Compact Electro-MechanicalTransmission”，律师案卷号为GP-305560，G.Kempf，转让给GeneralMotors Corporation的非临时申请，且通过参考在此完整引入。然而，由于太阳齿轮18和太阳齿轮轴26在变速器运转期间必须为可驱动的关系，所以它们需要可靠的连接机构。
在优选的实施例中，太阳齿轮18和太阳齿轮轴24通过设置在太阳齿轮18和太阳齿轮轴26之间的互补花键28的一部分连接，如图1中所描述。太阳齿轮18具有内部花键21，在图2中示出，其能够与太阳齿轮轴26上的外部花键(作为图1中所示互补花键28的一部分)连接。这些互补花键28增加了太阳齿轮18和太阳齿轮轴26的径向跨度，超过了内部太阳齿轮和轴的径向跨度，以容纳花键的厚度。因此，扩大了太阳齿轮18和主轴24之间的径向距离(且这样限定在其间的空腔25也扩大了)。在优选的实施例中，衬套-套筒装置(20，22)通过对太阳齿轮18提供另外的径向支撑提供这种增加。在这个装置中，图1和2中示出，太阳齿轮18既需要在太阳齿轮18的第一个轴向部分19内的第一个孔17，也需要太阳齿轮18的第二个轴向部分15内的内部花键21。为使内部花键21能被钻孔，第一个孔17比内部花键21的根部直径足够大，以允许钻孔设备54(虚图所示)在钻孔过程中往复运动。
本发明另一个技术优点是不需要主轴24在邻近太阳齿轮18的第一个轴向部分19的主轴24区域内具有较大的径向跨距，如图1和2所示。主轴24的轴颈部分27在主轴24邻近止推轴承32的地方30处较窄或较细。主轴30较窄的轴径部分27在变速器运转过程中在止推轴承32和主轴24之间提供了间隙。轴径部分27和邻近太阳齿轮18的第一个轴向部分19的主轴24区域之间的径向变化形成了半径形成的台阶34。如果太陡峭，半径形成的台阶34的寿命周期可能剧烈缩短，造成整个变速器过早损坏。然而，如果最小化半径形成的台阶34的尺寸，主轴24的寿命周期就得以保持。因此，衬套套筒装置(20，22)还允许主轴24的半径形成的台阶34维持预定的合适的尺寸，以达到它希望的疲劳寿命需求。
本发明另一个技术优点是使变速器润滑材料或润滑油(没有显示)能够通过穿过行星齿轮架室36维持必要的压力水平来润滑变速器部件。图1示出了特别需要注意的小齿轮16的小齿轮轴承38，因为当其对小齿轮16提供支撑时经受高温。小齿轮轴承38从行星齿轮架14外表面上不容易到达；因此，润滑剂必须保持增压超过一定的临界值以到达小齿轮16的心轴40，其邻近小齿轮轴承38。
首先，如图1所示，润滑剂(没有显示)通过几个像(42和44)一样的孔从主轴24流出，通过壳体孔52到达电动马达44和壳体50或太阳齿轮轴26。衬套-套筒装置(20，22)充分防止润滑剂在太阳齿轮18和主轴24之间流动，从而有助于维持行星齿轮架室36内的压力。通过第一个孔42行进的油主要到达电动马达壳体50，而通过第二个孔44进行的油主要到达行星齿轮装置10。限制通过第二个孔44行进的油到达其它地方，以使润滑剂润滑行星齿轮架14的小齿轮16并通过第一个止推垫圈46引向小齿轮16的心轴40。润滑剂接着沿着小齿轮16的心轴40到达第二个止推垫圈48，其运送润滑剂离开行星齿轮架14。没有衬套-套筒装置(20，22)，润滑剂将流入变速器未指定的区域且将不能充分到达小齿轮16的小齿轮轴承38。第二个行星齿轮装置10’和它的部件(12’，16’，15’，18’，20’，22’，25’，26’，28’，30’，32’，34’，36’，38’，46’，和48’)存在相似的流动模式。标题为“Lubrication System for Hybrid Electro-MechanicalTransmission Components”，律师案卷号为GP-305559，G.Kempf，转让给General Motors Corporation的非临时申请，对润滑剂流动路线进行更详细的描述，通过参考在此完整引入。
本发明一个另外的技术优点是能更加简化变速器的组装次序。衬套-套筒装置(20，22)使图1所示的主轴24的轴颈的直径保持足够小，以使太阳齿轮轴26、马达组件(49，50)和第一个行星齿轮装置10能够在主轴24已经安装至合适的位置后组装。衬套-套筒装置(20，22)填充并密封主轴24和太阳齿轮18之间的空腔25。然而，本领域内的普通技术人员应该知道，太阳齿轮18和主轴24之间的径向间隙或空腔25也可以用可选的装置来填充，例如如果可用，使用更大的衬套或套筒部件。
最后，图3提供并概述了组装带有衬套20和套筒22的行星齿轮装置10或10’的方法。该方法包括在110提供用于自动行星变速器的行星齿轮装置的太阳齿轮和主轴，并且在112使太阳齿轮环绕行星齿轮装置的主轴，以便在太阳齿轮18和主轴24之间形成空腔25(图1所示)。空腔25随后在步骤116中由衬套-套筒装置20，22填充。
在一个实施例中，方法包括提供太阳齿轮和太阳齿轮轴，其轴向可分离且通过诸如21的互补花键可连接。如前所述，太阳齿轮包括预定尺寸的第一个孔17，以适应内部花键21的钻孔，该钻孔对于集成的太阳齿轮和太阳齿轮轴是不需要的。在本例中，给太阳齿轮18钻孔以形成内部花键21，太阳齿轮18因此需要比太阳齿轮花键21的根部直径大的第一个孔17，以便钻孔工具的移动。套筒22随后压配合入太阳齿轮18的第一个轴向部分19，以便为容纳衬套20形成第二个孔。套筒的内部直径形成第二个孔23。衬套20随后插入第二个孔23，以充分填充空腔25(图1所示)其余的部分，以充分防止油从空腔25通过，以使油为行星齿轮架14利用。
尽管已经详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但是熟悉本发明涉及领域的技术人员可以明白在后附权利要求书的范围内用于实现本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (15)

1.一种自动变速器的行星齿轮装置，其包括：
主轴；
环绕所述主轴的太阳齿轮；
其中所述太阳齿轮和主轴配置为限定空腔；
也环绕所述主轴且被所述太阳齿轮环绕的衬套和套筒；其中所述衬套和套筒配置为填充所述主轴和所述太阳齿轮之间的所述空腔，以充分防止润滑剂通过所述空腔；及
其中所述衬套和套筒进一步可操作为在所述太阳齿轮和所述主轴之间提供径向支撑。
2.如权利要求1所述的自动变速器，还包括：
电动马达；
包住所述电动马达且适于限制润滑材料的壳体；及
其中所述衬套和所述套筒充分防止所述润滑材料从所述壳体通过。
3.如权利要求1所述的自动变速器，包括太阳齿轮轴，其中所述太阳齿轮和所述太阳齿轮轴为可驱动关系且轴向可分离。
4.如权利要求1所述的自动变速器，包括太阳齿轮轴，其中所述太阳齿轮和所述太阳齿轮轴有互补花键，使得所述太阳齿轮能够与所述太阳齿轮轴可轴向分离。
5.如权利要求1所述的自动变速器，其中所述主轴在所述主轴的半径中具有至少一个变化，在邻近所述空腔处形成半径形成的台阶；
其中当所述半径形成的台阶尺寸增大时，所述主轴预定的寿命周期缩短；及
其中所述衬套和套筒在邻近所述半径形成的台阶处径向充分足够大，以充分减小所述半径形成的台阶，以获得所述主轴的所述预定的寿命周期。
6.一种充分防止油从行星齿轮装置通过的方法，其包括：
提供主轴和太阳齿轮；
用所述太阳齿轮充分环绕所述主轴，以限定空腔作为油的通道；及
用在所述主轴和所述太阳齿轮之间充分配置的套筒和/或衬套填充所述空腔，以充分防止油通过所述空腔，以使油为行星齿轮装置所利用。
7.如权利要求6所述的方法，包括通过轴向可分离的太阳齿轮轴驱动所述太阳齿轮。
8.如权利要求7所述的方法，包括通过在所述太阳齿轮的一个轴向部分上的内部花键连接所述太阳齿轮和太阳齿轮轴。
9.如权利要求8所述的方法，包括对所述太阳齿轮上的所述内部花键钻孔。
10.如权利要求9所述的方法，包括在给所述太阳齿轮上的所述花键钻孔之前，在所述太阳齿轮另一个轴向部分上提供第一个孔，该第一个孔比在所述太阳齿轮上所述内部花键的根部直径大。
11.如权利要求10所述的方法，包括把所述套筒和/或衬套中的一个压入在所述太阳齿轮内的所述第一个孔，以为所述套筒和/或衬套的另一个产生第二个孔。
12.一种用在自动变速器的行星齿轮装置上的径向紧凑的轴颈油密封和驱动装置，其包括：
相对可转动的主轴和太阳齿轮轴；
具有可钻孔的内部花键的太阳齿轮，其可与所述太阳齿轮轴互相连接且从其中可轴向分离；
所述太阳齿轮具有第一个孔，其至少部分在所述主轴和所述太阳齿轮之间形成空腔，且当所述内部花键被钻孔时，形成得比所述内部花键的根部直径充分大；
压装配合入所述太阳齿轮的所述第一个孔以部分填充所述空腔且限定预定尺寸的第二个孔的套筒，以及
在所述第二个孔内的衬套，其充分填充所述太阳齿轮和所述主轴之间的其余空腔，以担当在所述空间内的油的密封件。
13.一种用于自动变速器的行星装置的太阳齿轮组件，其包括：
具有第一个和第二个轴向部分的太阳齿轮；
其中所述太阳齿轮的所述第一个轴向部分限定了第一个孔；
其中所述太阳齿轮的所述第二个轴向部分具有内部花键；
可压配合入所述太阳齿轮的所述第一个轴向部分的所述第一个孔的钢套筒；及
可插入由所述钢套筒限定的第二个孔的衬套。
14.如权利要求13所述的太阳齿轮组件，其中所述钢套筒精确研磨，以在预定的内部直径和外部直径公差和表面光洁度要求的范围内。
15.如权利要求13所述的太阳齿轮组件，其中所述钢套筒是可倒角的。
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