JP3946257B2 - 遊星歯車装置および遊星歯車装置を組み立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車用のハスバ構造の遊星歯車装置であって、駆動軸に相対回動不能に結合可能な太陽歯車と、遊星キャリア内に支承された複数の遊星ピニオンと、遊星ピニオンを包囲してリング歯車キャリアに結合されたリング歯車とを備えている形式のものに関する。
自動車に遊星歯車装置を使用することは既に一般に公知である。ハスバ構造の遊星歯車装置はスグバの歯車装置に比較して明らかに高度の静粛性を有し、この点は次第に厳しくなる騒音防止条例等に関連してますます重要な意味を持つに至っている。
しかしながら、ハスバの遊星歯車装置において問題となるのが一面においてその高価な製作並びに組立て、他面においてはハスバに基づく大きなスラスト力の制御である。スラスト力は駆動軸並びに被動軸のような隣接の構造部分に極めて大きな負荷を及ぼす。遊星ピニオンへは極めて大きな傾動モーメントも及ぼされ、その結果ラジアル軸受が大きな負荷を受ける。歯から生ずる自由なスラスト力の結果として任意に大きなネジレ角を選ぶことはできない。というのは、必要とするスラスト軸受へ作用する力が大き過ぎることになりかねないからである。一般には単式ハスバの場合のネジレ角は１０°から１５°までの間を変動する。使われるスラスト軸受は軸受損失の増大並びに効率の劣化を生ずる。
ドイツ国特許第４０１６５２号明細書によれば、スラスト力を吸収するために一緒に回転する１つのスラストカラーが設けられた単式ハスバ構造の平歯車装置が知られている。このスラストカラーは、単に一方向でのスラスト力を受け止めるか、又は両側に受け面を形成することによって両方向のスラスト力を受け止めるように種々構成されている。発生することのある衝撃も、スラストカラーと歯車との間の弾性的な手段、例えばスラストカラー自体の弾性構造によってか又は弾性的な間挿部材によって吸収することができる。
スラストカラーを装着する方法としては例えばドイツ国特許第２８１５８４７号明細書によって次の方法が知られている：
１．スラストカラーを端面側からねじ付ける。この固定形式は比較的大きなピニオン（小さな歯数比）を備えた歯車装置においてのみ可能である。というのは、スラストカラーの内向きに張り出すフランジのために付加的なスペースが必要だからである。
２．スラストカラーを、軸方向の動きに対する付加的な位置固定なしに焼ばめによって固定する。この固定形式はすべりに対する十分な安全性を保証するために大きな焼ばめ圧力以外に大きな焼ばめリング幅を必要とする。例えば高回転の場合にリングの拡開の結果として焼ばめ圧力が減少しかねないからである。しかし、スラストカラー幅を大きくすることは歯車組並びに歯車装置の幅を不都合に大きくすることにつながる。
３．スラストカラーを軸上に焼ばめによって固定する。しかも付加的に分割リングと止めリングとによって固定する。この付加的な固定手段はとりわけ焼ばめ結合の不確実性に対処すると共にスラスト力の偏心的な作用によって平歯車装置のスラストカラーへ及ぼされる負荷に対処するものである。個々の部材としてはナット、固定リング、二分割の挿入リングが付加的な止めリング及びラジアルピン並びにねじと共に使用される。構造的に高価となる難点以外に、このねじ付けられたスラストカラーの場合は、スラストカラーの受け面の仕上げ加工（研磨）を焼ばめ後に行う必要がある。というのは、もしそうでないと、焼ばめ過程において発生したスラストカラーの傾きによって受け面の衝撃のない回転が保証されないからである。この点は技術的にもコスト的にも製作に関して不利となる。
４．スラストカラーを軸上に一時的もしくは軽度のプレスばめによって固定し、電子ビーム溶接によって軸と共に均質のユニットとして一体に結合する。
最後に、ドイツ国特許出願公開第４２１６３９７号明細書によれば、特に自動車用のハスバ構造の遊星歯車装置として、駆動軸に相対回動なしに結合可能な太陽歯車と、遊星キャリア内に支承された複数の遊星ピニオンと、遊星ピニオンを包囲してリング歯車キャリアに結合されたリング歯車とを備えている形式のものが知られている。スラスト力を吸収するために、太陽歯車と遊星ピニオンとの間及び遊星ピニオンとリング歯車との間にスラストカラーが設けられており、これらのスラストカラーは各歯車の側面に配置されている。これらのスラストカラーは、引き方向でも押し方向でもスラスト力を受け止めることができるように遊星ピニオンの両側に配置されている。
遊星歯車装置の太陽歯車が、遊星歯車装置の主軸例えば前置の多段の主変速機の主軸の歯部自体から成っている場合には、このような主軸の端部にスラストカラーを固定するには困難を生ずる。この種の、太陽歯車歯部を有している主軸を以下においては駆動軸と称することとする。
本発明の課題は、ハスバ構造の遊星歯車装置において前述の問題を解消すること、特に、僅かな費用並びに容易な組立てによって製作可能であって、スラスト力を良好に制御できる遊星歯車装置を提供することである。
このような課題を本発明は請求の範囲第１項に示す特徴事項による遊星歯車装置によって解決した。
有利な実施態様は請求の範囲第２項以降に示されている。
本発明の場合、遊星歯車装置を駆動軸の端部上に組み付けるために、駆動軸の端部と遊星キャリアもしくは遊星歯車装置の被動軸との間に１つの機構が設けられている。この機構を介してハスバの遊星歯車装置のスラスト力を遊星キャリアに面している太陽歯車のスラストカラーから駆動軸へ伝達させる。
この機構は、直径が可変の弾性的な１つの支持リングもしくはばねリングから成っていて、遊星キャリアの内側の１つのカバーに配置されている。カバーは軸方向で遊星キャリアに支えられている。ばねリングは組立て状態では駆動軸に形成された凹部に嵌まり込む。
有利な実施態様によれば、カバー及びばねリングは斜面を有しており、この斜面を介して組立て時にばねリングの直径縮小が可能になる。さらに駆動軸の凹部並びにばねリングに、スラスト力を伝達する受け面が形成されている。この受け面は円錐形であるとよい。
カバーと遊星キャリアとの間には、駆動軸と遊星キャリアとの間の相対回転数を補償するためのスラスト軸受を設けることができる。この場合には、カバーとスラスト軸受との間及びスラスト軸受と遊星キャリアとの間に、遊星キャリアの軸方向の動きを補償するために例えば皿ばねのような弾性部材を配置することができる。
スラストカラーが配置されることによってスラスト力は発生個所にとどめられることになる。従ってスラスト力は太陽歯車へも遊星ピニオンへも作用することはない。即ち、ハスバのネジレ方向次第でスラスト力が常に両方のスラストカラーの一方によって吸収されるからである。スラスト力は、構造部分へ作用を及ぼさない内力となる。
このようにしてスラストカラーによってスグバ構造の遊星歯車装置におけると同様の軸受けが可能である。
太陽歯車の両方の端面側へは、スラストカラーを、接触面を形成する範囲が遊星ピニオンの歯車本体へ入り込むように配置することができる。このような配置によれば、スラストカラーの接触面は遊星ピニオンのピッチ円に対して半径方向で内方に位置することになる。発生する速度差も比較的小さく、特に接触面がピッチ円に近ければそれだけ小さくなる。
以上の実施態様の場合合計４つのスラストカラーを必要とするだけである。この場合１つのスラストカラーはリング歯車の、リング歯車キャリア側とは反対側に配置して、このスラストカラーに対置してリング歯車キャリア側に位置するスラストカラーは、リング歯車キャリア自体に形成された１つの接触面から成っているように構成することができる。
この構成によれば、リング歯車キャリアは付加的にスラストカラーの機能をも果たし、しかも、スラスト力は太陽歯車へもリング歯車へも作用しない。というのは、既述のように、ハスバのネジレ方向次第でスラスト力はいずれかのスラストカラーの接触面によって吸収されるからである。これによって構成部品は不都合な負荷を免れ、軸方向偏位を生ずることはない。
有利な別の実施態様の場合、スラストカラーの接触面が球面形又は円錐形であり、円錐角は１°と６°との間にする。この実施態様によれば、接触面相互間に潤滑膜を施すことができ、これによって接触し合う際極めて僅かな摩擦力が発生するにとどまる。スラストカラーとその所属の歯車との結合は機械的な結合部材によるか又は簡単に溶接によって行うことができる。リング歯車の場合の有利な解決策としては、リング歯車の、リング歯車キャリア側とは反対側に配置される方のスラストカラーについては、リング歯車へ嵌め付けるとよい。この場合は、リング歯車の内歯の側端部に段部を設けて、この段部にスラストカラーが軸方向で支えられるようにする。内歯の段部はスラストカラーに対するストッパ面をなして軸方向に位置止めする。リング歯車上でのスラストカラーの回り止めとして、内歯に対応する歯をスラストカラーに形成するとよい。
このような実施態様によれば、スラストカラーを連結歯又はスプラインと類似の簡単な形式で横からリング歯車の内歯に差し込むことができる。
リング歯車は一般に連結歯を介してリング歯車キャリア上へ嵌め付けられており、一端には軸方向の位置固定のために１つの止めリングが使われる。止めリングはリング歯車の、リング歯車キャリア側の端部に位置しているのが一般的である。
止めリングとは反対側ではスラストカラーがリング歯車の軸方向の位置止め部材をなすことができる。スラストカラーは安定性を有しているので、リングに溶接されている場合特に、あるいはリング歯車の内歯の十分安定した段部に接触支持されている場合にも、比較的大きなスラスト力を伝達することができる。このような理由から、ハスバのネジレ方向も運転中に発生するスラスト力がスラストカラーによって吸収されるように選定する。
自動車に遊星歯車装置を使用する場合も、引張荷重の際にスラスト力がスラストカラーへの方向で作用するようにハスバが選定される。通例の右回転機関の場合リング歯車用には右ネジレのネジレ方向である。
次に、図面に示す実施例に従って本発明を詳述する。
第１図は完全に組み立てられた状態で示した本発明による遊星歯車装置の縦断面図、第２図はリング歯車の一部をスラストカラーと共に示した拡大断面図、第３図は太陽歯車と遊星ピニオンとの間に位置するスラストカラーの拡大断面図、第４図は第１の組み立て段階で示す本発明による遊星歯車装置の縦断面図、第５図は第２の組み立て段階で示す本発明による遊星歯車装置の縦断面図である。
遊星歯車装置は基本的に公知の構造形式なので、以下においては本発明の部分について詳述するにとどめる。
第１図において、遊星歯車装置１は一般に歯車装置の主軸をなす駆動軸２の端部に太陽歯車歯部３を有している。この太陽歯車歯部３の周囲には複数の遊星ピニオン４がそれぞれピン５上に支承されて配置されており、ピン５自体は、遊星キャリア６と一体に製作されてない限り、この遊星キャリア６に固定されている。遊星ピニオン４は内歯５０を有するリング歯車７によって包囲されている。太陽歯車歯部３、遊星ピニオン４及びリング歯車７は順次ネジレの向きを逆にしてハスバの歯形に形成されている。
リング歯車７は、一般にリング歯車７の内歯５０の延長部である連結歯５２を介してリング歯車キャリア８に連結されている。リング歯車７の内周壁の周みぞに位置する１つの止めリング９によって軸方向固定がなされている。
太陽歯車歯部３の範囲には遊星ピニオン４の両側にスラストカラー１７、１８が配置されており、これらのスラストカラーはその内歯５４が太陽歯車歯部３にかみ合っている。
スラストカラー１７、１８の高さもしくは半径は、斜面部１９、２０を形成する範囲が遊星ピニオン４の歯車本体、つまり歯形が形成されてない範囲へ入り込むような値である。この点は第３図に明瞭に示されている。このようにして両方のスラストカラー１７、１８はスラスト力の方向次第で相応の斜面１９又は２０を介して側方案内を生ずる。第３図にさらに示されているように、斜面１９、２０はスラストカラー１７、１８と遊星ピニオン４との間で歯形部分から斜めにもしくは僅かにテーパをなして外方へ拡開しており、場合によっては曲面をなしていてもよい。
同様に、リング歯車７と遊星ピニオン４との間に発生するスラスト力がスラストカラー２１、２２によって吸収される。スラストカラー２１は第１図において左側、つまりリング歯車キャリア８とは反対側において、右からリング歯車７の内歯５０へ挿入可能である。このためスラストカラー２１は相応に外歯を有していて、この外歯がリング歯車７の段部２３に接触している。
スラストカラー２１とは反対側に位置するスラストカラー２２はリング歯車キャリア８自体に一体に形成されている。このためリング歯車キャリア８の外周範囲の遊星ピニオン４に面する側が、遊星ピニオン４の向かい合う側壁範囲と共に斜面２４が形成されるように製作されている。
遊星キャリア６と駆動軸２との間に１つのカバー７２が配置されている。このカバー７２は、直径が可変の弾性的な１つの支持リングもしくはばねリング７４を半径方向で内方へ圧迫してその直径を縮小させる。これによって、ばねリング７４の受け面７６が駆動軸２の凹部８０の受け面７８に接触する。ハスバに起因するスラスト力は遊星ピニオン４からスラストカラー１８へ伝えられる。このスラストカラー１８はスラスト力をばねリング７４へ伝える。次いで受け面７６、７８が最終的にスラスト力を駆動軸２へ伝える。これらの受け面７６、７８は円錐形の輪郭を有しているとよい。
カバー７２は円筒形の内径部８２を有しており、この内径部８２上でばねリング７４が圧縮された状態で滑動する。この内径部８２はばねリング７４にとってスラスト力を打ち消す受け止め部として役立ち、ハスバからのスラスト力はばねリング７４からカバー７２へは伝達されない。
カバー７２は駆動軸２に面する側に斜面８４を有していて、この斜面８４はばねリング７４の斜面８６に対応する。両方の斜面８４、８６が互いに軸方向で接近した場合ばねリング７４の直径が小さくなり、逆の場合大きくなる。
カバー７２と遊星キャリア６との間には１つのスラスト軸受８８が配置されている。このスラスト軸受８８は、駆動軸２と遊星キャリア６との間、もしくは太陽歯車歯部３と遊星キャリア６との間の相対回転数をつり合わせるのに役立つ。遊星キャリア６の軸方向の動きは弾性部材例えば皿ばね９０を介してつり合わせることができる。カバー７２は遊星キャリア６内において軸方向で１つのばねリング９２によって位置止めされており、従ってカバー７２は遊星歯車装置１の分解の際一緒に動かされてばねリング７４から離れる。
遊星キャリア６と遊星ピニオン４との間には、遊星ピニオン４の遊星キャリア６とは反対側に、十分な軸方向遊び９４を与える必要がある。これは組立ての際カバー７２とばねリング７４との間に差嵌めがなされてばねリング７４の直径が縮小されるようにするためである。駆動軸２とスラストカラー１７との間には、遊星ピニオン４を軸方向でスラストカラー１７、１８に対して位置調整するために１つの調整円板９６を設けるとよい。
第２図に示すように、リング歯車キャリア８と遊星ピニオン４との間のスラスト力は１つのスラストカラー２２によって吸収される。このスラストカラー２２はリング歯車キャリア８自体に一体に製作されている。このためリング歯車キャリア８は、遊星ピニオン４に面する側の外周範囲に、遊星ピニオン４の側面の向き合う範囲と共に一対の接触面２４が形成されるように相応の斜面を有している。
第４図及び第５図は組立て方法の異なる段階を示している。
第４図は前組付けされた遊星歯車装置１を示しており、駆動軸２の太陽歯車歯部３が遊星歯車装置１内へ挿入される段階である。ばねリング７４が軸方向の初張力のもとにスラストカラー１８とカバー７２との間で保持されている。このばねリング７４は第１図に示す組立て完了状態よりも大きな直径を呈しており、従ってカバー７２の円筒形の内径部８２には接触してなく、単に斜面８６がカバー７２の斜面８４に接触している。遊星ピニオン４の歯部は太陽歯車歯部３に嵌め合わされる。
第５図の段階ではスラストカラー１７が遊星ピニオン４に押し当てられ、遊星ピニオン４、ひいてはスラストカラー１８はカバー７２の方へ押しずらされる。これに伴い、ばねリング７４の斜面８６がカバー７２の斜面８４に沿って滑動して直径の縮小が生ずる。直径の縮小が進むのに伴ってばねリング７４は次第に駆動軸２の凹部８０へ入り込み、受け面７６、７８が互いに接触する。最後に、第１図に示されているようにばねリング７４がカバー７２の円筒形の内径部８２内に接触してスラストカラー１８が駆動軸２に対して軸方向で位置固定される。
分解の際は以上の経過が逆の順序となる。ばねリング７４は直径復元と共に凹部８０を離れ、軸方向の位置固定が解消されて駆動軸２を遊星歯車装置１から外すことができる。

Claims (9)

1. 特に自動車用のハスバ構造の遊星歯車装置（１）であって、駆動軸（２）に配置された太陽歯車歯部（３）と、遊星キャリア（６）内に支承された複数の遊星ピニオン（４）と、リング歯車キャリア（８）に結合されて遊星ピニオン（４）を包囲しているリング歯車（７）とを備え、駆動軸（２）と遊星ピニオン（４）との間並びに遊星ピニオン（４）とリング歯車（７）との間にハスバによるスラスト力を伝達するための複数のスラストカラー（１７、１８、２１、２２）が設けられている形式のものにおいて、駆動軸（２）と遊星キャリア（６）との間に１つの機構（７２、７４、８０）が設けられており、この機構は１つのカバー（７２）、このカバー（７２）に配置されて直径が可変である１つのばねリング（７４）及び駆動軸（２）に形成された１つの凹部（８０）から成っており、凹部（８０）内へ直径を変えたばねリング（７４）が組立て状態で係合し、この機構の少なくとも一部は遊星キャリア（６）への方向でのハスバのスラスト力を受けて当該スラスト力を駆動軸（２）内にとどめることを特徴とする、遊星歯車装置。
2. カバー（７２）及びばねリング（７４）が斜面（８４、８６）を有しており、これらの斜面を介して組立ての際ばねリング（７４）の直径縮小が生ぜしめられることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の遊星歯車装置。
3. 駆動軸（２）の凹部（８０）及びばねリング（７４）に受け面（７６、７８）が形成されており、これらの受け面を介してスラスト力が伝達可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の遊星歯車装置。
4. 受け面（７６、７８）が円錐形であることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の遊星歯車装置。
5. カバー（７２）と遊星キャリア（６）との間に、駆動軸（２）と遊星キャリア（６）との間の相対回転数をつり合わせるための１つのスラスト軸受（８８）が配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の遊星歯車装置。
6. カバー（７２）とスラスト軸受（８８）との間並びにスラスト軸受（８８）と遊星キャリア（６）との間に、遊星キャリア（６）の軸方向の動きをつり合わせるための弾性部材（９０）が配置されていることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の遊星歯車装置。
7. 弾性部材（９０）が皿ばねであることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の遊星歯車装置。
8. カバー（７２）が遊星キャリア（６）内に係合保持されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の遊星歯車装置。
9. 請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の遊星歯車装置を組み立てる方法において、ばねリング（７４）の直径を遊星キャリア（６）内に設けられたカバー（７２）によって斜面（８４、８６）を介して縮小させ、ばねリング（７４）を駆動軸（２）の凹部（８０）内へ押し込み、ばねリング（７４）及び凹部（８０）の受け面（８６、７８）を互いに接触させることを特徴とする、遊星歯車装置を組み立てる方法。

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