CN105579169A - 行星齿轮架组件及有关制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括齿轮架和环的改进行星齿轮架组件。该齿轮架具有沿轴向延伸的轮毂。轮毂具有沿轴向延伸的在径向向外面向表面上的花键，并且轮毂还具有在径向向外面向表面上的第一组槽部分，其中，第一组槽部分绕轮毂周向延伸并穿过花键。该环绕齿轮架的轮毂被接纳并具有在径向向内面向表面上的花键。通过使齿轮架的花键和环的花键轴向嵌入彼此并且接着使环相对于齿轮架角向旋转，环中的花键接纳在第一组槽部分中。在环的花键扭转到齿轮架的周向槽部分中的情况下，该环可以相对于齿轮架轴向被限制。

Description

行星齿轮架组件及有关制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月27日提交的美国临时专利申请第61/883,325号的提交日期的优先权，其全部内容以参见的方式为了全部目的纳入本文。

背景技术

本申请涉及其中至少一个部件由粉末状金属材料制成的行星齿轮架组件以及制造这种组件的有关方法。更具体地说，本申请涉及在诸如圆盘锁环的环连接到齿轮架的轮毂的方式上的改进。

行星齿轮架组件通常用于自动变速器以创建各种传动比，同时驱动汽车。这种组件通常包括可选择性地锁定在一起以创建不同齿轮比的各种齿轮(例如，太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮)。

在此类组件中，圆盘锁环通常联接到齿轮架的毂，以捕获(capture)在环和齿轮架的轴面之间的其它部件。例如，将行星圆盘齿轮架组件相对于变速箱组件的其余部分定位的板和轴承可以捕获在齿轮架和环之间。在又一组件中，离合器组件可陷入在环和齿轮架之间的这个空间中。

图1A、1B、2A和2B示出了可以连接以实现这种目的的由粉末金属制成的现有技术的环10和齿轮架12。在图1A和1B中，环10通常形状上是环形并具有多个径向向内面向的突起14或齿，齿具有在其之间的凹部16。每个突起14具有在突起14的径向向内面向表面的下轴向端上的脊18。在图2A和2B中，现有技术的齿轮架12具有轴向延伸轮毂20，轮毂20具有城堡形轴向端，在该轴向端中，各个突起22从轮毂20的轴向端轴向向上延伸，使得有在其之间的凹部24。突起22各自具有形成在突起22的径向向内面向表面上的周向槽部分26。

当环10接纳在齿轮架12的轮毂20上面时，环10的径向延伸突起14和凹部16分别与齿轮架12的凹部24和轴向延伸突起22互锁。一旦突起和凹部彼此嵌入，则通过在环10上的脊18和在齿轮架12上的各个周向槽部分26建立周向通道。为了将环10轴向限制或锁定在齿轮架12上，扣环(未示出)***这个周向通道。在扣环到位的情况下，周向槽部分26防止扣环轴向运动，并且由于在环10上的脊18不能通过扣环，因此环10不能易于从齿轮架12移除。

不幸地，通过实践，已经发现，该现有技术的行星齿轮架组件结构上没有像所期望的那样坚固。

首先，齿轮架12的突起22的侧面经受特别高的应力并易于失效或损坏。当齿轮架12由粉末金属制成时，为了进一步强化这些城堡形部分，齿轮架12可以用铜渗透。在齿轮架12处于与图2A和2B所示的位置颠倒的位置上的情况下(即，在城堡形部分向下面向的情况下)，这种铜渗透发生。然而，在这个位置，铜通常未能一直向下渗透到此时位于齿轮架12底部的城堡形突起。如果铜渗透不一致或不完全，则城堡形区域在结构上仍然脆弱，并且周向槽部分26将仍特别易于失效。

因此，存在对由粉末金属材料制成的行星齿轮架组件的需求，在该行星齿轮架组件中，圆盘锁环能以更不易于失效且可以承受更高应力的方式附连到齿轮架的轮毂。

发明内容

公开了一种包括齿轮架和环的改进行星齿轮架组件。该齿轮架具有沿轴向延伸的轮毂。轮毂具有沿轴向延伸的在轮毂的径向向外面向表面上的多个花键，并且轮毂还具有在径向向外面向表面上的第一组槽部分，其中，第一组槽部分绕轮毂周向延伸并穿过多个花键。诸如圆盘锁环的环绕齿轮架的轮毂被接纳。该环还具有在该环的径向向内面向表面上的多个花键。通过使齿轮架的多个花键和环的多个花键轴向嵌入彼此并且接着使该环相对于齿轮架角向旋转，该环的多个花键接纳在第一组槽部分中。在环的花键扭转到齿轮架的周向槽部分中的情况下，该环可以相对于齿轮架沿轴向被限制或锁定。齿轮架和圆盘锁环中的至少一个是粉末金属部件，意味着它们由压实和烧结粉末金属制成。

该组件还可以包括介于环和齿轮架之间的夹具，该夹具防止环相对于齿轮架的进一步角向旋转运动，使得环被角向地限制并由此防止到达该环可从齿轮架轴向取出的另一角向位置。作为一个实例，夹具可以是具有多个轴向延伸叉齿的环形圆盘，其中，叉齿接纳在齿轮架和环之间的齿轮架的多个花键中的至少一些中，以阻止圆盘锁环相对于齿轮架的角向旋转运动。此外，齿轮架还可包括在齿轮架的轮毂的径向向外面向表面上的第二组槽部分，其中，第二组槽部分在与第一组槽部分的不同轴向位置绕轮毂周向延伸并穿过多个花键，并且，夹具的叉齿可以是可变形的并可具有接纳在这些第二组组槽部分中的耳部，以将夹具相对于齿轮架沿轴向保持在位。在其它的形式中，可有多个夹具，所述多个夹具成形成卡扣在圆盘锁环和齿轮架之间的、齿轮架的花键中的位置并成形成保持齿轮架相对于圆盘锁环的轴向位置。

花键的几何形状可用于有助于方便组装或将部件限制或锁定在一起。例如，齿轮架的花键的凹部可具有第一角范围，而环的花键的突出部可具有第二角范围，其中，第一角范围大于第二角范围。齿轮架的花键的凹部还可以包括第三角范围，其中，第一角范围和第三角范围在第一组槽部分的不同轴向侧上。在这种情况下，第一角范围可以大于第三角范围，而第二角范围大小可在第一角范围和第三角范围之间。此可以允许环在轮毂上方***，但当环进入第一组槽部分的轴向位置时有效地“见底”(防止进一步在轮毂上方轴向***)。

本文所公开的这些行星齿轮架组件的环和齿轮架有利地设计成使用粉末金属工艺来形成。然而，也可以设想，一个或多个零件可以使用其它制造技术(例如，铸造)制成而没有偏离本发明的精神。如上所述，可以设想，齿轮架可用铜渗透(但是，在某些情况下，齿轮架也可以不用铜渗透)。

还公开了一种制造行星齿轮架组件的有关方法。该方法包括将环放置在齿轮架的轮毂上面以将它们相应的花键嵌入彼此。接着，环相对于齿轮架的轮毂旋转，使得环的花键(和，具体地说，花键的突出部)进入绕齿轮架的轮毂周向延伸的第一组槽部分以相对于齿轮架在轴向上限制环。在这点上，防转夹可以介于齿轮架和环之间以防止环相对于齿轮架的进一步角向旋转，由此防止环和齿轮架在轴向上分开。

该行星齿轮架组件提供超过图1A、1B、2A和2B所示的现有技术设计的多个优点。其中，新公开的组件上的峰值应力大约是用于类似大小的零件的现有技术设计中的峰值应力的一半。此外，环和齿轮架的花键接合比旧的扣环式附连能更好地分配应力。因为峰值应力在新组件中大大降低，所以材料不必一样强。因此，在过去其中部件由粉末金属制成以获得更大强度来避免失效(或提供足够强度安全裕度以避免失效)的某些应用需要铜渗透，而现在可以完全不用渗透。这意味着与在以前设计中实现城堡形部分的完全且一致的渗透相关联的问题变得没有意义。

本发明的这些和其它优点从具体实施方式和附图中将显现出来。以下只是本发明的某些优选实施例的描述。为了评估本发明的全部范围，应该参考权利要求书，因为这些优选实施例不意味着是在权利要求书范围内的仅有实施例。

附图说明

图1A是现有技术的环的立体图，而图1B是通过图1A的现有技术的环截取的详细剖视图。

图2A是现有技术的齿轮架的立体图，而图2B是通过现有技术的齿轮架截取的详细剖视图。

图3是根据本发明的一个方面的行星齿轮架组件的分解图，其中，行星齿轮架组件包括齿轮架、环和夹具。

图4是通过由图3的分解零件制成的、在它们已经组装好之后的行星齿轮架组件截取的剖视图。

图5是来自图3和图4的行星齿轮架组件的环的一半的立体剖视图。

图6是来自图3和图4的行星齿轮架组件的齿轮架的一半的立体剖视图(应当注意，作为变型，在图3和图4中的第二组槽部分在该详图中未示出)。

图7A是根据本发明的另一方面的另一齿轮架的立体图，其中，在周向槽被加工到轮毂中之前，齿轮架具有在轮毂上的不同成形花键，而图7B是在周向槽被加工到轮毂中之后的图7A的齿轮架的立体图。

图8示出了第一组装步骤，其中，环在轮毂上面***到齿轮架，其中，它们的相应的花键进入彼此。

图9示出了第二组装步骤，其中，环接纳在齿轮架的轮毂上，在此时，环的花键与轮毂中的周向槽部分对准。

图10是环的花键与齿轮架的花键彼此嵌入时(即，环处于图8和图9所示的角向位置时)的环和齿轮架的俯视图。

图11是在环已经相对于齿轮架角向旋转以将环中的花键的突出部放置到齿轮架的轮毂的周向槽部分中之后的环和齿轮架的俯视图。

图12是通过在图11所示的环旋转之后环和齿轮架的轮毂截取的剖视侧视图，以示出环的花键与齿轮架的周向槽部分的接合，并示出在该角向位置，环相对于齿轮架的轴向移动如何被阻止。

图13是具有处于类似于图11和图12所示的位置的位置(即，在该位置，环已经旋转进入周向槽部分)的环和齿轮架的行星齿轮架组件的立体图，其中，环是半透明的。

图14是行星齿轮架组件的立体图，其中，防转夹***在环和齿轮架之间以阻止环相对于齿轮架的角向旋转。

图15是根据本发明另一方面的行星齿轮架组件的立体图，其中，可替换的夹具***在环和齿轮架之间以阻止环相对于齿轮架的角向旋转。

具体实施方式

现参照图3和4，示出了包括齿轮架102、圆盘锁环104和防转夹106的行星齿轮组件100。齿轮架102和圆盘锁环104之一或两者可使用诸如粉末压实、烧结等传统粉末冶金学技术由粉末金属材料制成。因为本领域普遍技术人员会理解制造这些零件和可在其生产过程(诸如，例如锻造、渗碳等等)中作出的变型的方式，所以其生产过程将不再详细描述。

现具体参照图5，环104示出为与组件100分开。在图5中，仅示出环104的一半以更好示出环104的横截面。然而，在组件100中，环104实际上是延伸完整360度的完整环形环。环104包括具有径向向内面向表面110的环形本体部分108。在该径向向内面向表面110上，有沿轴向延伸的多个花键112。为了描述清楚起见，这些花键112具有交替突出部114和凹部116。花键112的突出部114全部具有角范围(即，在两个相邻凹部之间的角长)并与凹部116以规则的、重复的模式出现。

现转到图6，齿轮架102示出为与组件100分开而没有环104和防转夹106。齿轮架102包括沿齿轮架102的轴向延伸的轮毂118。沿轴向延伸的多个花键122形成在轮毂118的径向向外面向表面120上。再者，为了描述清楚起见，这些花键122具有凹部124和突出部126。

此外，有形成在轮毂118的径向向外面向表面120中的第一组槽部分128。该第一组槽部分128绕轮毂118周向延伸并穿过多个花键122的突出部126。有效地，这些槽部分128是花键122的突出部126中的切槽，并且凹面在花键122的凹部124和槽部分128之间可以是连续的。因为齿轮架102使用粉末金属加工工艺制成，其中，工具布置没有一直易于允许这种类型的环形底切形成(但是有些可以或可能)，所以该第一组槽部分128也可以例如通过使用车床被加工到轮毂118中。然而，可以设想，槽部分128的底切可用其它的方式形成。

回到具体参照图3和4，根据一个变型，也可以有形成在不同于的第一组槽部分128的轴向高度处的第二组槽部分130。在所示形式中，第一组槽部分128形成为更靠近轮毂118的轴向端，而第二组槽部分130形成为更靠近轮毂118附连到齿轮架102的其余部分所处的位置。该第二组槽部分130仅在某些实施例中发现，并且如下面将更详细描述的，可以用于接纳某些类型的夹具106的部分以有助于将夹具106保持在位。然而，其它类型的夹具可能不使用这些槽部分130，并且在这种情况下，将没有包含第二组槽部分的理由。如与第一组槽部分128一样，第二组槽部分130可以被加工到粉末金属部件中、可以在压实过程中形成在部件中或可以用其它方式形成在粉末金属部件中。

现参见图7A和7B，示出了根据另一实施例的替代花键和槽布置。在该布置中并且如图7A所示，齿轮架202最初具有在轮毂218上的径向向外面向表面220，包括凹部224和突出部226的轴向延伸花键222形成在轮毂218上。然而，在该所示实施例中，凹部224具有靠近轮毂218的上轴向端的较宽部分224a，和在更靠近下轴向端的端部处的较窄部分224b，轮毂218在下轴向端与齿轮架202连结。有位于两个其它部分之间的渐变部分224c。该凹部几何形状(其中，凹部向该部件的轴向端扩展)可以易于使用粉末金属加工工艺形成，因为向外逐渐变小允许压实工具轴向抽出。

如图7B所示，第一组槽部分228可以被加工(或以其它方式形成)到图7A所示的渐变部分224c中，使得槽部分228绕轮毂218周向延伸。与图3和4所示的实施例相比，这意味着凹部224的较宽部分224a具有比花键222的凹部224的较窄部分224b更大的角范围。可以设想，环104的突出部114的角范围可以大小设置在这两个角范围之间，使得突出部114可以进入凹部224直到槽部分228为止，而没有进一步(即，在环上的突出部可以进入较宽部分224a和部分224c的区域，但没有进入较窄部分224b，使得一旦环在较窄部分224b上“见底”，环就相对于槽部分轴向固定)。

现参照图8至13，更详细示出将环104组装到齿轮架102的过程。首先，环104和齿轮架102轴向对准并且环104绕齿轮架102的轮毂118放置或在齿轮架102的轮毂118上***，如最初图8所示和在进一步***之后图9所示。在这个步骤过程中，环104的突出部114接纳或嵌入在齿轮架102的凹部124中，而齿轮架192的突出部12接纳或嵌入在环104的凹部116中。虽然这可以在图8和9中看见，但对准在图10的俯视图中最清楚示出。这个轴向***动作一直进行到环104的花键112的突出部114与齿轮架102上的槽部分128轴向对准为止。如果齿轮架的花键的形状像图7B中形成的形状，则环的突出部可以在***过程中“见底”，使得如上所述它们一旦接触齿轮架的凹部的较窄部分就不能进一步轴向***在轮毂上面。

在任何情况下，一旦环104的花键112的突出部114与齿轮架102上的槽部分128轴向对准(即，一旦它们处于同一轴向位置或高度)，则环104相对于齿轮架102扭转以使环104的突出部114角向旋转进入齿轮架102的槽部分128中。在扭转或旋转之后，环104在齿轮架102上的位置在图11的俯视图、图12的侧视图以及图13的立体图中最佳示出。在该角位置，环102的突出部114被轴向捕获在齿轮架102的花键122的突出部126的上下段之间的轮毂118的槽部分128中。如图12最佳所示，这意味着，环104因齿轮架102的花键122的突出部126与环104的花键112的突出部114的干涉而不能轴向移动。

然而，如果环104能够相对于齿轮架102角向旋转，则可能的是，环104可以在随后相对角旋转之后相对于齿轮架102轴向移除。为了角向地将环104保持在位，防转夹106(或多个夹具)介于环104和齿轮架102之间以防止或阻止环104相对于齿轮架102的旋转运动。

如图3、4和14最佳所示，夹具106可轴向***位于环104和齿轮架102之间的这个空间中以将环104和齿轮架102锁定在一起。在这些图所示的形式中，夹具106是具有多个轴向延伸叉齿132的环形圆盘130。叉齿132接纳在齿轮架102与环102之间、位于齿轮架102的花键122的凹部124以及环104的花键112的凹部116中以阻止环104相对于齿轮架102的角向旋转运动。

在图14最佳示出的一个形式中，叉齿132可以是可变形的并具有耳部134。当最初***齿轮架102和环104之间的空间时，叉齿132及其耳部134可向内弯曲。接着，当与齿轮架102的轮毂118的径向向外面向表面上的第二组槽部分130对准时，叉齿132弹回到其原始位置并且耳部134接纳在第二组槽部分130中以将夹具106轴向保持在位并防止其无意抽出。

可以设想，这种类型的夹具可由低碳钢板形成(例如，冲压成)。然而，其它材料也可以用于形成夹具106并且可以设想，它们可以是金属或塑料。

在又一实施例中并如图15所示，多个夹具206可以用于阻止或防止环104相对于齿轮架102的角向旋转。如图16所示，具有下J形钩部分236和上止挡部分238的夹具206可以楔入环104和齿轮架102之间的空间，并且更具体地说，楔入齿轮架102上的花键122的凹部124和环104的花键112的凹部116之间的空间。在***夹具206的步骤过程中，J形钩部分236可以在进入过程中弯曲并且接着恢复原形，以这样的方式使得夹具206被捕获在位，以便上止挡部分238松弛地邻接环104的顶部而J形钩部分236松弛地邻接环104的底部。如果环104要试图相对于齿轮架102旋转，则环104的突出部114将在夹具206的一侧上被阻挡，而夹具206的另一侧将被驱动到齿轮架102的突出部126中。这将防止环104转回到其可以与齿轮架102轴向分开的位置上。

虽然该环的突出部示出为进入齿轮架的周向槽部分以相对于彼此沿轴向约束各部件，但可以设想，该构型可以互换。例如，周向槽可以形成在该环的径向向内面向表面上并且该槽可以接合在齿轮架的轮毂上的径向向外面向花键突起。

进一步地，虽然示出了行星齿轮架组件，但可以设想，这个结构可以在其它组件中实施以提供轴向锁定能力。

因此，公开了用来组装一个或多个粉末金属零件的改进结构。由于使用***和扭转组件，所施加的应力比其在上述旧的扣环式连接中更均匀地分布在花键交界面上。进一步地，因为其峰值应力比对比组件的峰值应力低，所以可以避免用铜渗透粉末金属零件以提高其强度的需求，因为铜渗透在城堡几何形状方面是有问题的。然而，仍可以设想，粉末金属零件或多个零件可以使用铜或其它材料渗透以进一步提高强度，但这样做的需求可以显著降低。

应该理解，可以在本发明的精神和范围内对优选实施例作出各种其它改型和变型。因此，本发明应不限于所述实施例。为了确定本发明的完整范围，应参考所附权利要求。

Claims (12)

1.一种行星齿轮架组件，包括:

齿轮架，所述齿轮架具有沿轴向延伸的轮毂，所述轮毂具有沿轴向延伸的在所述轮毂的径向向外面向表面上的多个花键，并且所述轮毂还具有在所述径向向外面向表面上的第一组槽部分，其中，所述第一组槽部分绕所述轮毂周向延伸并穿过所述多个花键；

圆盘锁环，所述圆盘锁环绕所述齿轮架的所述轮毂被接纳，所述圆盘锁环具有在所述圆盘锁环的径向向内面向表面上的多个花键，其中，通过使所述齿轮架的所述多个花键和所述圆盘锁环的所述多个花键轴向嵌入彼此并且接着使所述圆盘锁环相对于所述齿轮架角向旋转，在所述圆盘锁环中的所述多个花键接纳在所述第一组槽部分中以相对于所述齿轮架在轴向上限制所述圆盘锁环；

其中，所述齿轮架和所述圆盘锁环中的至少一个是粉末金属部件。

2.如权利要求1所述的行星齿轮架组件，还包括：夹具，所述夹具介于所述齿轮架和所述圆盘锁环之间，阻止所述圆盘锁环相对于所述齿轮架的角向旋转。

3.如权利要求2所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述夹具是具有多个轴向延伸叉齿的环形圆盘，并且其中，所述叉齿接纳在所述齿轮架和所述环之间的所述齿轮架的所述多个花键中的至少一些中，以阻止所述圆盘锁环相对于所述齿轮架的角向旋转运动。

4.如权利要求3所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述齿轮架还可包括在所述齿轮架的所述轮毂的所述径向向外面向表面上的第二组槽部分，其中，所述第二组槽部分在与所述第一组槽部分不同的轴向位置绕所述轮毂周向延伸并穿过所述多个花键，并且其中，所述夹具的所述叉齿是可变形的并具有接纳在所述第二组槽部分中的耳部，以将所述夹具相对于所述齿轮架沿轴向保持在位。

5.如权利要求3所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述夹具包括多个夹具，所述多个夹具成形成卡扣在所述圆盘锁环和所述齿轮架之间的、所述齿轮架的所述花键中的位置并成形成保持所述齿轮架相对于所述圆盘锁环的轴向位置。

6.如权利要求1所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述齿轮架的所述花键的凹部具有第一角范围，而所述环的所述花键的突出部具有第二角范围，并且其中，所述第二角范围大小在所述第一角范围和第三角范围之间。

7.如权利要求6所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述齿轮架的所述花键的所述凹部还包括第三角范围，并且所述第一角范围和所述第三角范围在所述第一组槽部分的不同轴向侧上，并且其中，所述第一角范围大于所述第三角范围，而所述第二角范围小于所述第三角范围。

8.如权利要求1所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述圆盘锁环和所述齿轮架两者都是粉末金属部件。

9.如权利要求1所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述齿轮架由铜渗透。

10.如权利要求1所述的行星齿轮架组件，其特征在于，所述齿轮架不由铜渗透。

11.一种组装行星齿轮架组件的方法，所述方法包括：

将圆盘锁环绕齿轮架的轮毂放置，其中，所述轮毂具有沿轴向延伸的在所述轮毂的径向向外面向表面上的多个花键，并且所述圆盘锁环具有沿所述轴向延伸的在所述圆盘锁环的径向向内面向表面上的多个花键，并且其中，将所述圆盘锁环绕所述轮毂放置包括使所述齿轮架的所述花键和所述圆盘锁环的所述花键嵌入彼此；以及

使所述圆盘锁环相对于所述齿轮架角向旋转以将所述圆盘锁环的所述花键移动到在所述轮毂的所述径向向外面向表面上的第一组槽部分，其中所述第一组槽部分绕所述轮毂周向延伸并穿过所述多个花键，由此相对于所述齿轮架在轴向上限制所述圆盘锁环。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：将至少一个夹具***在所述齿轮架和所述圆盘锁环之间以阻止所述圆盘锁环相对于所述齿轮架的角向旋转，由此防止所述圆盘锁环的所述多个花键和所述齿轮架的所述多个花键角向转动到所述圆盘锁环和所述齿轮架能够通过相对轴向运动而彼此分开的位置。