專利名稱：具有一體轂部分的內部環形齒輪及其制造方法
技術領域：
本發明涉及用于可自動換檔車用變速器的內部環形齒輪并且更具體涉及一種具有與其一體形成的轂的內部環形齒輪及其制造方法。
背景技術：
在可自動換檔車用變速器中使用行星齒輪組是車輛領域所公知的。為了通過可自動換檔車用變速器實現所需的輸出速度，變速器從動力源(例如內燃機)接收輸入，并將傳入的輸入能量轉化成輸出扭矩。這種變速器通常采用可以連接在變速器的扭矩轉換器和輸出軸之間的一個或多個行星齒輪組。各行星齒輪組包括太陽齒輪、內部環形齒輪，以及操作性支撐在載體上以便與太陽齒輪和內部環形齒輪嚙合互連的多個行星齒輪(或小齒輪)。利用本質上為離合器和制動器的各種扭矩傳輸機構結合行星齒輪組來控制其中的一個或多個元件的相對旋轉并由此產生希望的傳動比。
內部環形齒輪可以剛性附著到轂構件上，轂構件可以形成另一行星齒輪組的載體的一部分或可以花鍵連接到與其一體旋轉的軸上。將內部環形齒輪附著到轂構件的典型方法可以包括焊接、開槽(castellation)，以及花鍵。為了通過焊接將內部環形齒輪附著到轂構件上，內部環形齒輪和轂構件分開形成并后續通過各種商業焊接技術接合。這些焊接技術可以包括MIG、TIG，電子束、埋弧焊以及激光焊接等等。為了使用城堡將內部環形齒輪附著到轂構件，內部環形齒輪和轂構件分別形成有多個徑向延伸的可嚙合的城堡。這些城堡在內部環形齒輪和轂構件之間提供徑向定位以及扭矩傳輸能力。提供止動環以便限制內部環形齒輪和轂構件之間的相對軸向運動。為了使用花鍵將內部環形齒輪附著到轂構件，內部環形齒輪和轂構件分別形成有多個徑向延伸的可嚙合花鍵。這些花鍵內部環形齒輪和轂構件之間提供徑向定位以及扭矩傳輸能力。與城堡附著技術相似，提供止動環以便限制內部環形齒輪和轂構件之間的相對軸向運動。
發明內容
提供了一種具有內部環形齒輪部分的行星齒輪組，該內部環形齒輪部分具有多個與至少一個小齒輪嚙合的大致徑向向內延伸的齒以及從內部環形齒輪大致徑向向內延伸的轂部分。內部環形齒輪部分和轂部分是一體形成的。多個徑向向內延伸的齒可以是螺旋形狀的。此外，轂部分可以是帶花鍵的并形成行星齒輪組的至少一部分載體組件的一部分。內部環形齒輪部分和轂部分可以通過旋壓、粉狀金屬壓實以及冷擠壓中的一種形成。
此外，提供了一種一體形成內部環形齒輪和轂部分的方法。該方法包括固定毛坯并且形成與轂部分一體的內部環形齒輪。固定毛坯可以包括將毛坯緊固到芯軸上，該芯軸具有限定充分配置為與內部環形齒輪上的齒輪齒互補的齒部分的成形外輪廓。隨后，通過將芯軸與毛坯一體旋轉并利用成形頭部相對成形外輪廓促動毛坯將內部環形齒輪與轂部分一體形成。備選地，固定毛坯包括將毛坯放置在由冷擠壓壓機限定的腔內。冷擠壓壓機包括具有限定充分配置為與內部環形齒輪上的齒輪齒互補的齒部分的成形外輪廓的模具。隨后，利用足夠大的作用力相對毛坯擠壓模具以便相對成形外輪廓促動毛坯將內部環形齒輪與轂部分一體形成。
提供另一種一體形成內部環形齒輪和轂部分的方法。該方法包括將預定數量的粉狀金屬放置在壓機(例如雙動壓機)內，并且在壓機內用足夠大的壓力將該預定數量的粉狀金屬壓實以形成與轂部分一體的內部環形齒輪。壓機可以包括第一模具和第二模具。第一模具具有限定在壓實過程中充分配置為與內部環形齒輪上的齒輪齒互補的齒部分的成形外輪廓。
當結合所附附圖時通過用于實現本發明的最佳方式的后續詳細描述，本發明的上述以及其他特征和優點顯而易見。
圖1是可自動換檔車用變速器一部分的截面視圖，顯示了具有與本發明一致的一體形成的內部環形齒輪和轂部分的行星齒輪組；圖2是可操作為一體形成圖1的內部環形齒輪和轂部分的旋壓固定件的部分側視圖；圖3是帶有一體形成的內部環形齒輪和轂部分的圖2所示的旋壓固定件的部分側視圖；圖4是可操作為通過粉狀金屬壓實一體形成的圖1的內部環形齒輪和轂部分的壓機的部分側視圖；圖5是帶有一體形成的內部環形齒輪和轂部分的圖4所示的壓機的部分側視圖；圖6是可操作為通過冷擠壓一體形成的圖1的內部環形齒輪和轂部分的壓機的部分側視圖；以及圖7是帶有一體形成的內部環形齒輪和轂部分的圖6所示的壓機的部分側視圖。
具體實施例方式
參考附圖，其中在全部幾個附圖中相同的附圖標記對應于相同或相似的元件，如圖1所示，可自動換檔車用變速器的一部分通常標記為10。變速器10包括第一行星齒輪組12，第二行星齒輪組14以及第三行星齒輪組16。第一行星齒輪組12包括太陽齒輪18、內部環形齒輪20以及多個行星齒輪或小齒輪22，在圖1顯示了其中一個。小齒輪22由載體組件24可旋轉支撐。載體組件24包括一對間隔的側壁26、28以及多個銷30，在圖1顯示了其中一個，相應的小齒輪22可旋轉支撐于其上。載體組件24的第一和第二側壁26、28分別充分配置為接收銷30并且緊固在一起進行一體旋轉。第二側壁具有轂32，轂32具有充分配置為接收花鍵套軸36以使載體組件24和套軸36一體旋轉的帶花鍵的柱狀內表面34。內部環形齒輪20通常是環形的并且包括多個充分配置為嚙合小齒輪22的徑向向內延伸的螺旋齒輪齒38。類似地，太陽齒輪18包括多個充分配置為嚙合小齒輪22的徑向向外延伸的螺旋齒輪齒40。與內部環形齒輪20一體形成的是轂部分42。轂部分42從內部環形齒輪20大致徑向向內延伸。
第二行星齒輪組14包括太陽齒輪44，內部環形齒輪46以及多個由載體組件50可旋轉支撐的小齒輪48，圖1顯示了其中一個。載體組件50包括與轂部分42間隔的側壁52以及多個銷54，在圖1顯示了其中一個，對應的小齒輪48可旋轉支撐與其上。如圖1所示，轂42形成載體組件50的第二側壁。載體組件50的側壁52和轂42充分配置為接收銷54并且緊固在一起進行一體旋轉。內部環形齒輪46大致成環形并且包括多個充分配置為嚙合小齒輪48的徑向向內延伸的螺旋齒輪齒56。相似地，太陽齒輪44包括多個充分配置為嚙合小齒輪48的徑向向外延伸的螺旋齒輪齒58。太陽齒輪44具有充分配置為接收花鍵軸62的帶花鍵的柱狀內表面60以使太陽齒輪44和軸62一體旋轉。與內部環形齒輪46一體形成的是轂部分64。轂部分64從內部環形齒輪46大致徑向向內延伸。轂部分64具有充分配置為接收花鍵套軸68的帶花鍵的柱狀內表面66以使轂部分64和套軸68一體旋轉。
第三行星齒輪組16包括太陽齒輪70，內部環形齒輪72，以及多個由載體組件76可旋轉支撐的小齒輪74，圖1顯示了其中一個。載體組件76包括與轂部分64間隔的側壁78以及多個銷80，在圖1顯示了其中一個，相應的小齒輪74可旋轉支撐于其上。如圖1所示，轂部分64形成載體組件76的第二側壁。載體組件76的側壁78和轂64充分配置為接收銷80并且緊固在一起進行一體旋轉。內部環形齒輪72大致成環形并且包括多個充分配置為嚙合小齒輪74的徑向向內延伸的螺旋齒輪齒82。類似的，太陽齒輪70包括多個充分配置為嚙合小齒輪74的徑向向外延伸的螺旋齒輪齒84。
套軸68、36同軸排列，并由軸62可旋轉支撐。此外，太陽齒輪18、70同軸排列并分別由套軸36可旋轉支撐。第一側壁26與環形齒輪72連接以便通過城堡接點86與其一體旋轉。
優選地，凈成型內部環形齒輪20、46與相應的一體形成的轂部分42、64。凈成型的部件通常形容很少需要二次成型精加工工藝的部件。通過使用凈成型工藝，內部環形齒輪20、46以及相應的一體形成的轂部分42、64形成強固、成本低且耐用的。
出于清楚的目的，將討論一體形成內部環形齒輪20和轂部分42的優選方法。但是，那些本領域的普通技術人員將意識到下文描述的形成技術也可以容易地應用到一體形成內部環形齒輪46和轂部分64。參考圖2和圖3，顯示了可操作為形成近凈形狀的內部環形齒輪20和轂部分42的流動旋壓或旋壓固定件88。旋壓固定件88包括可旋轉芯軸90以及至少一個可軸向移動的成形輥或頭部92。芯軸90具有尾架以及操作為將杯形毛坯96定位在芯軸90端部上的夾具94。芯軸90具有限定充分配置為在內部環形齒輪20上形成如圖1所示的互補螺旋齒輪齒38的螺旋齒部分98的成形外輪廓97。
現在參考圖3，并且進一步參照圖2，隨著芯軸90旋轉，成形輥或頭部92沿杯形毛坯96的外表面軸向延伸，因此迫使金屬在杯形毛坯96內塑變。利用旋壓工藝，在杯形毛坯96內的金屬將與芯軸90的外表面一致。也就是說，杯形毛坯96的內表面將形成與芯軸90的螺旋齒部分98互補的螺旋齒輪齒38。隨著成形頭部92沿杯形毛坯96軸向移動時，內部環形齒輪20和轂部分42同時形成。
圖4和圖5顯示通過粉狀金屬壓實工藝形成內部環形齒輪20和轂部分42的方法。利用這種操作，預定數量的粉狀金屬100初始放置在具有第一模具104和第二模具106的壓機102內。第一和第二模具104、106優選地由碳化鎢或其他相似的抗磨材料制成。第一模具104具有限定充分配置為與如圖1所示的螺旋齒輪齒38的齒部分108的成形外輪廓107。其中第一和第二模具104、106相互軸向移動的雙動沖壓操作通過施加大的軸向作用力將粉狀金屬100壓實。如圖5所示，在粉狀金屬100壓實后，第一和第二模具104、106分開，并且一體形成的內部環形齒輪20和轂部分42從壓機102彈出。如所示的，內部環形齒輪20的螺旋齒輪齒38與第一模具104上的螺旋齒部分108互補形成。
圖6和圖7顯示了通過冷擠壓一體形成內部環形齒輪20和轂部分42的方法。杯形毛坯110放置在由冷擠壓壓機112的壁113限定的腔111內。冷擠壓壓機112包括模具114，模具114具有限定充分配置為與如圖1所示的螺旋齒輪齒38互補的螺旋齒部分116的成形外輪廓115。模具114優選由碳化鎢或其他相似抗磨材料制成。隨著模具114軸向移動成與杯形毛坯110嚙合，高壓使杯形毛坯110的材料在模具114和壁113之間塑變，由此產生一體形成的內部環形齒輪20和轂部分42。內部環形齒輪20的螺旋齒輪齒38與模具114上的螺旋齒部分互補形成。通過使用冷擠壓壓機來一體形成內部環形齒輪20和轂部分42，螺旋齒輪齒38的顆粒結構和塑變得到改善。
通過一體形成內部環形齒輪20、46和相應的轂部分42、64，可以對第一和第二行星齒輪組12、14的結構進行簡化。此外，第一和第二行星齒輪組12、14的生產成本和重量可以減少。同樣，通過一體形成內部環形齒輪20、46與相應的轂部分42、64，改善了強度和排列。通過采用凈成型工藝，即旋壓、粉狀金屬壓實以及冷擠壓，來一體形成內部環形齒輪20、46和相應的轂部分42、64，內部環形齒輪20、46的強度以及螺旋齒輪齒38、56的顆粒結構和塑變得到改善。此外，可以減少精加工內部環形齒輪20、46和相應轂部分42、64所需要的精加工工藝數量。
雖然已經詳細描述實施本發明的最佳方式，本發明相關領域的普通技術人員將意識到落在附屬權利要求范圍內的用于實施本發明的各種備選設計和實施例。
權利要求
1.一種行星齒輪組，包括具有多個與至少一個小齒輪嚙合的大致徑向向內延伸的齒的內部環形齒輪部分；從所述內部環形齒輪大致徑向向內延伸的轂部分；并且其中所述內部環形齒輪部分與所述轂部分一體形成。
2.根據權利要求1所述的行星齒輪組，其特征在于所述多個徑向向內延伸齒是螺旋形狀。
3.根據權利要求1所述的行星齒輪組，其特征在于所述轂部分形成載體組件的至少一部分。
4.根據權利要求1所述的行星齒輪組，其特征在于所述轂部分限定帶花鍵的內表面。
5.根據權利要求1所述的行星齒輪組，其特征在于所述內部環形齒輪部分和所述轂部分通過旋壓、粉狀金屬壓實或冷擠壓之一形成。
6.根據權利要求1所述的行星齒輪組，其特征在于所述行星齒輪組充分配置為用于可自動換檔車用變速器內。
7.一種一體形成內部環形齒輪和轂部分的方法，包括固定毛坯；以及與所述轂部分一體形成所述內部環形齒輪。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于固定所述毛坯包括將所述毛坯緊固到芯軸上，所述芯軸具有限定充分配置為與所述內部環形齒輪上的齒輪齒互補的齒部分的成形外輪廓。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于與所述轂部分一體形成所述內部環形齒輪包括與所述毛坯一體旋轉所述芯軸以及利用成形頭部相對所述成形外輪廓促動所述毛坯。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于固定所述毛坯包括將所述毛坯放置到由冷擠壓壓機限定的腔內，其中所述冷擠壓壓機包括模具，所述模具具有限定齒部分的成形外輪廓，所述齒部分充分配置以形成所述內部環形齒輪上的互補齒輪齒。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于與所述轂部分一體形成所述內部環形齒輪包括用足夠大的作用力相對所述毛坯擠壓所述模具以相對所述成形外輪廓促動所述毛坯。
12.一種一體形成內部環形齒輪和轂部分的方法，包括將預定數量的粉狀金屬放置到壓機內；以及利用足夠大的壓力壓實所述壓機內的所述預定數量的粉狀金屬以便與所述轂部分一體形成所述內部環形齒輪。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于所述壓機包括第一模具和第二模具，所述第一模具具有限定齒部分的成形外輪廓，所述齒部分在壓實過程中充分配置以形成所述內部環形齒輪上的互補齒輪齒。
14.根據權利要求12所述的方法，其特征在于所述壓實所述預定數量的粉狀金屬包括雙動擠壓操作。
全文摘要
提供一種具有與至少一個小齒輪嚙合的大致徑向向內延伸的多個齒的內部環形齒輪的行星齒輪組。轂部分從內部環形齒輪大致徑向向內延伸。內部環形齒輪和轂部分是一體形成。此外，內部環形齒輪和轂部分可以通過旋壓操作、粉狀金屬壓實或冷擠壓之一一體形成。
文檔編號B22F7/08GK101025220SQ200710085829
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月15日 優先權日2006年2月17日
發明者Y·S·金, F·R·波斯基, J·W·海恩斯, M·T·拉普雷斯-比爾布里, K·L·納瓦爾 申請人:通用汽車環球科技運作公司