拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,能夠降低部件間的負載損失。拉維奈爾赫式行星齒輪裝置(1)具備長行星齒輪(14)和短行星齒輪(21),其特征在于,在長行星齒輪(14)及短行星齒輪(21)的齒的端面,從長行星齒輪(14)及短行星齒輪(21)的內周側朝向外周側且朝向齒寬方向的中心設有曲率。
【專利說明】
拉維奈爾赫式行星齒輪裝置
技術領域
[0001]本發明涉及用于車輛的自動變速器等的拉維奈爾赫(Ravigneaux)式行星齒輪裝置。
【背景技術】
[0002]以往,提出了如下的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置:在中心軸配置前太陽輪及后太陽輪,且在各太陽輪與同心地設置的齒圈之間配置長行星齒輪及短行星齒輪(例如參照專利文獻I)。
[0003]專利文獻I:日本特開2005-325966號公報
【發明內容】
[0004]拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中設有長行星齒輪、短行星齒輪這樣的長度不同的齒輪,因此齒輪的嚙合點偏置,在旋轉時各行星齒輪產生扭矩力。并且,存在未取得該扭矩力的平衡而各行星齒輪的旋轉軸(支撐軸)傾斜的情況。
[0005]在此,拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的行星齒輪的齒的端面通常被實施倒角加工,在該實施了倒角加工的部分(以下,稱為倒角部)與未實施倒角加工的部分(以下,稱為平面部)的邊界形成有角部。因此,當如上所述行星齒輪的旋轉軸傾斜時,在齒輪端面的角部和與該齒輪端面相鄰配置的周邊構件(例如墊圈、軸承等)的接觸面之間產生局部抵碰。
[0006]此時,在上述的周邊構件的接觸面例如由于因潤滑油量的不足引起的潤滑狀態的惡化而成為摩擦系數高的面的情況下,由接觸面承受的轉矩的一部分作為轉矩反力而作用于各行星齒輪與除此以外的齒輪的彼此齒面。并且,其結果是,作用于彼此齒面的表面壓力變大,負載損失增大。
[0007]本發明鑒于上述情況而作出,其課題在于提供一種能夠降低部件間的負載損失的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置。
[0008]為了解決上述的課題并實現目的,本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置具備長行星齒輪和短行星齒輪,其特征在于,在上述長行星齒輪及上述短行星齒輪的齒的端面,從上述長行星齒輪及上述短行星齒輪的內周側朝向外周側且朝向齒寬方向的中心設有曲率。
[0009]由此,拉維奈爾赫式行星齒輪裝置通過在行星齒輪的齒的端面設置曲率,使與周邊構件的接觸面接觸的區域平滑地傾斜,因此行星齒輪的齒的端面與周邊構件的接觸面的接觸面積增大,防止局部抵碰的發生。其結果是,作用于部件間的轉矩反力減小,由該轉矩反力產生的齒面間的表面壓力減小,因此降低了部件間的負載損失。
[0010]而且,本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的特征在于,設于上述短行星齒輪的齒的端面的曲率大于設于上述長行星齒輪的齒的端面的曲率。
[0011]由此,在大小兩種行星齒輪的齒上設置的曲率中,使旋轉軸傾斜得更大的短行星齒輪側的曲率增大,從而能夠有效地抑制部件間的表面壓力增加,并進一步降低負載損失。
[0012]而且,本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的特征在于,上述曲率是與上述長行星齒輪和上述短行星齒輪旋轉時的旋轉軸的傾斜量對應的值。
[0013]由此,通過設定與短行星齒輪和長行星齒輪的旋轉軸的傾斜量對應的適當的曲率,能夠有效地抑制部件間的表面壓力增加,并進一步降低負載損失。
[0014]本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置能夠減小作用于齒輪的齒面間的轉矩反力并抑制齒面間的表面壓力增加,因此能夠降低部件間的負載損失。
【附圖說明】
[0015]圖1是概略性地表示本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的整體結構的剖視圖。
[0016]圖2A是概略性地表示以往的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中的行星齒輪的齒的端面的放大圖。
[0017]圖2B是概略性地表示以往的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中的行星齒輪的齒的端面與周邊構件的接觸面接觸了的情況的放大圖。
[0018]圖3A是概略性地表示本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中的行星齒輪的齒的端面的放大圖,是圖1的A部及B部的局部放大圖。
[0019]圖3B是概略性地表示本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中的行星齒輪的齒的端面與周邊構件的接觸面接觸了的情況的放大圖。
[0020]圖4是概略性地表示將以往的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中的行星齒輪的齒的端面與本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的行星齒輪的齒的端面進行了比較的情況的放大圖。
[0021]附圖標記說明
[0022]I拉維奈爾赫式行星齒輪裝置
[0023]11后太陽輪
[0024]12前太陽輪
[0025]13中心軸
[0026]14長行星齒輪
[0027]14a平面部
[0028]14b曲面部
[0029]14c齒頂面
[0030]15支撐軸(旋轉軸)
[0031]16軸承構件
[0032]17分隔件
[0033]18環構件
[0034]19、20行星輪架
[0035]21短行星齒輪
[0036]21a平面部
[0037]21b曲面部
[0038]21c齒頂面
[0039]22支撐軸(旋轉軸)
[0040]23軸承構件[0041 ]24環構件
[0042]25、26、27 行星輪架
[0043]28 齒圈
[0044]114長行星齒輪
[0045]114a 平面部
[0046]114b 倒角部
[0047]114c 齒頂面
[0048]114d 角部
[0049]121短行星齒輪
[0050]121a 平面部[0051 ]121b 倒角部
[0052]121c 齒頂面
[0053]121d 角部
[0054]S接觸面
【具體實施方式】
[0055]關于本發明的實施方式的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,參照圖1?圖4進行說明。另外,本發明沒有限定于以下的實施方式。而且,下述實施方式中的構成要素包括本領域技術人員能夠且容易替換的要素或者實質上相同的要素。
[0056]拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I例如用于車輛的變速器等,如圖1所示,具備后太陽輪11、前太陽輪12、中心軸13、長行星齒輪14、支撐軸15、兩個軸承構件16、分隔件17、兩個環構件18、行星輪架19、20、短行星齒輪21、支撐軸22、兩個軸承構件23、兩個環構件24、行星輪架25、26、27、齒圈28。另外,在圖1中,在拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I中僅示出與本發明相關的結構,其他結構省略圖示。而且,在實際的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I中,各齒輪的齒嚙合,但是在此為了便于說明,將各齒輪的齒分離地圖示。
[0057]后太陽輪11及前太陽輪12以能夠旋轉的方式支撐于中心軸13。而且,后太陽輪11及前太陽輪12在中心軸13中設于沿軸向偏置的位置。并且,在后太陽輪11的周圍設有長行星齒輪14,在前太陽輪12的周圍設有長行星齒輪14及短行星齒輪21。
[0058]長行星齒輪14在行星輪架19及行星輪架20之間以能夠旋轉的方式支撐于支撐軸(旋轉軸)15。在長行星齒輪14的內部設有兩個軸承構件16和分隔件17。而且,在長行星齒輪14的兩端與行星輪架19、20之間分別設有環構件18。并且,這些軸承構件16、分隔件17及環構件18通過供支撐軸15插通而被支撐。另外,軸承構件16例如是向心滾針軸承,環構件18例如是墊圈、推力滾針軸承等。
[0059]短行星齒輪21在行星輪架25及行星輪架26之間以能夠旋轉的方式支撐于支撐軸(旋轉軸)22。該支撐軸22的長度與長行星齒輪14的支撐軸15的長度相同。在短行星齒輪21的內部設有兩個軸承構件23。而且,在短行星齒輪21的兩端與行星輪架25、26之間分別設有環構件24。并且,這些軸承構件23及環構件24通過供支撐軸22插通而被支撐。另外,軸承構件23例如是向心滾針軸承,環構件24例如是墊圈、推力滾針軸承。
[0060]在此,短行星齒輪21靠近支撐軸22的軸向上的一端部側配置。即,在支撐軸22上,在軸向上的從中央到一端部之間配置短行星齒輪21,在軸向上的從中央到另一端部之間什么也不配置而成為空間。而且,齒圈28與后太陽輪11及前太陽輪12同心地設置,且與長行星齒輪14嚙合。
[0061]以下,說明本發明的長行星齒輪14及短行星齒輪21(以下,適當地省略為行星齒輪14、21)的具體結構。另外,以下,為了比較,首先說明現有技術的結構,之后說明本發明的結構。
[0062]以往的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的長行星齒輪114及短行星齒輪121(以下,適當省略為行星齒輪114、121)具備如圖2A所示的結構。另外,圖2A是在以往的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置中與圖1所示的本實施方式的A部及B部相當的放大圖。
[0063]行星齒輪114、121的齒的端面被實施了倒角加工。即,行星齒輪114、121的齒的端面由未被實施倒角加工的平面部114a、121a和從該平面部114a、121a連續地形成且與齒頂面114c、121c連接的倒角部114b、121b構成。并且,行星齒輪114、121的齒的端面在平面部114a、121a與倒角部114b、121b的邊界形成有角部114d、121d。
[0064]在此,拉維奈爾赫式行星齒輪裝置使用軸長相同且寬度不同的多個行星齒輪,因此例如圖1中說明的那樣,在傳遞動力時,從后太陽輪11的左側傳遞的動力經由長行星齒輪14如短行星齒輪21、前太陽輪12這樣沿軸向改變位置并傳遞。因此,沿軸向向行星齒輪14、21作用扭矩力,在齒輪旋轉時作為旋轉軸的支撐軸15、22有時會傾斜。
[0065]另一方面,認為拉維奈爾赫式行星齒輪裝置在理想狀態下不向各行星齒輪作用扭矩力,因此認為在其影響下各行星齒輪的旋轉軸傾斜的情況輕微,沒有進行考慮了這樣的扭矩力的影響的設計。
[0066]本發明人制作了在如圖2A所示的以往的行星齒輪114、121與其周圍的行星輪架(相當于圖1的行星輪架19、20、25、26)之間使用推力滾針軸承作為環構件(相當于圖1的環構件18、24)的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,并進行了驅動實驗。其結果是,在推力滾針軸承的座圈的兩面、即與行星齒輪114、121接觸的接觸面(座圈的一面)和與滾子部接觸的接觸面(座圈的另一面)這雙方,發現了由于摩擦而在接觸面的整周形成有較強的滑動痕的情況。
[0067]在此,在如以往那樣在行星齒輪114、121的齒的端面形成有角部114d、121d的情況下(參照圖2A),如圖2B的C部所示,在旋轉軸傾斜時,角部114d、121d與環構件18、24的接觸面S接觸。由此,在角部114d、121d與環構件18、24的接觸面S之間發生局部抵碰。
[0068]當發生這樣的局部抵碰時,與行星齒輪114、121的旋轉軸按照本來設計那樣旋轉而傳遞動力的情況相比,局部抵碰的結果所產生的載荷的反力(轉矩反力)作用于構成拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的部件間的接觸部(例如行星齒輪114、121和除此以外的齒輪的齒面)。其結果是,在構成拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的部件之間的滑動面產生的表面壓力增加,產生負載損失(例如摩擦損失、磨耗損失)。
[0069]另外,作為行星齒輪的旋轉軸傾斜的原因,除了如上所述的使用寬度不同的多個行星齒輪這樣的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的結構上的問題以外,也存在例如構成裝置的部件的變形、撓曲、裝置制造時的組裝誤差、構成裝置的部件的制造上的尺寸偏差等主要原因。因此,由局部抵碰引起的反力的大小、承受反力的部件、場所根據構成拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的部件的變形、撓曲、組裝誤差、尺寸偏差的程度也發生變化。而且,若承受由局部抵碰引起的反力的場所是各齒輪的齒面,則成為齒輪的負載損失,若承受上述反力的場所是向心滾針軸承(軸承構件16、23)的滾子部,則成為軸承損失。
[0070]因此,為了解決這樣的以往的問題,本實施方式的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I的行星齒輪14、21具備如圖3A所示的結構。另外,圖3A是圖1所示的本實施方式的A部及B部的放大圖。
[0071]行星齒輪14、21在齒的端面被實施了倒角加工這一點與以往的行星齒輪114、121相同,但是齒的端面的具體形狀與以往不同。行星齒輪14、21在齒的端面,從行星齒輪14、21的內周側朝向外周側且朝向齒寬方向的中心設有曲率。即,行星齒輪14、21的齒的端面由平面部14a、21a及從該平面部14a、21a連續地形成且與齒頂面14c、21c連接的曲面部14b、21b構成。因此,在行星齒輪14、21的齒的端面,未形成有以往的行星齒輪114、121那樣的角部114(1、121(1,平面部143、213與曲面部1413、2113的邊界平滑地形成。
[0072]如此在行星齒輪14、21的齒的端面設有曲率的情況下,如圖3B的D部所示,在旋轉軸傾斜時,環構件18、24的與接觸面S相互接觸的面積變大,行星齒輪14、21的齒的端面與環構件18、24的接觸面S以面抵碰的方式接觸。因此,在行星齒輪14、21的齒的端面與環構件
18、24的接觸面S之間不會發生以往那樣的局部抵碰。由此,能抑制在構成拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I的部件之間(例如各齒輪的齒面之間)的滑動面產生的表面壓力增加,并降低負載損失。
[0073]另外,作為上述的接觸面S的具體例,可列舉例如墊圈的側面、推力滾針軸承(環構件18、24)的座圈的側面等。而且,例如在行星齒輪14、21與行星輪架19、20、25、26之間未設置環構件18、24的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置的情況下,上述的接觸面S也可以是行星輪架
19、20、25、26的側面。
[0074]在此,齒輪間的負載損失例如如參考文獻(日本特開2013-194802號公報)介紹的那樣可以由以下的式(I)表示。另外,式(I)中的W是負載損失(摩擦損失),μ是摩擦系數,P是作用于齒輪彼此的接觸面的載荷,A V是根據一齒輪的速度與另一齒輪的速度之差算出的滑動速度。
[0075]Ι = μΣΡ| AV 卜.式⑴
[0076]如上述式(I)所示,齒輪的接觸面的摩擦損失W根據作用于齒輪彼此的接觸線的載荷P增大而增大。并且,如上述參考文獻中也說明的那樣,齒輪的接觸面的摩擦系數μ根據齒輪彼此的接觸線的長度變長而減小。因此,如圖3Β所示,由于接觸面積(接觸線的長度)的增加而在行星齒輪14、21與環構件18、24的滑動面(接觸面S)產生的表面壓力變小,從而如上述式(I)所示,部件間的摩擦系數μ下降,伴隨于此,負載損失W也降低。
[0077]另外,將本實施方式的行星齒輪14、21與以往的行星齒輪114、121的端面進行比較時,成為例如如圖4所示的關系。另外,在圖4中,用虛線表示的部分是行星齒輪114、121的齒的端面的輪廓線。如該圖所示,行星齒輪14、21的平面部14a、21a的長度L11形成得比以往的平面部114a、121a的長度L12短,相應地曲面部14b、21b的直線長度L21形成得比以往的倒角部114b、121b的直線長度L22長。而且,行星齒輪14、21的齒寬W1形成得比以往的齒寬W2短。
[0078]另外,如上所述,以往沒有提出假設行星齒輪的旋轉軸如圖2B那樣傾斜的情況的設計,因此行星齒輪114、121的齒的端面中的平面部114a、121a其平面度非常受重視,理想的情況是使該平面部114a、121a與環構件(相當于圖1的環構件18、24)的接觸面S盡可能平坦地接觸。而本實施方式的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I摒棄了這種以往的既成概念,在行星齒輪14、21的齒的端面形成有曲率。
[0079]設于行星齒輪14、21的齒的端面的曲面部14b、21b的曲率具體而言設為與長行星齒輪14和短行星齒輪21旋轉時的支撐軸15、22的傾斜量對應的值。即,曲面部14b、21b的曲率例如優選為,根據支撐軸15、22的傾斜量而預先以實驗的方式求算最佳的值,并根據實際的傾斜量來設定曲率。如此,通過對行星齒輪14、21的齒的端面設定適當的曲率,能夠有效地抑制部件間的表面壓力增加,并進一步降低負載損失。
[0080]在此,長行星齒輪14的支撐軸15和短行星齒輪21的支撐軸22如上述的專利文獻I中也介紹的那樣旋轉時撓曲已為人們所知,但是各自的撓曲量不同。即,長行星齒輪14的支撐軸15和短行星齒輪21的支撐軸22如圖1所示分別為相同的軸長。然而,短行星齒輪21靠近支撐軸22的軸向上的一端部側配置,因此相對于軸的齒輪的寬度變小,相應地支撐軸22的撓曲量增大。
[0081]因此,如圖1所示,旋轉時的短行星齒輪21的支撐軸22的撓曲量Bd1大于長行星齒輪14的支撐軸15的撓曲量Bd2,支撐軸22傾斜得比支撐軸15大。并且,其結果是,與長行星齒輪14相比,短行星齒輪21與環構件18、24的接觸面S(參照圖3B)之間的抵碰變強,相應地作用于短行星齒輪21側的轉矩反力變大。另外,圖1所示的撓曲量BcU、撓曲量Bd2為了便于說明而夸張地表示,與實際的撓曲量不同。
[0082]因此,設于短行星齒輪21的齒的端面的曲率優選為大于設于長行星齒輪14的齒的端面的曲率。如此,在設于大小兩種行星齒輪14、21的齒的曲率中,使旋轉軸傾斜得更大的短行星齒輪21側的曲率增大,從而能夠有效地抑制部件間的表面壓力增加,并進一步降低負載損失。
[0083]而且,短行星齒輪21靠近支撐軸22的軸向上的一端部側配置,因此短行星齒輪21的齒的端面從設于支撐軸22的軸向上的一端部側(即圖1的右側)的環構件24的接觸面S承受的轉矩反力大于從設于支撐軸22的軸向上的另一端部側(即圖1的左側)的環構件24的接觸面S承受的轉矩反力。
[0084]因此,優選為,設于短行星齒輪21的齒的端面的曲率中,設于支撐軸22的軸向上的一端部側的端面的曲面部21b的曲率大于設于支撐軸22的軸向上的另一端部側的端面的曲面部21b的曲率。如此,設于短行星齒輪21的齒的兩個端面的曲率中,使從周邊構件的接觸面S承受的轉矩反力大的一側的曲率增大,從而能夠有效地抑制部件間的表面壓力增加,并進一步降低負載損失。
[0085]具備如上所述的結構的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I通過在行星齒輪14、21的齒的端面設置曲率,使與周邊構件(例如環構件18、24)的接觸面S接觸的區域平滑地傾斜,因此行星齒輪14、21的齒的端面與周邊構件的接觸面S的接觸面積增大,防止局部抵碰的發生。其結果是,拉維奈爾赫式行星齒輪裝置I中,作用于部件間的轉矩反力減小,由該轉矩反力引起的齒面間的表面壓力減小,因此部件間的負載損失降低。
[0086]以上,關于本發明的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,通過用于實施發明的方式具體地進行了說明,但是本發明的主旨并不限定于這些記載,應基于權利要求書的記載作寬泛的解釋。而且,本發明的主旨也包含基于這些記載而進行各種變更、改變等的內容,這是不言而喻的。
【主權項】
1.一種拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,具備長行星齒輪和短行星齒輪,其特征在于, 在所述長行星齒輪及所述短行星齒輪的齒的端面,從所述長行星齒輪及所述短行星齒輪的內周側朝向外周側且朝向齒寬方向的中心設有曲率。2.根據權利要求1所述的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,其特征在于, 設于所述短行星齒輪的齒的端面的曲率大于設于所述長行星齒輪的齒的端面的曲率。3.根據權利要求1或2所述的拉維奈爾赫式行星齒輪裝置,其特征在于, 所述曲率是與所述長行星齒輪和所述短行星齒輪旋轉時的旋轉軸的傾斜量對應的值。
【文檔編號】F16H55/17GK106015518SQ201610183147
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】岡本大典
【申請人】豐田自動車株式會社