用于精确重新装配和扭矩传递的行星齿轮托架接头

摘要

行星齿轮托架具有组成托架滚筒的滚筒覆盖件和滚筒毂以及托架板，所述托架板与滚筒覆盖件间隔开，限定行星齿轮位于其中的空间。滚筒覆盖件、滚筒毂和托架板由与它们中的至少一个一体形成的键来接合，所述键与其它零件的表面配合以便精确装配和重新装配，并且窗口通过滚筒覆盖件和滚筒毂的几组花键齿来限定，行星齿轮可以通过所述窗口来插入，以当滚筒覆盖件、滚筒毂和托架板装配到彼此时，装配到托架。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月11日提交的美国临时专利申请第61/810,961号 和2013年5月21日美国临时专利申请第61/825,823号的权益，为了所有目 的，其整个内容以引用方式并入本文。

关于联邦赞助研发的说明

不适用。

技术领域

本申请涉及以可以拆卸和精确且便利地重新装配的方式接合各个零件的 过程，例如当零件经加工装配、然后必须拆卸并且利用相对于彼此精确定位的 各零件的加工表面重新装配时，并且尤其是对于以多零件组件放在一起的各个 扭矩传递零件，这是必需的。

背景技术

本发明涉及经加工的部件组件，诸如用于自动变速器的行星齿轮托架。在 此类组件中，通常适合于在之间支撑行星齿轮的两个零件放在一起成为组件， 当装配后进行加工，并且之后拆卸以便增添额外的部件(轴、行星齿轮等)， 或当拆卸时执行各种处理，并且然后重新装配这些零件。在重新装配后，所加 工的各表面必须相对于彼此位于在它们拆卸之前进行加工的精确位置中。

在典型的结构中，滚筒零件在其外周界上具有类似齿轮齿的两个花键。将 两组花键放置在一个整体部件上便于扭矩传递，但是使得其相对难以制造。

发明内容

本发明提供了将通常存在于单个零件中、诸如行星齿轮托架的结构分为多 个零件，同时在加工或其它过程执行之后仍允许零件的精确重新装配。

本发明提供了一种多零件结构中的定位键，当定位键和各零件最初装配时 以干涉配合进行配合或塑性变形或由零件中的至少两个来变形，所述定位键确 保各零件精确地以相同的相对位置重新装配。该键可以提供为独立零件，或可 以与零件中的一个是一体的。在经受从一个零件到另一零件的扭矩的部件中， 扭矩通过该键来传递。零件中的一个或更多个可以是粉末金属，所述粉末金属 可以是烧结的或烧结锻造的粉末金属，而其它零件中的一个或更多个可以是另 一种材料，例如是铝。该键可以是更硬的材料，而接收部(键使该零件变形) 可以是更软的材料，或反之亦然。然而，当零件装配在一起时，由一个零件到 另一零件引起的紧密配合或甚至塑性变形应当发生，使得当它们拆卸并且然后 重新装配时，变形的表面会精确地接收使它们变形的表面。为了便于此过程， 变形肋可以增添到相互配合的部件中的陷入另一部件的一个部件，以确保重新 装配后的精度。

此外，窗口可以延伸通过几组齿或花键，所述几组齿或花键便于将行星齿 轮装配到已装配有托架的三个主要零件的所述托架。窗口可以由三个零件中的 两个或更多个中的边缘开口来限定。

本发明的上述和其它目标和优点将会出现在随后的详细描述中。在所述描 述中，参考了示出本发明的优选实施例的附图。

附图说明

图1是用于自动变速器的现有技术行星齿轮托架的第一托架板的透视图；

图2是包括图1的板的现有技术行星齿轮托架的滚筒的透视图；

图3是包括本发明的方面的滚筒毂零件的透视图；

图4是包括本发明的方面的用于与图3的滚筒毂配合的托架板的透视图；

图5是包括本发明的方面的用于与图3的滚筒毂和图4的托架板配合以制 作行星齿轮托架组件的滚筒覆盖件的透视图；

图6是包括本发明的方面的凸耳中的一个的细节透视图，其例如是图4 的托架板中的凸耳中的一个；

图7是沿图6的线7-7的平面剖切得到的剖视图，并且其还示出图3-5 的、装配在一起但无固定它们的螺栓的各部件；

图8是类似图6的视图，但它是该凸耳的替代实施例；

图9是图9的组件的示意图(未示出螺栓孔)；

图10是类似图9的示意图，但它是替代实施例；

图11是类似图9和10的示意图，但它是另一替代实施例；

图12是可以通过应用本发明的方面而纳入组件的特征的局部透视图；

图13是可以通过应用本发明的方面而纳入组件的特征的另一示例；

图14类似图13，其中所示零件已装配；

图15-25是三件式行星齿轮托架的替代实施例的视图，其中键形成为滚筒 毂的一部分，类似图10的示意图；

图26是类似图15-25的实施例但是具有用于将内部行星齿轮装配到托架 的窗口的替代实施例的顶部透视图，其中托架的三个主要零件装配在一起；以 及

图27是图26的实施例的底部透视图。

具体实施方式

本发明提供了一种接合方法和结构，其中，可以是粉末金属的一零件 具有多个键，各键同轴定位以将装配部件的各个零件进行接合。所述各个 零件可以是粉末金属或粉末金属零件与其它零件(例如铝)的混合体。该 接头可以具有纳入各零件中的一个的键，或设置有作为独立元件的键。各 键精确设计以允许准确定位到该组件的其它零件，当零件拆卸并重新装配 时此是可重复的。各键还能够在扭矩传递应用中传递扭矩。典型用途是具 有同轴花键的自动变速器行星齿轮托架。本发明涉及的问题是需要将三个 或更多个件接合在一起但允许所述件拆卸并精确地重新装配。通常，此类 零件被装配，并且通过直线镗孔穿过多个零件的机加工方式来进行加工。 然后，例如为了将如轴和行星小齿轮的额外零件装配到各零件，各零件被 拆卸，然后重新装配。当重新装配时，经单次直线镗孔或其它加工操作加 工的共同孔或其它已加工表面必须相对于彼此同轴且精确地定位。此外， 此类零件可以在它们的外侧上具有花键，并且在它们的外侧上具有不同组 的花键，所述花键必须相对于彼此成角度地排列，并且相对于彼此在所有 三个维度上同轴且精确地定位。此外，例如在自动变速器托架中，当扭矩 在托架上的多组花键之间传递时，该接头必须提供足够的组件强度。

图1和图2示出了常规托架的各零件，包括滚筒12和托架板14。滚 筒12装配在板14的凸耳16上，其中滚筒12的孔18与板14的相应螺纹 孔20对准，并且螺栓通过孔18插入孔20中并螺接在其中，以将这两个部 件固定在一起。小齿轮轴孔17位于滚筒12中，而对应的一组小齿轮轴孔 19位于板14中，小齿轮轴(未示出)装配到小齿轮轴孔19中，各所述小 齿轮轴将三个行星小齿轮(未示出)支承在滚筒12的凸缘13与板14之间、 在各凸耳16之间的空间中。板14上存在由齿21表示的一个外部花键，齿 21绕周界一直连续，而滚筒12上存在由相应的齿23和25表示的两个花键， 齿23和25两者都绕周界一直连续。

在图3-图5的行星齿轮托架的结构中，滚筒12分为两个部件即图3 的滚筒中间部件24和图5的滚筒覆盖件26，并且在这两个部件上设置有包 含本发明的方面的特征。在图4中示出的托架板28也更改为包括本发明的 方面。在三个部件装配在一起后，毂24放置在板28上，其中凸耳延伸部 分32在本文中也称为键32，延伸通过滚筒毂24中的接收部34，接收部34 是延伸通过滚筒毂的凸缘38的孔。键32延伸超出滚筒毂24的接收部34 进入到滚筒覆盖件26的袋状接收部40中。滚筒覆盖件26从在图5中图示 的取向翻转到图3的滚筒毂24的顶部上，其中袋状接收部40与通孔接收 部34并且与凸耳延伸部分32对准。在键32的侧表面与接收部34和40之 间提供有干涉配合。可以通过在键32与接收部34和40的配合表面上提供 锥形，或通过在延伸部分32的表面上提供V形肋(平行于插入方向并且沿 插入方向渐缩)或其它结构来提供该干涉配合，在将板28压入毂24和覆 盖件26时，该V形肋或结构将会陷入接收部34和40的壁中，例如，如在 WO2007/081715A2中或在美国专利申请公开第2002/0170161A1号中所描述 的，出于任何目的，这两个专利都以引用方式并入本文，如同在本文中完 全阐述一样。

接收部34是通孔，而袋状接收部40具有底壁44，孔46延伸通过底 壁44，孔46类似于图2中的、螺栓延伸通过的孔18。因此，螺栓从孔46 的、与图5中示出的端部相反的端部处延伸通过孔46并延伸到键32中的 螺纹孔52中，以将三个零件固定在一起。

具体参考图4和图6，键32在凸耳16上延伸，并且在所有侧面上都 小于凸耳16，由此产生在图6的实施例中绕键32一直延伸的台阶56。台 阶56在凸耳16的顶部处并且在键32的底部处。当所有零件都装配时，滚 筒毂24的底部可以抵靠台阶56或者可以不抵靠台阶56，并且当各零件装 配时，表面44的底部可以抵靠或不抵靠键32的端面60。为了装配精确， 优选的是产生此类底部抵靠，但是键32的侧面与接收部34和40的侧面的 配合在插入后必须足够紧密，以抵消各装配部件可能遭受的所有力(诸如 扭力)，并且确保在加工和零件拆卸之后零件的精确重新装配。考虑到不 同的材料和热膨胀率，例如在板28和键32是铁基粉末金属而滚筒毂24和 滚筒毂覆盖件26是铝的情况下会存在的，它们必须在该组件将会遭受的温 度范围内保持紧密。如上所述，该配合可以是干涉配合，并且取决于应用， 可以必须是在键32与接收部34和40之间并且尤其是在键32的侧表面与 接收部34和40的侧表面之间引起塑形变形的干涉配合，其中在最初将键 32压入接收部34和50时键32使接收部34和40的侧表面变形。键32的 这些侧表面由附图标记64表示，并且绕图4中的键32一直延伸，并且与 接收部34的表示为66的面对表面以及袋状接收部40的面对表面70配合， 接收部34的面对表面和袋状接收部40的面对表面70也绕袋状接收部40 一直延伸。也可以将配合表面设计为使得它们不在全部周界上干涉。

图7是沿图6的线7-7的平面剖切得到的剖视图，其大致图示了各零 件的关系。尽管为了附图清楚而在键32与接收部之间示出空间，但是应当 理解，此类空间在干涉配合的情况下不会存在。

图8图示了用于键32的替代结构，其称为键32′，其中台阶表面56′ 仅在键32′的端部处，并不沿着其内侧面和外侧面。在该实施例中，键32′ 是凸耳的全部宽度，这为径向定位和扭矩传递提供了更大的强度。

为了便于理解，图9-图11以示意性表示的方式图示了用于键32的替 代构造，而未示出孔52。同样，如在上面指出的，描绘各键和配合零件的 各条线之间存在空间的事实不意味着那里实际上存在开放空间。相反，在 大部分表面存在干涉配合，或两个表面的部分实际上会干涉达到存在一个 或另一个表面的塑性变形的程度。例如，键或键作为其一部分的部件通常 可以由铁基粉末金属制成，而其它两个或三个部件可以由更软的材料、诸 如铝制成。情况是这样的，支承该键的粉末金属部件或在提供为独立部件 的情况下的键本身会陷入铝部件的配合表面或者使铝部件的配合表面塑性 变形。

图9是图7的实施例的示意表示。图10是类似图9的表示，但是该键 提供为中间部件(滚筒毂24)的一部分而非为第三部件(托架板28)的一 部分。在图10中，中间部件标记为零件B，零件B优选为更硬的材料，诸 如粉末金属，而零件A和C为更软的材料，诸如铝，通过形成为零件B的 一部分的键配合到形成在相应的零件A和C中的接收部内，零件A和C会 变形。在图10的实施例中，当应用于行星齿轮托架时，各键从板的两个侧 面或滚筒毂的凸缘延伸到位于顶部上的滚筒覆盖件(零件A)中和托架板(零 件C)中的适当尺寸和形状的接收部中。

图11图示了与零件A、B或C中的任何一个独立的独立键D。零件D 会与所有三个部件A、B和C都干涉。图9-11都是如从线7-7的平面剖切 的示意剖视图，但未示出螺栓孔。应注意，在图9的构造中，键可以如图 示的那样设置在零件C上，或设置在零件A上而袋状接收部设置在零件C 中。因此，在托架实施例中，键会设置在滚筒覆盖件上，而袋状接收部会 设置在托架板中。

参考图12，多件的设计允许开发共同接合的几何形状，诸如储油器80。 第二件可以增添在顶部上以产生井部。由此，贮存器80可以在在烧结过程 中的粉末金属压紧步骤期间形成。

参考图13和图14，在此类应用中使用多件的优点的另一示例是，它 们允许开发用于制造或其它功能的跨孔狭槽。图13图示了在圆形零件的端 部处的跨孔狭槽82。这也可以在粉末压紧过程期间形成。如果如图14中所 示增添了顶部件84，则槽孔会允许该孔用作润滑或其它特征，诸如用作通 入狭槽。

图15-图25图示了三件式行星齿轮托架100的替代实施例，其中键132 形成为滚筒毂124的部分，类似图10所示。对应于图3-5中的实施例中的 元件的元件用相同的附图标记加100来标记。

图26通过在组成滚筒的两个零件226和224中设置窗口203示出了由 托架的三个配合零件(滚筒覆盖件226、滚筒毂224和托架板228)的带键 组件所提供的优点。在三个零件224、226和228装配在一起(通过螺栓连 接、铆接、铜焊或焊接)之后，小齿轮205可以在不拆卸三个零件情况下 通过每个窗口203插入。对应于图3-图5的实施例中的元件的元件用相同 的附图标记加200来标记。通常存在绕两个零件滚筒等角度间隔开设置的 三个此类窗口203，以接收相应的三个行星齿轮205。每个行星齿轮205可 以通过将轴(未示出)向下插入通过托架板中的同轴孔219、插入通过齿轮 205并插入滚筒覆盖件226中的凹口(或孔)来固定。轴可以通过任何合适 的装置被轴向地固定，例如通过穿过齿轮和轴的销来固定或通过E形夹来 固定。除了所描述的窗口203之外，图26的实施例可以提供有之前描述的 实施例的所有特征，并且可以就像图15-25的实施例那样制作。

每个窗口203提供有该窗口的在滚筒覆盖件226中的一个侧面部分 203A和在滚筒毂224中的另一侧面部分203B。因此，由于该窗口的每个部 分203A、203B是具有三个面的，各窗口部分可以通过常规粉末金属压紧过 程来形成。两个窗口部分不必是相同尺寸，并且在图26的实施例中，部分 203A在轴向上比部分203B更窄。窗口203穿过滚筒的两组齿，使得齿跨越 每个窗口部分203A、203B的圆周，以维持两组齿223、225之间的啮合， 即使在窗口203的角向位置处也是如此。

本发明由此提供了配合零件之间的接头，所述接头依赖于键与其它零 件上的配合表面之间的可变形性，以为已装配的部件执行的加工步骤提供 功能锁定，并且提供它们可以拆卸并以与它们加工时的精确相同的关系重 新装配。该接头还提供作为应力承载构件，其中键形状具有为期望的功能 提供足够强度和必要同心的几何形状的，并且该接头实现窗口在滚筒中的 形成，其中行星齿轮可以通过所述窗口进行装配而无需拆卸支架。

本发明的优选实施例已经相当详细地进行了描述。对所描述的优选实 施例的许多更改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本 发明不应当限于所描述的实施例。