專利名稱：用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件的制作方法
技術領域：
本實用新型總體上涉及用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，具體涉及金屬成 型、特別是從冷成型的預成型件形成作為單件的集成的環(huán)形齒輪-駐車制動鼓。產(chǎn)品的環(huán) 形齒輪部分形成有螺旋輪齒且套節(jié)部分形成有花鍵齒。
背景技術：
后輪驅(qū)動機動車輛的自動變速器的運動機構(kinematic arrangement)可以包括 拉威挪齒輪組(Ravigneaux gearset)，該齒輪組的部件包括兩個太陽齒輪、圍繞太陽齒輪 的環(huán)形齒輪，及兩組行星小齒輪。第一組小齒輪與第一太陽齒輪和環(huán)形齒輪嚙合，第二組小 齒輪與第二太陽齒輪和第一組小齒輪嚙合。變速器輸出扭矩由環(huán)形齒輪承載，并在軸向上 由駐車制動鼓傳遞到徑向盤并在徑向上傳遞到套管(sleeve)或套節(jié)(hub)，該套管或套節(jié) 由花鍵連接到變速器輸出軸并連接到徑向構件。環(huán)形齒輪形成有螺旋內(nèi)輪齒。駐車制動鼓形成有外花鍵齒，外花鍵齒可由駐車棘 爪接合并固定到變速箱上以用于在車輪制動器分離時防止車輛意外地移動。根據(jù)目前的制造工藝，環(huán)形齒輪、駐車制動鼓、徑向盤及其套節(jié)是作為分離的部件 形成的，且每個部件均按照精確尺寸制造。環(huán)形螺旋齒輪(helical ring gear)激光焊接 到駐車制動鼓。輸出軸套節(jié)_徑向盤使用花鍵和卡環(huán)連接到駐車制動鼓。駐車制動鼓、輸出軸套節(jié)和徑向盤廣泛地形成以用于在應用中承載主要的扭轉(zhuǎn)負 荷。每個部件均按照緊密公差機械加工。然而，不能將環(huán)形齒輪直接地機械加工到駐車制 動鼓中，因為必須對環(huán)形齒輪進行拉削(broached)，這需要長的拉刀(broachbar)完全地 穿過環(huán)形齒輪。現(xiàn)有技術中存在這樣的需要使這些分離部件的組合整體形成，即形成為單個部 件，不需要部件之間的粘合、焊接或機械連接，而仍然提供到變速器軸的機械連接。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的包括提供一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，該傳遞 扭矩的部件成本低且不需要機械連接、焊接或粘合連接。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，該 部件包括環(huán)形齒輪部分；與環(huán)形齒輪部分整體形成的駐車制動鼓部分；與駐車制動鼓部 分整體形成的盤部分；及與盤部分整體形成的套節(jié)部分。所述套節(jié)部分包括沿軸線軸向延伸并位于套節(jié)部分面向所述軸線的內(nèi)表面上的 花鍵齒。所述駐車制動鼓部分包括在駐車制動鼓部分的軸向端部沿軸線延伸的多個駐車 制動齒。所述駐車制動鼓部分包括從外表面徑向延伸的多個駐車制動齒。所述套節(jié)部分包括沿軸線軸向延伸并位于套節(jié)部分背向所述軸線的外表面上的 花鍵齒。根據(jù)本實用新型的另一方面，提供一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，所述齒輪組是行星齒輪組，該部件包括駐車制動鼓部分，所述駐車制動鼓部分包括沿軸線 延伸的表面及圍繞所述軸線互相隔開并位于所述表面上的多個駐車制動齒；與駐車制動 鼓部分整體形成并朝向所述軸線延伸的盤部分；及與盤部分整體形成的套節(jié)部分，所述套 節(jié)部分包括沿所述軸線延伸的中空圓筒及在所述中空圓筒上形成的花鍵齒。其中，所述部 件還包括環(huán)形齒輪齒部分，所述環(huán)形齒輪齒部分具有成角度和沿軸線延伸的齒輪齒的內(nèi)表所述花鍵齒沿軸線軸向延伸并位于套節(jié)部分面向所述軸線的內(nèi)表面上。所述多個駐車制動齒位于駐車制動鼓部分的軸向端部。所述多個駐車制動齒從駐車制動鼓部分的外表面徑向延伸。所述花鍵齒沿所述軸線軸向延伸并位于套節(jié)部分背向所述軸線的外表面上。與多件式裝置相比，單件式環(huán)形齒輪-駐車制動鼓可以用較低成本制造且不需要 機械連接、焊接或粘合連接。與三件式總成相比，裝配期間的復雜性極大地降低。由于部件 較少且沒有部件間連接，這可以減少保修期內(nèi)部件故障的可能性進而降低保修成本。本實 用新型的部件內(nèi)在地具有更高的剛性并且比多件式總成輕。優(yōu)選實施例的適用范圍通過下面的詳細說明、本申請的權利要求書和附圖將變得 明晰可見。應理解，說明書和具體示例雖然表示出本實用新型的優(yōu)選實施例，但僅用于說明 目的。對所述實施例和示例的各種改變和修改將對于本領域技術人員變得明晰可見。
圖1示出用于制造預成型圓筒的一系列工藝步驟的示意圖；圖2是圖1所示預成型件通過旋壓成型形成的輪廓的側(cè)視圖；圖3是從圖1所示的杯狀預成型件冷成型得到的圓筒的透視圖；圖4是從圖3所示圓筒切割得到的圓柱形坯件的透視圖；圖5A至5D是示出形成環(huán)形齒輪和離合器環(huán)的工藝步驟的橫截面；圖6是示出切割為片段之前的圖5A至5D所示環(huán)形齒輪和離合器環(huán)的橫截面；圖7是單向離合器的外環(huán)的正視圖；圖8是具有螺旋內(nèi)輪齒的環(huán)形齒輪的透視圖；圖9是從預成型圓筒冷成型并切割得到并準備成型為離合器環(huán)的一系列片段的 透視圖；圖10是從預成型圓筒冷成型并切割得到并準備成型為環(huán)形齒輪的一系列片段的 透視圖；圖11是包含形成單件的集成的環(huán)形齒輪_駐車制動鼓的自動變速器的拉威挪齒 輪組的側(cè)視圖；圖12A至12D是示出形成圖11所示環(huán)形齒輪-駐車制動鼓的工藝步驟的橫截面；圖13是圖11所示集成的環(huán)形齒輪_駐車制動鼓的透視圖；及圖14是圖11所示集成的環(huán)形齒輪_駐車制動鼓的透視圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖參考下面的說明，可以更容易地理解本實用新型?，F(xiàn)參考附圖，圖1示出工件10，該工件10優(yōu)選地為板或碳鋼的板卷，并通過常規(guī)的 冷鍛、熱鍛或拉延方法形成具有中孔11的拉長的杯形12。在使杯形的預成型件12退火以軟化材料從而使預成型件12較不脆并釋放內(nèi)部應力之后，通過各種方法、包括通過旋壓成 型操作加工杯形的預成型件12，以制造具有內(nèi)表面16、外表面18和由徑向法蘭22部分地 封閉的端部20的凈形預成型件14。圖2所示的旋壓成型過程使用具有外表面26的心軸24。凈形預成型件14套在心 軸上并通過尾座28夾持法蘭22以在其端部20固定到心軸的端部。迫使圍繞軸線32互相 成角度隔開的若干個滾子30與預成型件14的外表面接觸。每個滾子30圍繞各自的軸線 34旋轉(zhuǎn)并沿軸32向預成型件的開口端平移。通過預成型件14和滾子30之間的接觸壓力及滾子在心軸24和預成型件上的運 動，使預成型件14的外表面18旋壓成型為圓筒40。預成型件14的內(nèi)表面16由于預成型 件14和心軸24的外表面之間的接觸壓力而旋壓成型。當滾子30和滾子進給裝置(roller feed) 36作為一個單元沿軸線32移動并在角度上和徑向上相對于該軸線移動時，預成型件 14的圓柱形壁的材料在軸向和徑向上相對于軸線32流動?；蛘撸A成型件14的外表面18可以不是均勻的圓柱形，而是使圓筒41形成有外 部特征(exterior features)，如由于當滾子30既在軸向上圍繞軸線32移動又在徑向上相 對于軸線32移動、如圖2所示在軸線32上方移動時，預成型件的圓柱形壁的材料在軸向上 和徑向上相對于軸線32流動，該圓筒41的壁厚可以變化。類似地，心軸24的外表面26可以不同于圓柱形。例如，心軸24的外表面26可以 形成有沿心軸的至少部分長度延伸的輪齒，或心軸24的外表面可以形成有用于單向離合 器的外環(huán)的凸輪斜面(cam ramps)，這些凸輪斜面圍繞軸線32設置并沿心軸的至少部分長 度延伸。在這些情況下，預成型圓筒14的內(nèi)表面16將旋壓成型為具有螺旋輪齒或者凸輪 斜面。如圖4所示，然后通過多種技術中的任何技術、包括激光切割，將旋壓成型的圓筒 40,41相對于軸線32橫向切割為多個環(huán)形片段或坯件15、42。優(yōu)選地，通過從噴嘴44在軸 向上隔開的位置處引導至旋轉(zhuǎn)的圓筒上的高壓水集中噴射、優(yōu)選地水中包含石榴石金剛砂 (garnet)，將圓筒40、41切割為片段42。然后，對片段42進行精加工(finish machined), 熱處理并上涂層。參考圖5A至5D描述稱為模內(nèi)成型(in-die forming)的用于形成預成型圓筒的 替代工藝。沖壓具有中心導孔52且優(yōu)選地由超低碳鋼制成的圓板或片50，使中心導孔具有 約2. 54厘米(=1. 0英寸)的直徑。板50具有上表面54和下表面56。如果板50由高碳 鋼制成，則在執(zhí)行漸進成型階段之前使其退火。板50放置在以軸線32為中心的實心模58上。模58包括具有內(nèi)半徑64的肩部 62和具有外表面68的主體66。液壓機(未示出)迫使與板50的上表面54接觸的拉延環(huán) 70在多個漸進的階段中向下移動以使該板符合肩部62的表面、半徑64及表面68。如圖5C所示，當拉延環(huán)70沿軸線32向下移動時，孔52的直徑增加，以期望的長 度形成徑向法蘭22，且由于迫使拉延環(huán)70在預成型板上移動時模和板之間的接觸壓力，迫 使預成型板50符合模58的外表面68的形狀。當板50成型為圖2中的軸線32下方示出的預成型圓筒14的形狀時，將模58從 預成型圓筒中移除并由心軸24替代該模。使用尾座28以將法蘭22夾持到心軸24的軸向 端部。然后迫使?jié)L子30與預成型件14的外表面18接觸。每個滾子30圍繞各自的軸線34旋轉(zhuǎn)并沿軸線32平移。預成型件14的外表面由預成型圓筒14和滾子30之間的接觸壓力及滾子在心軸 24和預成型件上的移動旋壓成型。預成型圓筒14的內(nèi)表面由于迫使預成型件與心軸24的 外表面26接觸的接觸壓力而旋壓成型。當滾子30在軸向上沿軸線32移動、在周向上圍繞 該軸線移動，并在徑向上相對于該軸線移動時，預成型件14的圓柱形壁的材料在軸向上和 徑向上相對于軸線32流動。優(yōu)選地，心軸24的外表面26形成為具有圓筒71、用于自動變速器的行星齒輪組的 花鍵或輪齒72，或凸輪斜面73 (如在單向離合器的離合器環(huán)的內(nèi)表面上形成的凸輪斜面)。 在執(zhí)行旋壓成型步驟時，預成型件14成為圓筒40、41的形狀且預成型件14的內(nèi)表面符合 心軸24的外表面26上的形狀。以此方式，可以在心軸24的外表面26上旋壓成型出特定 的輪齒或花鍵72、凸輪斜面73或圓筒71。在執(zhí)行旋壓成型步驟之后，旋壓成型的圓筒40、41將具有圖6所示的形狀。對內(nèi) 表面16進行滲碳和感應加熱。接下來，將圓筒40、41的外表面磨削為其最終形狀。然后，如參考圖3和圖4所述使用激光切割方法或高壓水集中噴射將旋壓成型的 圓筒40、41相對于軸線32橫向切割為多個片段或環(huán)形坯件76。取決于心軸24的外表面 26的形狀，片段76將具有直圓柱環(huán)78、環(huán)形齒輪80或單向離合器的離合器環(huán)82的形狀。圖7示出單向離合器的離合器環(huán)82，該離合器環(huán)具有在離合器環(huán)的內(nèi)表面上形成 的凸輪斜面74。離合器環(huán)82的凸輪斜面74在使用過程中由接合元件接合，如由滾子、楔塊 (sprag)或球接合，以在離合器的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間產(chǎn)生傳動連接。圖8示出具有螺旋內(nèi)輪齒84的用于自動變速器的行星齒輪組的環(huán)形齒輪80。參考圖9描述用于在模具中通過擠出成型產(chǎn)生凸輪斜面凈形以冷成型得到離合 器環(huán)90的替代方法。如參考圖1至圖4或圖5A至5D和圖6所述，使預成型圓筒40、41旋 壓成型并切割為具有圓柱形內(nèi)表面16和外表面18的片段42。優(yōu)選地，預成型圓筒40、41 的長度足以產(chǎn)生約十個片段42，并從每個片段42形成離合器環(huán)90。對每個圓柱形片段42進行球化退火并用標準的磷酸鹽/潤滑皂涂層(phosphate/ soap coating)涂覆，這些處理是金屬成型操作中的常規(guī)處理。如圖9所示，片段42靠住精確磨削成型心軸94放置在擠出成型模具 (extrusiontooling)上，該心軸94的外表面上形成有將在離合器環(huán)90的內(nèi)表面上形成的 凸輪斜面74的互補形狀(negative)。標準的液壓機設備用于迫使心軸94沿軸線96進入 并穿過圓柱形片段42以在片段42的內(nèi)表面16上形成凸輪斜面74。在片段42的內(nèi)表面上形成凸輪斜面74之后，在緊密公差之內(nèi)磨削片段的外表面 18且內(nèi)表面16具有圍繞軸線96成角度設置并形成近凈形(near net shape)的一系列凸 輪斜面74。然后，對離合器環(huán)90進行精加工、熱處理并上涂層。參考圖10描述用于通過在模具中擠出成型產(chǎn)生輪齒凈形以冷成型得到環(huán)形齒輪 100的替代方法。首先，參考圖1至圖4或圖5A至5D和圖6所述，使預成型圓筒40、41成 型并切割為具有圓柱形內(nèi)表面16和外表面18的片段42。優(yōu)選地，預成型圓筒40、41的長 度足以產(chǎn)生約十個片段42，并從每個片段42形成環(huán)形齒輪100。對每個圓柱形片段42進行球化退火并用標準的磷酸鹽/潤滑皂涂層涂覆，這些處 理是金屬成型操作中的常規(guī)處理。[0061]如圖10所示，片段42靠住精確磨削成型的心軸104放置在擠出成型模具中，該 心軸104的外表面上形成有將在環(huán)形齒輪100的內(nèi)表面上形成的螺旋輪齒84的互補形狀 106。如其完整公開內(nèi)容結(jié)合在此作為參考的美國專利5，465，597所述類型的標準的液壓 機設備可用于迫使心軸104沿軸線96進入并穿過圓柱形片段42以在片段42的內(nèi)表面16 上形成輪齒84。在片段42的內(nèi)表面上形成輪齒84之后，在緊密公差之內(nèi)磨削片段42的外表面18 且內(nèi)表面16具有圍繞中心軸線96成角度設置并形成近凈形的輪齒。然后，對環(huán)形齒輪100 進行精加工、熱處理并上涂層。參考圖11，用于后輪驅(qū)動機動車輛的自動變速器的運動機構的一部分包括拉威挪 齒輪組118，該齒輪組118的部件包括第一太陽齒輪120、第二太陽齒輪122、環(huán)形齒輪124， 及兩組行星小齒輪126、128。第一組小齒輪126與第一太陽齒輪120和環(huán)形齒輪124嚙合； 第二組小齒輪128與第二太陽齒輪122和第一組小齒輪126嚙合。通過環(huán)形齒輪-駐車制動鼓130將變速器輸出扭矩傳遞給變速器輸出軸140，該環(huán) 形齒輪-制動鼓130是整體形成的、即作為單個部件而不需要兩個或多個部件之間的粘合、 焊接或機械連接。環(huán)形齒輪_駐車制動鼓130包括環(huán)形齒輪124、駐車制動鼓132、徑向盤 134，及筒形套節(jié)(sleeve hub) 136。由環(huán)形齒輪124承載的變速器輸出扭矩在軸向上通過 駐車制動鼓132傳遞到徑向盤134，徑向盤134傳遞扭矩到筒形套節(jié)136，而筒形套節(jié)136由 花鍵138連接到變速器輸出軸140。環(huán)形齒輪124形成有螺旋內(nèi)輪齒84。駐車制動鼓132 形成有外齒142，外齒142可由駐車棘爪接合并固定到變速箱上以用于在車輪制動器分離 時防止車輛意外地移動。為了免除制造和互連多個分離部件的必要，如參考圖12A至12D所述制造集成的 環(huán)形齒輪-駐車制動鼓130，首先沖壓形成有與軸線154同心的孔152的平坦圓形鋼板或圓 棒的切片150。通過外模156擠出或拉延板150的中心部分并使內(nèi)模158穿過孔152以形成筒形 套節(jié)部分136，從而使圖12所示的預成型件160冷成型得到筒形套節(jié)136的最終凈形內(nèi)徑 162。對預成型件160進行球化退火并上涂層以用于擠出成型。通過插入一系列的內(nèi)模164到預成型件160中并使一系列的拉延環(huán)166在預成型 件160上移動直到該預成型件獲得具有基本上一致的壁厚的圓柱形預成型件170的形狀， 預成型件160漸進地冷成型為圖12C和12D所示的形狀?；蛘撸梢允褂脻L子30在內(nèi)部成 型心軸上從圖12C所示的中間形狀旋壓成型預成型件160，直到預成型件160獲得圖12D所 示圓柱形預成型件170的形狀。在預成型件160形成為具有均勻壁厚或變化壁厚的圓柱形預成型件170的形狀 時，從預成型件中移除模158和164并將旋壓成型心軸172插入到圓柱形預成型件中。尾 座28用于將預成型件170夾持到心軸172上。然后迫使?jié)L子30與預成型件170的外表面 174接觸。每個滾子30圍繞其各自的軸線34旋轉(zhuǎn)并沿軸線154平移。通過預成型件170和滾子30之間的接觸壓力及滾子在預成型件上的移動使外表 面174旋壓成型。預成型件170的內(nèi)表面176由于預成型件170和心軸172之間的接觸壓力而旋壓 成型，該接觸壓力迫使預成型件與心軸172的外表面180接觸。
7[0071]心軸172的外表面180可以形成為具有外輪齒182。以此方式，螺旋輪齒84如圖 13所示形成在環(huán)形齒輪-駐車制動鼓130的環(huán)形齒輪124部分的內(nèi)表面上。在單獨的操作中，對杯形預成型件進行球化退火并用常規(guī)的成型材料上涂層，然 后使用液壓機和專門的工具用精密心軸在工件中反向擠出成型形成輪齒。以此方式，螺旋 輪齒84如圖13所示形成在環(huán)形齒輪_駐車制動鼓130的環(huán)形齒輪124部分的內(nèi)表面上。在駐車制動鼓部分132的外表面188上冷成型或滾刀切割(hob cut)得到駐車制 動齒142，其中如圖12D和圖14所示，該部分的壁厚沿駐車制動鼓部分的長度增加。在筒形套節(jié)136的內(nèi)表面上拉削形成花鍵138，從而形成與在輸出軸140的外表面 上的花鍵接合的傳動連接。最后，對集成的環(huán)形齒輪_駐車制動鼓130進行熱處理。根據(jù)專利法律的規(guī)定，已描述了優(yōu)選實施例。然而，應注意，可以實施與具體示出 和描述的實施例不同的替代實施例。
權利要求一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，其特征在于，包括環(huán)形齒輪部分；與環(huán)形齒輪部分整體形成的駐車制動鼓部分；與駐車制動鼓部分整體形成的盤部分；及與盤部分整體形成的套節(jié)部分。
2.如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述環(huán)形齒輪部分包括螺旋內(nèi)輪齒。
3.如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述套節(jié)部分包括沿軸線軸向延伸并位于 套節(jié)部分面向所述軸線的內(nèi)表面上的花鍵齒。
4.如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述駐車制動鼓部分包括在駐車制動鼓部 分的軸向端部沿軸線延伸的多個駐車制動齒。
5.如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述駐車制動鼓部分包括從外表面徑向延 伸的多個駐車制動齒。
6.如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述套節(jié)部分包括沿軸線軸向延伸并位于 套節(jié)部分背向所述軸線的外表面上的花鍵齒。
7.一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，所述齒輪組是行星齒輪組，其特征在 于，所述部件包括駐車制動鼓部分，所述駐車制動鼓部分包括沿軸線延伸的表面及圍繞所述軸線互相隔 開并位于所述表面上的多個駐車制動齒；與駐車制動鼓部分整體形成并朝向所述軸線延伸的盤部分；及與盤部分整體形成的套節(jié)部分，所述套節(jié)部分包括沿所述軸線延伸的中空圓筒及在所 述中空圓筒上形成的花鍵齒。
8.如權利要求7所述的部件，其特征在于，所述花鍵齒沿軸線軸向延伸并位于套節(jié)部 分面向所述軸線的內(nèi)表面上。
9.如權利要求7所述的部件，其特征在于，所述多個駐車制動齒位于駐車制動鼓部分 的軸向端部。
10.如權利要求7所述的部件，其特征在于，所述多個駐車制動齒從駐車制動鼓部分的 外表面徑向延伸。
11.如權利要求7所述的部件，其特征在于，所述花鍵齒沿所述軸線軸向延伸并位于套 節(jié)部分背向所述軸線的外表面上。
12.如權利要求7所述的部件，其特征在于，所述部件還包括環(huán)形齒輪齒部分，所述環(huán) 形齒輪齒部分具有成角度和沿軸線延伸的齒輪齒的內(nèi)表面。
專利摘要本實用新型提供一種用于在齒輪組和軸之間傳遞扭矩的部件，該部件包括環(huán)形齒輪部分；與環(huán)形齒輪部分整體形成的駐車制動鼓部分；與駐車制動鼓部分整體形成的盤部分；及與盤部分整體形成的套節(jié)部分。通過本實用新型，在自動變速器中傳遞扭矩的部件成本降低且不需要機械連接、焊接或粘合連接，裝配復雜性降低，且重量減輕。
文檔編號B60K17/08GK201604520SQ200920178900
公開日2010年10月13日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權日2008年10月3日
發(fā)明者約瑟夫·斯祖巴, 羅德·G·懷特貝克 申請人:福特汽車公司