專利名稱：純成形的齒輪件和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可自動變速的汽車傳動裝置的純成形的(net formed)輸入太陽齒輪件及其制造方法。
發(fā)明的背景通常通過利用嚙合的齒輪齒，將扭矩從一個回轉(zhuǎn)軸傳遞至另一個的齒輪件是眾所周知的。技術(shù)上已知多個互相連接的齒輪件作為一個齒輪組。通常行星齒輪組包括一個太陽齒輪件，多個行星或小齒輪，由一個支承件支承的齒輪件和一個內(nèi)齒圓環(huán)件。
通常，可自動變速的汽車傳動裝置包括至少一個行星齒輪組。在該行星齒輪組內(nèi)，通常該太陽齒輪件與驅(qū)動或輸入軸連接并由該軸轉(zhuǎn)動。該太陽齒輪件的外圓周或表面包括多個在其上形成的齒輪齒。每一個太陽齒輪齒包括配合表面，它們與多個小齒輪件的相應(yīng)的齒輪齒上的相應(yīng)的配合表面嚙合。該小齒輪件的齒輪齒也與該內(nèi)齒輪圓環(huán)件的內(nèi)表面上的齒輪齒嚙合。
在該行星齒輪組在傳動裝置內(nèi)工作的過程中，該太陽齒輪件與該小齒輪件嚙合，并傳遞大的扭矩。結(jié)果，該太陽齒輪件的齒輪齒暴露在周期性或循環(huán)的重負載條件下。在太陽齒輪件一轉(zhuǎn)過程中，加在每一個太陽齒輪齒上的負載次數(shù)與在該行星齒輪組中的小齒輪件的數(shù)目成比例。這種重復(fù)的加載可使該太陽齒輪件的齒輪齒的配合表面疲勞和磨損。
在使用行星齒輪組的一個通常的傳動裝置中，該太陽齒輪件不是剛性地安裝在驅(qū)動軸上，而是通過與該驅(qū)動軸上的一個相應(yīng)的或互補的外花鍵組嚙合的一組內(nèi)花鍵連接的。該花鍵允許該太陽齒輪件在傳遞扭矩的同時，在徑向“浮動”，即作小的運動。這些徑向運動幫助在該小齒輪件之間均勻地重新分配扭矩，從而增加該齒輪組的總的扭矩容量。因為這種浮動連接，該太陽和小齒輪件除了傳遞的扭矩負載外，還偶然經(jīng)受動態(tài)負載。在制造齒輪件中使用的通常加工可以包括滾齒、切削、剃齒、拋光、磨削、研磨，接著是諸如滲碳一類的熱化學(xué)處理。
發(fā)明的說明提供了一種純成形的齒輪件，它具有齒輪體，該齒輪體帶有基本上為圓柱形的外表面，其上成形多個徑向向外伸出的齒輪齒。內(nèi)表面基本上與該基本上為圓柱形的外表面同軸配置。該內(nèi)表面至少是在該齒輪體的一部分上延伸。在該內(nèi)表面的至少一部分上形成多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵。該多個徑向向外伸出的齒輪齒中的至少一個和該多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵中的至少一個是冷擠壓的。
該齒輪件還可包括在該基本上為圓柱形的外表面的至少一部分上形成的多個徑向向外伸出的花鍵。該多個徑向向外伸出的花鍵可以在軸向與該多個徑向向外伸出的齒輪齒相鄰配置。該徑向向外伸出的齒可以為螺旋形形狀，并且該齒輪體可以由鋼制成，使得該齒輪件可在可自動變速的汽車傳動裝置內(nèi)足以用作為一個輸入太陽齒輪。該齒輪體可以形成至少一個孔，用于在該內(nèi)表面和該基本上為圓柱形的外表面之間連通流體。在一個優(yōu)選實施例中，該齒輪件經(jīng)過熱處理。
還提供了制造齒輪件的方法。該方法包括通過反向擠壓一個基本上為圓柱形的金屬棒形成一個基本上為管狀的毛坯。該基本上為管狀的毛坯具有內(nèi)表面和外表面。接著，通過冷擠壓在該外表面的至少一部分上形成多個徑向向外伸出的齒輪齒，以形成齒輪件。
該方法還可包括在形成多個徑向向外伸出的齒輪齒之前，對該基本上為管狀的毛坯進行退火，以減小在該基本上為管狀的毛坯內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。另外，通過冷擠壓在該內(nèi)表面的至少一部分上形成多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵。該方法還可包括在形成該基本上為管狀的毛坯之前，用潤滑劑涂敷該基本上為圓柱形的金屬棒。同樣，在形成多個徑向向外伸出的齒輪齒之前，可用潤滑劑涂敷該基本上為管狀的毛坯。最后，可以熱處理齒輪件，以提高其硬度。
本發(fā)明的上述特點和優(yōu)點與其他特點和優(yōu)點，從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細說明中容易了解。
附圖簡要說明

圖1為按照本發(fā)明的可自動變速的汽車傳動裝置的純成形的輸入太陽齒輪件的透視圖；圖2a為用于形成圖1所示的純成形的輸入太陽齒輪件的金屬棒的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2b為利用反向或向后擠壓過程，由圖2a所示金屬棒形成的齒輪毛坯的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2c為在除去在向后擠壓過程中形成的輻板后的圖2b的齒輪毛坯的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2d為從圖2c的毛坯形成多個徑向向外伸出的齒輪齒和多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵后，圖1的純成形的輸入太陽齒輪件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2e為在形成輪廓后，圖2d的純成形的輸入太陽齒輪件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2f為在形成多個徑向向外伸出的花鍵和多個開口或孔后，圖2e的純成形的輸入太陽齒輪件的橫截面?zhèn)纫晥D。
優(yōu)選實施例說明附圖中相同的代號表示相同的零件。圖1表示齒輪件10。齒輪件10包括具有基本上為圓柱形的有臺階的外表面14和基本上為圓柱形的有臺階的內(nèi)表面16的齒輪件12。在優(yōu)選實施例中，該齒輪件10用作可自動變速的汽車傳動裝置的輸入太陽齒輪件。然而，應(yīng)當了解，在不改變本發(fā)明的概念的條件下，本發(fā)明的齒輪件10可以在各種應(yīng)用場合內(nèi)使用。
多個基本上徑向伸出的齒輪齒18從外表面14向外伸出。該齒輪齒18可與另一個齒輪件-例如行星齒輪組內(nèi)的小齒輪齒輪件嚙合，以傳遞回轉(zhuǎn)扭矩。該齒輪齒18最好為螺旋形形狀，然而，技術(shù)經(jīng)驗豐富的人知道，在保持在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的同時，可以使用其他形狀的齒輪齒-例如正齒輪齒。本發(fā)明的齒輪齒18的特征為，它是“純成形的”，即為了形成和完成齒輪齒18，齒輪齒18需要少量或不需要機械加工-例如滾齒、切削、珩磨等。下面參照圖2d更詳細地說明形成齒輪齒18的方法。
如圖2d～2f所示，多個基本上徑向伸出的花鍵20在與齒輪齒18相反的齒輪體的末端，從內(nèi)表面16基本上向內(nèi)伸出?；ㄦI在內(nèi)表面16的至少一部分上軸向延伸，該花鍵20可容納具有互補的花鍵部分的沒有示出的輸入軸。本發(fā)明的花鍵20的特征為它是純凈地形成的。下面，參照圖2d更詳細地說明形成花鍵20的方法。
在與齒輪齒18相反的齒輪體12的末端，多個基本上為徑向伸出的花鍵22從外表面14基本上向外伸出?；ㄦI22在外表面14的至少一部分上沿軸向延伸。另外，齒輪體12形成多個開口或孔24，可以在齒輪體12的外表面14和內(nèi)表面16之間，使流體連通，從而形成花鍵20和22之間的潤滑措施。
本發(fā)明還提供了制造上述齒輪件10的方法。圖2a～2f說明該優(yōu)選方法的各個步驟，其中，根據(jù)本發(fā)明的改變的部分在圖2b～2f中用陰影線畫出。圖2a表示一個金屬棒26，它從與齒輪件10所希望的冶金性質(zhì)-例如AISI4620一致的鋼合金制成的退火鋼棒料上切下的。最好加工金屬棒26，使金屬棒26的重量和尺寸保持在可接受的公差范圍內(nèi)。為了在圖2b所示的形成過程中，使金屬平穩(wěn)滾動，金屬棒26用潤滑劑-例如磷酸鹽涂層涂敷。將金屬棒26放置在成形壓力機上，并進行反向或向后擠壓，形成圖2b所示的齒輪毛坯28。技術(shù)經(jīng)驗豐富的人知道，在向后擠壓過程中，將金屬棒26放置在一個模型內(nèi)，接著銷子將大量的軸向力作用在該金屬棒26上，使該金屬棒26內(nèi)的金屬圍繞著該銷子和在該模型上流動，形成齒輪毛坯28。這種向后擠壓過程在齒輪毛坯28內(nèi)產(chǎn)生緊湊的晶粒流動，從而增加材料強度。一般該齒輪毛坯28為管子形狀，具有由一個輻板部分30封閉的一個末端?；氐綀D2c可看出，將齒輪毛坯28放置在壓力機上，刺穿或因其他方法拆去該輻板部分30，以形成齒輪毛坯28A。然后，使該齒輪毛坯28A退火，釋放在圖2b的向后擠壓過程中形成的殘余內(nèi)應(yīng)力，并使齒輪毛坯28A準備好進行另外的冷加工過程。另外，為了使在圖2d的成形過程中金屬平穩(wěn)流動，可用潤滑劑-例如磷酸鹽涂敷齒輪毛坯28A。
圖2d表示利用冷擠壓由齒輪毛坯28A形成的齒輪件10。在這個成形過程中，在齒輪體12的外表面上形成齒輪齒18，同時在齒輪件12的內(nèi)表面16上形成花鍵20。冷擠壓過程形成帶有純成形的特性的齒輪齒18和花鍵20，使得為了使齒輪齒18和花鍵20具有精加工的齒輪廓和表面光潔度，且需要小量或不需要精加工-例如珩磨、拋光、磨削或研磨。另外，由于冷擠壓過程的機械冷加工，在齒輪齒18和花鍵20的根部附近的緊湊的晶粒流動可增加齒輪齒18和花鍵20的強度。
如圖2e所示，齒輪體12的外表面14可作成所希望的輪廓或形狀?？梢允褂眉夹g(shù)上已知的任何方法-例如磨削、車削等作成齒輪體12的輪廓。另外，將齒輪體12的末端21作成方形，達到齒輪體12的最終長度。如圖2f所示，在作成輪廓后，在齒輪體12的外表面14上形成花鍵22。在該優(yōu)選實施例中，花鍵22是利用拉削形成的。然而，技術(shù)經(jīng)驗豐富的人知道，在保留在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的條件下，可有形成花鍵22的其他方法。另外，如圖2f所示，利用現(xiàn)有或其他技術(shù)上已知的孔形成方法，在齒輪體12內(nèi)形成孔24。在該優(yōu)選實施例中，然后，使用碳氮化物處理，對齒輪件10進行熱處理，形成表面深度為0.30～0.43mm和核心硬度為32～44Rc。
通過利用純成形過程-例如冷擠壓，形成齒輪齒18和花鍵20，由于在形成齒輪齒18和花鍵20的金屬內(nèi)，晶粒流動改善，齒輪件10的扭矩承載能力可以提高。另外，可以消除由切削和精加工工序引起的殘余切削刀具痕跡或表面粗糙度，從而減小在齒輪齒18和花鍵20內(nèi)的應(yīng)力升高。
雖然詳細地說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但熟悉本發(fā)明所涉及技術(shù)的人知道，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以有各種另外的實現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種純成形的齒輪件，包括一個齒輪體，具有帶有在其上成形多個徑向向外伸出的齒輪齒的大致圓柱形的外表面；一個內(nèi)表面，大致與所述的大致為圓柱形的外表面共軸線設(shè)置，并且所述內(nèi)表面在所述齒輪體的至少一部分上延伸；和在所述內(nèi)表面的至少一部分上成形的多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵；其中，所述多個徑向向外伸出的齒輪齒的至少一個和所述多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵的至少一個被冷擠壓，從而減小為生產(chǎn)該成形的齒輪件所需的加工步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪件，其特征為，還包括沿軸向鄰近所述多個徑向向外伸出的齒輪齒的所述大致為圓柱形的外表面的至少一部分上，成形多個徑向向外伸出的花鍵。
3.如權(quán)利要求1所述的齒輪件，其特征為，所述向外伸出的齒為螺旋形狀，所述齒輪體由鋼制成并足以用作自動變速汽車傳動裝置的輸入太陽齒輪。
4.如權(quán)利要求1所述的齒輪件，其特征為，所述齒輪體限定至少一個在所述內(nèi)表面和所述大致為圓柱形的外表面之間可使流體連通的孔。
5.如權(quán)利要求1所述的齒輪件，其特征為，所述齒輪體經(jīng)過熱處理，使得所述齒輪體具有表面深度，而所述齒輪體的核心硬度為32～44Rc。
6.如權(quán)利要求2所述的齒輪件，其特征為，所述多個徑向向外伸出的花鍵是拉削的。
7.一種形成齒輪件的方法，包括利用反向擠壓一個大體為圓柱形的金屬棒形成一個大體為管子形的毛坯，其中所述大致為管子形的毛坯有一個內(nèi)表面和一個外表面；和利用冷擠壓在所述外表面的至少一個部分上形成多個徑向向外伸出的齒輪齒，以形成齒輪件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括在形成所述多個徑向向外伸的齒輪齒之前，使所述大致為管子形的毛坯退火。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括利用冷擠壓，在所述內(nèi)表面的至少一部分上形成多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括在形成所述的大致為管子形狀的毛坯之前，用潤滑劑涂敷所述大致為圓柱形的金屬棒。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括在形成所述的多個徑向向外伸出的齒輪齒之前，用潤滑劑涂敷所述的大致為管狀的毛坯。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括在所述外表面的至少一部分上形成多個徑向向外伸出的花鍵。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為還包括形成至少一個孔，可使所述內(nèi)表面和所述外表面之間流體連通。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為，還包括在形成所述多個徑向向外伸出的花鍵之前，形成所述外表面的輪廓。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，還包括熱處理該齒輪件的至少一部分。
16.一種形成可自動變速的汽車傳動裝置的輸入太陽齒輪件的方法，該方法包括利用反向擠壓一個大致為圓柱形的金屬棒，形成一個大致為管狀的毛坯，其中，所述大致為管狀的毛坯具有內(nèi)表面和外表面；將所述大致為管狀的毛坯退火；利用冷擠壓，在所述內(nèi)表面的至少一部分上形成多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵；和利用冷擠壓，在所述外表面的至少一部分上形成多個徑向向外伸出的齒輪齒，以形成該輸入太陽齒輪件。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為，還包括在形成所述大致為管狀的毛坯之前，利用以磷酸鹽為基礎(chǔ)的涂層涂敷所述大致為圓柱形的金屬棒。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為，還包括在形成所述多個徑向向外伸出的齒輪齒之前，利用以磷酸鹽為基礎(chǔ)的涂層涂敷所述大致為管狀的毛坯。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為，還包括通過拉削，在所述外表面的至少一部分上形成多個徑向向外伸出的花鍵。
20.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征為，還包括熱處理該輸入太陽齒輪件的至少一部分。
全文摘要
提供了一種可自動變速的汽車傳動裝置的齒輪件。該齒輪件具有一個齒輪體，該齒輪體帶有形成多個徑向向外伸出的齒輪齒的基本上為圓柱形的外表面。內(nèi)表面基本上與該基本上為圓柱形的外表面同軸設(shè)置，并在該齒輪體的至少一部分上延伸。另外，在該內(nèi)表面的至少一部分上形成多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵。該多個徑向向外伸出的齒輪齒件和該多個徑向向內(nèi)伸出的花鍵的至少一個為冷擠壓。還提供了形成該齒輪件的方法。該方法包括利用反向擠壓一個基本上為圓柱形的金屬棒形成一個基本上為管子形的毛坯。接著，利用冷擠壓，在該基本上為管狀的毛坯的至少一部分上形成多個齒輪齒，以形成該齒輪件。
文檔編號B21C23/01GK101025225SQ20071008417
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者Y·S·金, F·K·希達 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司