具有内啮合齿和外啮合齿的薄壁齿圈及其制造设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产具有内啮合齿和外啮合齿的环齿轮的方法，内啮合齿是用于驱动小齿轮的啮合齿。在该方法中，工件(1)通过冲压工具(2)来加工。工件(1)具有带纵轴线(Z)的管状部分(3)和用于在加工期间稳定管状部分(3)的形状的第一稳定部分(4)。管状部分(3)被插入具有内模具啮合齿(5z)的模具(5)中。然后通过冲压工具(2)在内侧加工工件(1)以同时产生内啮合齿和外啮合齿，其中工件以随时间变化的转速执行旋转运动，并且冲压工具(2)执行与所述旋转运动同步的径向振动运动。在该过程中，冲压工具(2)通过反复地将管状部分(3)锤击到模具啮合齿(5z)中以使管状部分(3)成形为在产生内啮合齿的同时产生外啮合齿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有内啮合齿和外啮合齿的薄壁齿圈及其制造设备和方法
本专利技术涉及在齿圈中制造齿轮啮合齿的领域，确切说涉及相应的内啮合齿。齿轮啮合齿以及尤其是渐开线形啮合齿被用在齿轮传动机构、尤其是行星齿轮传动机构中，例如被用在汽车自动变速箱中的那些行星齿轮传动机构中，还被用在车辆构造和机械工程的其它领域。本专利技术涉及根据独立权利要求前序部分的方法、设备和用途。
技术介绍
目前，内齿轮啮合齿都是通过切削方法、尤其是拉削来产生。拉削还被用于产生齿轮毂轮廓如根据DIN5480、DIN5482等的内啮合齿。如果要拉削制造带有齿轮啮合齿的呈罐状的工件，则必须首先在与罐壁对应的部分制出齿轮啮合齿且该部分随后例如通过激光焊或电子束焊被连接至罐底部。当要在呈罐状的工件中切削产生齿轮啮合齿，则采用插削，但相比于拉削，其经济效益降低。对于承受较小机械载荷的零件，烧结制造内部带齿的齿圈是一个可选项，其还允许呈罐状的齿圈整体形成(因此形成一体件)，而不必执行用于罐底和罐壁的后续连接步骤。一种用于制造内齿轮啮合齿的基于冷成型的替代方法由WO2013/159241A1公开了。在此描述了可如何通过用冲压工具从内侧径向锤击加工厚壁工件而在工件中产生内齿轮啮合齿。表面上看，现有技术仅公开了厚壁齿圈。如果将齿圈例如用在行星齿轮传动机构中，则由此可获得高的齿圈形状稳定性。但这也会导致齿圈相对重。在外侧，这样的齿圈在其带有内齿的区域通常保留其作为无齿坯料所具备的形状，因此从给定的相应圆柱管形坯料起制造圆柱形带齿齿圈，具有内啮合齿的齿圈大多在外侧具有圆柱形周面。其直径比内啮合齿齿根直径大两倍的内啮合齿剩余壁厚。这样的厚壁齿圈剩余壁厚至少是内啮合齿齿深的0.25倍或一般是至少0.5倍。尽管对于轻质结构组件的普遍需求已经存在几十年，但尤其是在车辆制造中，将带有齿轮齿的齿圈设计成轻质结构件的想法似乎并并未引起注意或至少似乎还没有实现。当然，如果选择很小的剩余壁厚，例如在前述剩余壁厚在0.25-0.5倍齿深范围内的情况下，则齿圈重量将减轻。但由于制造适用性且还由于使用时所需要的形状稳定性，对剩余壁厚设定了下限。从其它
尤其是花键啮合齿的制造领域知道了其它冷成型制造方法。可以冷成型制造例如插合啮合齿(也称为花键齿)，做法是将具有异型外轮廓的芯轴插入空心圆柱形工件，接着如此产生对应于芯轴轮廓的工件内轮廓，即，工件从外侧借助以行星形式被驱动的且周期性作用于工件的非异型轮廓化的工具通过冲击碾被加工。这样的方法例如从DE3715393C2、CH670970A5、CH675840A5、CH685542A5和EP0688617B1中已知。但是，冷成型制造内齿轮啮合齿是很难实现的，因为齿轮啮合齿至少相比于插合啮合齿具有大得多的齿高，通常还对齿形有更高的精度要求。WO2007/009267描述了一种用于在薄壁圆柱形空心件中制造内轮廓和外轮廓的方法。薄壁空心件放置在具有外轮廓的芯轴上并通过至少一个异型轮廓工具被冷成型加工，异型轮廓工具从外侧冲击作用于空心件。在此，异型轮廓工具垂直于表面、即径向地移动，空心件相对于异型轮廓工具以恒定的径向进给深度轴向移位。由芯轴限定的轮廓通过该方法被转移到薄壁空心件的内啮合齿，而通过异型轮廓工具限定的形状可被转移到薄壁空心件的外啮合齿。该方法很适合制造插合啮合齿，但完全不适合形成内齿轮啮合齿，因为它只能用在薄壁金属板件中，由此，既无法获得适合于齿轮啮合齿的制造精度，也无法获得足够的使用承载能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种替代方法，借此可制造内齿轮啮合齿。此外，提出一种对应的齿圈和一种用于制造对应齿圈的设备。因此，提供一种设备的用途和一种行星齿轮传动机构以及一种制造行星齿轮传动机构的方法和一种齿圈组件。本专利技术的目的尤其是提供不具有现有技术方法和设备缺点的方法和设备。专利技术人已经认识到，有关轻质结构的努力还涉及齿圈，齿圈设有内啮合齿，这是齿轮啮合齿。此外，他还研发出一种经济地但精度仍高地制造这种齿圈的可能性。还从本专利技术构想中得到了无法用现有技术已知的齿圈来实施或只能相当费力且因此可能无法经济地实施或制造的新组件和用途。本专利技术的一个方面是，齿圈不仅包括作为齿轮啮合齿的内啮合齿、还包括外啮合齿。由此，一方面不仅可提供适合齿圈的计划应用的剩余壁厚(实际上在内啮合齿的齿根测得)，而另一方面也可在内啮合齿齿尖区域拟定如下齿圈材料厚度，其显著小于齿圈在外侧描绘(无齿)圆柱形周面时的材料厚度。因此在那里，即在内啮合齿齿尖区域中，该齿圈具有相比于从现有技术中知道的带有内齿轮啮合齿且外侧旋转对称的无异型轮廓的齿圈显著减小的材料厚度。尽管如此，仍可获得足以用于计划应用的形状稳定性。此外，可利用外啮合齿以便以此将另一主体旋转固定地连接至齿圈。包括内啮合齿(作为齿轮啮合齿)和外啮合齿的齿圈可以通过前述的已知的烧结方法来制造。在这种情况下，齿圈可以具有较小质量。但是，这些可能不适于齿圈承受更大机械载荷的应用。此外，可以假设切削制造带有内齿和外齿的齿圈是不太经济的，因为不仅需要切削产生内齿轮啮合齿、还需要产生外啮合齿，这首先表明制造工作量加倍。从WO2013/159241A1中已知的冷成型方法也没有给出进一步研发以获得本专利技术的启示。主要涉及制造方法和制造设备的本专利技术的另一方面在于，在制造过程中其需要稳定工件以获得齿轮啮合齿所需的足够高的精度。如果用本文描述的方法以锤击、冷成型方式作用工件，则这会导致不期望的变形，例如偏离圆柱对称性，转而会导致齿轮啮合齿的侧面形状没有以足够精确的方式形成。因此，可以提供抵制这样问题的至少一个稳定部分。主要涉及制造方法和用于制造的设备的本专利技术的又一方面在于使用了包括内模具啮合齿的模具，使得要成型成齿圈的工件成型成使得同时出现作为内啮合齿的齿轮啮合齿和作为外啮合齿的其它啮合齿。通过冲压工具从内侧锤击加工工件，产生了内啮合齿的齿隙，冲压工具接合齿隙并且同时在那里产生外啮合齿的齿(因此在相同的周边位置)，尤其是通过冲压工具将工件的材料推动到模具啮合齿的齿隙中。相反，通过模具啮合齿的相邻的齿尖防止材料径向向外流动，使得可以在那里形成外啮合齿的齿根。冲压工具可包括校准区，用于对内啮合齿的齿尖进行良好的限定，所述校准区同时限制材料径向向内流动，使得邻近内啮合齿的齿隙形成的齿尖没有径向内突太远。内啮合齿的齿的周边位置和外啮合齿的齿隙的周边位置相等。同样，内啮合齿的齿隙的周边位置和外啮合齿的齿的周边位置相同。通常，内啮合齿(设计为齿轮啮合齿)具有比外啮合齿更大的齿深。啮合齿的齿深限定为啮合齿的尖端直径和根部直径之差的一半。因此，它也作为啮合齿的齿顶高和齿根高的总和得出。本专利技术的目的是提供一种新型齿圈。本专利技术的另一目的是提供尤其轻型的齿圈。本专利技术的另一目的是能够制造或提供具有高质量内齿轮啮合齿的齿圈。本专利技术的另一目的是提供一种用于具有内齿轮啮合齿的非常经济的制造方式并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造齿圈的方法，所述齿圈包括内啮合齿和外啮合齿，其中所述内啮合齿是齿轮啮合齿，其中工件通过至少一个冲压工具被加工，所述工件包括具有纵轴线的管状部分以及连接至所述管状部分的、用于在通过至少一个冲压工具的加工期间保持所述管状部分形状稳定的至少一个第一稳定部分，其中提供模具，所述模具为了容纳所述管状部分包括管状开口，在该管状开口中形成内凹模啮合齿，并且所述管状部分被插入所述管状开口，所述工件随后通过所述至少一个冲压工具被加工以在插入所述管状开口的管状部分的内侧上同时产生所述内啮合齿和外啮合齿，做法是所述工件以随时间变化的转速绕所述纵轴线进行旋转运动并且所述至少一个冲压工具进行与所述旋转运动同步的径向振动运动，从而所述至少一个冲压工具通过反复锤击加工所述管状部分来成形所述管状部分到所述模具啮合齿中以在形成所述内啮合齿的同时形成所述外啮合齿，其中术语径向表示垂直于所述纵轴线的取向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 CH 00193/181.一种制造齿圈的方法，所述齿圈包括内啮合齿和外啮合齿，其中所述内啮合齿是齿轮啮合齿，其中工件通过至少一个冲压工具被加工，所述工件包括具有纵轴线的管状部分以及连接至所述管状部分的、用于在通过至少一个冲压工具的加工期间保持所述管状部分形状稳定的至少一个第一稳定部分，其中提供模具，所述模具为了容纳所述管状部分包括管状开口，在该管状开口中形成内凹模啮合齿，并且所述管状部分被插入所述管状开口，所述工件随后通过所述至少一个冲压工具被加工以在插入所述管状开口的管状部分的内侧上同时产生所述内啮合齿和外啮合齿，做法是所述工件以随时间变化的转速绕所述纵轴线进行旋转运动并且所述至少一个冲压工具进行与所述旋转运动同步的径向振动运动，从而所述至少一个冲压工具通过反复锤击加工所述管状部分来成形所述管状部分到所述模具啮合齿中以在形成所述内啮合齿的同时形成所述外啮合齿，其中术语径向表示垂直于所述纵轴线的取向。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述管状部分插入所述管状开口之前，在所述管状部分中的工件材料厚度小于所述内啮合齿的齿深的2倍、尤其是小于1.5倍。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个冲压工具包括作用区，所述作用区包括工具头和邻接所述工具头的两个工具面，尤其是其中所述作用区的形状是所述内啮合齿的齿隙形状的负形。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述工具面被成形为使所述内啮合齿具有纵向凸度。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述至少一个冲压工具包括两个校准区，所述校准区分别邻接所述两个工具面之一并且其形状是所述内啮合齿的齿尖局部形状的负形。


6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中所述第一稳定部分形成所述齿圈的无齿凸缘，所述凸缘与所述管状部分形成一体件并指向所述纵轴线或远离所述纵轴线。


7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，
-所述第一稳定部分距所述纵轴线的最大距离比所述管状部分距所述纵轴线的最大距离大至少0.25倍的内啮合齿齿深，尤其是其中所述第一稳定部分的外径比所述管状部分的外径大至少0.5倍的内啮合齿齿深；
-所述第一稳定部分距所述纵轴线的最小距离比所述管状部分距所述纵轴线的最小距离小0.25倍的内啮合齿齿深，尤其是其中所述第一稳定部分的内径比所述管状部分的内径小0.5倍的内啮合齿齿深。


8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中所述第一稳定部分形成所述齿圈的相对于所述管状部分成角度的环绕端面，尤其是其中所述第一稳定部分呈圆环形或旋转对称的截圆锥壳形。


9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其中所述工件包括第二稳定部分，并且两个稳定部分中的至少一个指向所述纵轴线，并且尤其是其中所述第二稳定部分距所述纵轴线的最小距离小于所述内啮合齿的齿尖距所述纵轴线的最小距离。


10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其中所述内啮合齿被设计为加大齿顶高的齿，其齿深大于所述内啮合齿的标准模数的2倍，尤其是其齿深至少是所述内啮合齿的标准模数的2.4倍。


11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其中所述外啮合齿的齿深小于所述模具啮合齿的齿深且小于所述内啮合齿的齿深。


12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其中所述内啮合齿是直啮合齿或者斜啮合齿或者人字形啮合齿。


13.一种制造行星齿轮传动机构的方法，包括通过权利要求1至12之一所述的方法制造齿圈，还包括提供至少一个外部带齿的齿轮并将所述齿轮插入所述齿圈中。


14.一种制造齿圈的设备，所述齿圈包括内啮合齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·鲁赫，
申请(专利权)人：恩斯特格罗布股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH