[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。本发明涉及本申请意图保护的方法、设备和用途。

背景技术

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。

从其它技术领域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。