CN102401108A - 齿轮装置及轴部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种齿轮装置及轴部件的制造方法，该齿轮装置成本低、能够确保轴部件的外径大于齿轮部的齿根圆、并且具备无需以另一种方法确保该轴部件的定位面的轴部件。本发明的齿轮装置(30)，具有：具备小锥齿轮部(齿轮部)(36A)及轴部(36B)的轴部件(36)；和嵌合于该轴部件(36)的轴承(嵌合部件)(34)，其中轴部件(36)的小锥齿轮部(36A)通过塑性加工而形成，在小锥齿轮部(36A)的轴向轴部(36B)侧形成比小锥齿轮部(36A)的齿顶圆直径(d5)更向径向外侧突出的凸缘部(36C)，通过该凸缘部(36C)与轴承(34)抵接来限制该轴承(34)的轴向的移动。

Description

齿轮装置及轴部件的制造方法
技术领域
本申请主张基于2010年9月14日申请的日本专利申请第2010-206142号的优先权。其申请的全部内容通过参照援用于本说明书中。
本发明涉及一种齿轮装置及轴部件的制造方法。
背景技术
例如，在专利文献1中公开有具备如图6所示的轴部件的齿轮装置。
在该齿轮装置10中，将前级的轮架体12的旋转通过轴部件16传递至后级的正交减速机构18，并从输出轴20取出减速旋转。轴部件16具备有小锥齿轮部(齿轮部)16A及连接于该小锥齿轮部16A而一体形成的轴部16B。轮架体12及轴部件16通过一对第1、第2圆锥滚子轴承24、26以能够承受轴向推力的结构来旋转自如地获得支承。
轮架体12侧的第1圆锥滚子轴承24具有较大的内径D1，但是轴部件16侧的第2圆锥滚子轴承26的内径D2相当小。这是因为，轴部件16的小锥齿轮部16A通过切削形成，所以为了确保该切削时的“工具的退避”的空间，就不能将轴部件16的轴部16B的外径d2(d2＝D2)设为大于小锥齿轮部16A的齿根圆直径d1的直径。
另外，在该以往的例子中，利用轴部件16的轴部16B的外径d2小于齿根圆直径d1的这一点，将小锥齿轮部16A的端部16A1作为与第2圆锥滚子轴承26的定位面而利用。
专利文献1：日本特开2001-323970号公报(图2)
如该以往的例子，例如当一对圆锥滚子轴承24、26中轮架体12侧的第1圆锥滚子轴承24的内径D1为较大的直径时，为了提高支承的平衡或稳定性，有必要将轴部件16侧的第2圆锥滚子轴承26的内径D2也相应地变大。
但是，基于上述理由，要将轴部件16的轴部16B的外径d2(d2-D2)设为接近内径D1的大小，则需要将小锥齿轮部16A的大小增加到必要的大小以上，或者在将退避工具的空间(即，直径小于小锥齿轮部16A的齿根圆直径d1的轴部)额外地设置在轴向上，并在该基础上，使直径较大的轴部连续。
不言而喻，如果将小锥齿轮部的大小增加到必要的大小以上，则该增大部分会造成重量增大及成本增大。另外，如果为了确保退避工具的空间而将轴部件的轴长增加到必要的长度以上，则该加长部分就会造成齿轮装置整体的轴向长度的增大。进而，将相当于该退避量的部分形成轴径较细的部分这一手法，由于该轴径较细的部分最终会成为凹部，所以无法像现有例子中所实现的那样“将齿轮部的端部作为与轴承的定位面而利用”，因此，导致重新产生为了轴承的定位而必须另外准备任意的定位构件之类的问题。
发明内容
本发明是为了解决这种设计上的问题点而完成的，其课题在于提供一种不用增大轴部件的轴长就能够提高轴部外径设计的自由度、且无需另外的定位构件等就能够限定轴承等嵌合部件的位置的齿轮装置，及成为该齿轮装置的核心的轴部件的制造方法。
本发明通过如下方式解决上述课题，一种齿轮装置，具有：具备齿轮部及连接于该齿轮部而被一体形成的轴部的轴部件；和嵌合于该轴部件的所述轴部的嵌合部件，其中，所述轴部件中至少所述齿轮部通过塑性加工而形成，在该齿轮部的轴向轴部侧的端部形成比所述齿轮部的齿顶圆更向径向外侧突出的凸缘部，并且所述嵌合部件为由该凸缘部限制其轴向的移动的结构。
若通过锻造或轧制等塑性加工而形成齿轮部，则能够形成具有不受齿轮部的大小限制的较大直径的轴部的轴部件。另外，此时，还能在齿轮部的轴向轴部侧的端部企图形成比所述齿轮部的齿顶圆更向径向外侧突出的凸缘部。尤其是在通过基于锻造的塑性变形而形成齿轮部时，在通常的制造工序中大多额外地形成凸缘状的突出部，但是在本发明的情况下，将该凸缘状的突出部作为外径大于齿顶圆直径的“凸缘部”积极地形成并活用，作为用于限制轴承等嵌合部件的移动的“定位面”利用。
在该观点中，本发明还能够是如下方面的发明，即在通过塑性加工而形成齿轮部时，能够毫无障碍地形成外径大于齿轮部的齿顶圆直径的凸缘部。
在同样的观点中，本发明的轴部件的制造方法还可以是如下的轴部件的制造方法，该轴部件具有一体地形成有齿轮部的轴部，其特征在于，包括：准备所述轴部件的材料的工序；及通过锻造使该轴部件的材料塑性变形而形成所述齿轮部的齿形，并且形成其外径大于该齿轮部的齿顶圆的凸缘部、和外径小于该凸缘部的外径且连接于该凸缘部的所述轴部的工序。
另外，本发明还可以是如下的轴部件的制造方法，该轴部件具有一体地形成有齿轮部的轴部，其特征在于，包括：准备所述轴部件的材料的工序，该轴部件在本身轴向的中间部具备直径较大的大直径部；及通过轧制使该轴部件的材料塑性变形而在所述大直径部的轴向一侧形成所述齿轮部的齿形，并且将所述大直径部作为大于所述齿轮部的齿顶圆的凸缘部保留，并将大直径部的凸缘部相反一侧作为外径小于该凸缘部的外径且连接于该凸缘部的所述轴部保留的工序。
发明效果
根据本发明能够获得一种无需增大轴部件的轴长就能够提高轴部外径设计的自由度、且无需另外的定位构件等就能够限定轴承等嵌合部件的位置的齿轮装置，或者能够获得成为其核心的轴部件的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的一例的齿轮装置的部分截面图。
图2是表示本发明的其他实施方式的一例的齿轮装置的部分截面图。
图3是表示本发明的另一其他实施方式的一例的齿轮装置的部分截面图。
图4是以锻造或轧制制造本发明所涉及的齿轮装置的轴部件时的示意图。
图5是相当于图3的实施方式的以往例的齿轮装置的部分截面图。
图6是相当于图1的实施方式的以往例的齿轮装置的部分截面图。
图中：30-齿轮装置，36-轴部件，36A-小锥齿轮部(齿轮部)，36B-轴部，36C-凸缘部，36C1-定位面，34-第2圆锥滚子轴承，34A-内圈，50、52-一对锻造模具。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的例子。
图1为本发明的实施方式的一例所涉及的齿轮装置的部分截面图。
另外，为了容易理解，方便起见在与图6所示的以往的齿轮装置相同的部件上附加相同的标记。
在该齿轮装置30中还将前级的轮架体12的旋转通过轴部件36传递至后级的正交减速机构18，并从输出轴20取出减速旋转。
轴部件36具备有小锥齿轮部(齿轮部)36A及连接于该小锥齿轮部36A而一体形成的圆柱状的轴部36B。轴部36B由齿轮部侧的第1轴部36B1和轮架体侧的第2轴部36B2构成。
齿轮装置30中，将被压入未图示的简单行星齿轮机构的行星销32的轮架体12的旋转传递至固定于该轮架体12的轴部件36。轮架体12具备被压入所述行星销32的法兰部12A和筒状部12B，该筒状部12B上组装有(作为一对圆锥滚子轴承的一方的)第1圆锥滚子轴承24。第1圆锥滚子轴承24的内径为D1。
轮架体12和轴部件36通过花键40沿圆周向连结，并且通过螺栓14完成轴向的固定。若进一步详细说明轴向的固定，则在轴部件36的后述的凸缘部36C与轮架体12的端面12C之间被夹入有(作为一对圆锥滚子轴承的另一方的)第2圆锥滚子轴承34的内圈34A及垫片37。若在该状态下贯穿(接触于轮架体12的)底座42并在轴部件36的端面旋入螺栓14，则轴部件36被靠到轮架体12侧，从而形成轴向的固定。螺栓14能够通过调整旋入量将第2圆锥滚子轴承34的预压调整并维持为最佳值。
因此，在该实施方式中，第2圆锥滚子轴承34的内圈34A相当于“嵌合于轴部件36，并且通过凸缘部36C限制其轴向的移动的嵌合部件”。
如在图4(A)中示意地表示，轴部件36通过使轴材料54根据“锻造(本实施方式中为冷锻)，塑性变形来形成，通过所述锻造，用一对锻造模具50、52以冲击性较强的压力来夹紧作为轴部件36的材料的轴材料54。另外，也有变更锻造模具的种类的同时，多阶段地进行整形的情况。
在该锻造的过程中，在小锥齿轮部36A的轴向轴部36B侧的端部同时形成比该小锥齿轮部36A的齿顶圆(齿顶圆直径d5)更向径向外侧突出的(外周形状为)圆形的凸缘部36C。相对于齿顶圆直径d5，凸缘部36C的外径为d7，“齿顶圆直径d5＜外径d7”。
另外，轴部36B的第1轴部36B1的外径为d8，小于凸缘部36C的外径d7(d7＞d8)。即，在凸缘部36C的轴部36B侧形成大小相当于该直径差(d7-d8)的定位面(阶梯部)36C1。另外，该第1轴部36B1的外径d8大于齿顶圆直径d5(当然，大于齿根圆直径d6)。另外，轴部36B的齿轮部相反侧的第2轴部36B2的外径为(粗细与以往相同的)d10。
返回图1，该轴部件36的轴部36B的第1轴部36B1的外径d8对应于第2圆锥滚子轴承34的内径D3，但是该内径D3的大小与轮架体12的筒状部12B的外径d9(d9＝D1)相比没有太大变化(D3≈D1)。
小锥齿轮部36A与锥齿轮44啮合。锥齿轮44通过键45与输出轴20连结。另外，输出轴20通过一对圆锥滚子轴承46、47旋转自如地支承于外壳48。
接着，对该实施方式所涉及的齿轮装置30的作用进行说明。
若未图示的简单行星齿轮机构的旋转通过行星销32被传递至轮架体12，则轴部件36通过花键40以与该轮架体12相同的转速旋转。若轴部件36旋转，则其前端的小锥齿轮部36A就会旋转，与该小锥齿轮部36A啮合的锥齿轮44就会旋转。锥齿轮44的旋转通过键45作为输出轴20的旋转被取出。
在此，本实施方式所涉及的小锥齿轮部(齿轮部)36A的齿形(锥齿)因为是将轴材料54通过锻造而塑性变形来形成，所以能够在形成齿形的同时，轻松地形成具有大于该齿形的齿顶圆直径d5的外径d7的凸缘部36C，并且还能够将轴部36B的第1轴部36B1的外径d8维持为小于该凸缘部36C的外径d7的值。
因此，能够在该凸缘部36C的轴向轴部侧产生大小相当于直径差(d7-d8)的定位面(阶梯部)36C1，并通过使第2圆锥滚子轴承34的内圈(嵌合部件)34A抵接于该定位面36C1，能够进行第2圆锥滚子轴承34的内圈34A的轴向的移动限制。即，在该实施方式中，利用该定位作用，如前述那样在该凸缘部36C与轮架体12的端面12C之间通过紧固螺栓14夹入第2圆锥滚子轴承34的内圈34A和垫片37，与垫片37一同进行内圈34A的(相对于外壳48的)轴向的定位(移动限制)。
另外，由于能够加大第1轴部36B1的外径d8(不仅大于齿根圆直径d6，而且还大于齿顶圆直径d5)，所以使第2圆锥滚子轴承34的内径D3非常大。其结果，在任意的正反旋转方向上都能通过该第1、第2圆锥滚子轴承24、34良好地承受齿轮的啮合反作用力。
此外，由于小锥齿轮部(齿轮部)36A通过锻造而形成，因此可以获得通过连续构造提高机械性能及耐久性的效果。另外，具备其外径d7大于齿形的齿顶圆直径d5的凸缘部36C及第1轴部36B1的同时，因为是锻造而无需确保用于退避工具的空间，所以轴部件36的轴向的长度与以往(图6的例子)相比并未特别增大。
接着，参照图2对本发明的另一实施方式的一例进行说明。
在该实施方式中，也通过基于锻造的塑性加工而形成轴部件60。轴部件60具备有小锥齿轮部(齿轮部)60A及连接于该小锥齿轮部60A而一体形成的轴部60B。另外，在小锥齿轮部60A的轴向轴部侧形成其外径d11比小锥齿轮部60A的齿顶圆(齿顶圆直径d5)更向径向外侧突出的凸缘部60C。轴部60B在齿轮部侧的第1轴部60B1与轮架体侧的第2轴部60B2之间具有突部60B3。
在该实施方式中，第1轴部60B1的外径越远离凸缘部60C就越变小，呈d12→d13这种形状的倾斜面。该倾斜的第1轴部60B1构成第2圆锥滚子轴承62的(内圈侧的)滚动面。因此，与前面的实施方式相比，轴部件60的凸缘部60C向轴向稍厚地形成。这是因为，能够通过该凸缘部60C可靠地阻止第2圆锥滚子轴承62的圆锥滚子62B的推力。在该倾斜的第1轴部60B1的凸缘部相反侧的端部(直径d13)形成所述突部60B3(外径d14)(d14＞d13)，进行圆锥滚子62B的凸缘部相反一侧的位置限定。另外，轴部60B的轮架体12侧的第2轴部60B2与前面的实施方式的第2轴部36B2相比大小相同(直径d10)。
在该实施方式中，第2圆锥滚子轴承62的圆锥滚子62B在轴部60B的第1轴部60B1的外周滚动。该圆锥滚子62B通过抵接于凸缘部60C的定位面(阶梯部)60C1来限制轴向的(向图2的左侧的)移动。即，在该实施方式中，第2圆锥滚子轴承62的圆锥滚子62B相当于本发明的嵌合部件。第2圆锥滚子轴承62的圆锥滚子62B通过被夹在凸缘部60C与突部60B3之间来进行其轴向的定位。另外，第2圆锥滚子轴承62的外圈62C通过抵接于外壳48的阶梯部48A来组装，以能够承受向轴向凸缘部相反侧的推力。
在实施方式中还能够通过第1圆锥滚子轴承和第2圆锥滚子轴承62良好地承受齿轮的啮合反作用力，并且，与所述实施方式相比能够进一步降低组件件数。
关于其他结构，因为与前面的实施方式相同，所以在图2中仅在与前面的实施方式实际上相同的部分附加相同标记，省略重复说明。
在图3示出本发明的另一其他实施方式的一例。
该实施方式所涉及的齿轮装置90相当于以往将图5所示的结构的齿轮装置70的输入部71运用到本发明中、从而成为图3所示的结构的事例。
首先，若从图5的以往结构进行简单说明，则对于该减速装置70的输入部而言，将与未图示的马达轴连结的连接轴(或者也可以是马达轴其本身)72设为空心(空心)。轴部件74压入连结于该连接轴72的空心部72A。轴部件74具备有螺旋小齿轮部(齿轮部)74A及连接于该螺旋小齿轮部74A而一体形成的轴部74B。由于(以往的)螺旋小齿轮部74A通过切削形成，因此为了确保退避工具的空间，轴部74B的外径d20基本上与螺旋小齿轮部74A的齿根圆直径d21相同。因此，在与想通过与螺旋状齿轮75啮合来实现减速比的关系上，需要减少螺旋小齿轮部74A的齿数(即，减小齿根圆直径d21)时，实际上也不得不随之减小轴部74B的外径d20。
另外，图5的标记77为兼作马达罩的齿轮装置70的前端罩，79为轴承，81为润滑剂的甩掉板，83为垫片，85为油封。
相对于此，在相当于图3所示的本发明的实施方式的齿轮装置90的输入部91中，轴部件94的螺旋小齿轮部94A通过基于轧制的塑性加工而形成。在该基于轧制的塑性加工中，例如如图4(B)所示，首先，准备在其轴向的中间部具备成为凸缘部94C的大直径部96C(直径d24)的材料作为轴材料96。其次，一边旋转该轴材料96，一边使轧制模具97、98从成为螺旋小齿轮部94A的一端部96A的半径方向外侧，以较强的压力推碰到轴材料96的外周上。
此时，轴材料96的大直径部96C直接作为外径d24大于螺旋小齿轮部94A的齿顶圆直径d23的凸缘部94C保留，并且，外径d26小于该凸缘部94C的外径d24的小直径部96B直接作为轴部94B连接于该凸缘部94C而保留。由此，能够通过塑性加工轧制形成具备螺旋小齿轮部(齿轮部)94A及连接于该螺旋小齿轮部94A而一体形成的轴部94B的轴部件94。
根据该实施方式，即使在由于减速比的关系导致螺旋小齿轮部94A的齿根圆直径d21变小的情况下，也能够形成具备大于该齿根圆直径d21甚至大于齿顶圆直径d23的凸缘部94C的轴部件94。
返回图3，在该实施方式中，嵌合于本发明所涉及的轴部件94的嵌合部件为空心的连接轴(或者空心的马达轴其本身)99。由于在轴部件94的凸缘部94C上存在定位面(阶梯部)94C1，所以能够通过该定位面94C1限制作为嵌合部件的连接轴99的轴向的移动。另外，具有外径d24大于螺旋小齿轮部94A的齿顶圆直径d23的凸缘部94C的同时，预先利用具有成为凸缘部(94C)的大直径部96C的轴材料96，通过基于轧制的塑性变形来形成螺旋小齿轮部(齿轮部)94A，所以无需设置用于确保退避工具的不必要的轴部。因此，在与以往相同的轴向长度的范围内，能够形成大于螺旋小齿轮部94A的齿顶圆直径d23的凸缘部94C。
关于其他结构，由于与图5中说明的结构相同，所以图3中在与图5相同或者具有相同作用的部件上附加相同的标记，由此省略重复说明。
另外，在上述实施方式中，例示出具有小锥齿轮部或螺旋小齿轮部等产生推力的齿轮部的轴部件，但是，本发明所涉及的齿轮部并不限定于这些齿轮部，例如除了准双曲面小齿轮部或蜗杆小齿轮部等产生推力的其他齿轮部以外，也可以是正小齿轮部等不产生推力的齿轮部。
齿轮部的形成只要通过塑性加工进行，则可以是锻造也可以是轧制。另外，可以是热加工也可以是冷加工。另外，锻造或轧制的具体施工方法也并不限定于上述的施工方法。即，可以考虑齿轮部的齿形或者所需的凸缘部的大小等来采用适当的施工方法。另外，如上述图3的例子中所示，只要至少齿轮部通过塑性加工而形成，则轴部件的其他部分的形成也未必一定通过塑性加工进行。凸缘部的外周形状也未必一定是圆形。
在上述实施方式中，例示出作为正交齿轮机构的输入轴利用的(具有齿轮部的)轴部件或者构成齿轮装置的输入部的轴部件，但是本发明所涉及的轴部件可以应用在除此以外的齿轮装置内的各种部位中。
嵌合部件也并不仅限于上述例子，例如只要是嵌合于齿轮、垫片等轴部且用凸缘部限制移动的部件，则可以是任何一种部件。

Claims (7)

1.一种齿轮装置，具有：轴部件，具备齿轮部及连接于该齿轮部而一体形成的轴部；及嵌合部件，嵌合于该轴部件的所述轴部，其特征在于，
所述轴部件中至少所述齿轮部通过塑性加工而形成，
在该齿轮部的轴向轴部侧的端部形成比所述齿轮部的齿顶圆更向径向外侧突出的凸缘部，并且，
所述嵌合部件为由该凸缘部限制其轴向的移动的结构。
2.如权利要求1所述的齿轮装置，其特征在于，
所述凸缘部的外周为圆形。
3.如权利要求1或2所述的齿轮装置，其特征在于，
所述轴部的外径大于所述齿轮部的齿根圆直径。
4.如权利要求3所述的齿轮装置，其特征在于，
所述轴部的外径大于所述齿轮部的齿顶圆直径。
5.一种齿轮装置，其特征在于，
所述齿轮部为在所述嵌合部件的方向上产生推力的齿轮。
6.一种轴部件的制造方法，该轴部件具有一体形成有齿轮部的轴部，其特征在于，包括：
准备所述轴部件的材料的工序；及
通过锻造使该轴部件的材料塑性变形而形成所述齿轮部的齿形，并且形成外径大于该齿轮部的齿顶圆的凸缘部和外径小于该凸缘部的外径且连接于该凸缘部的所述轴部的工序。
7.一种轴部件的制造方法，该轴部件具有一体形成有齿轮部的轴部，其特征在于，包括：
准备所述轴部件的材料的工序，所述轴部件在本身轴向的中间部具备直径较大的大直径部；及
通过轧制使该轴部件的材料塑性变形，而在所述大直径部的轴向一侧形成所述齿轮部的齿形，并且将所述大直径部作为大于所述齿轮部的齿顶圆的凸缘部保留，将大直径部的凸缘部相反侧作为外径小于该凸缘部的外径且连接于该凸缘部的所述轴部保留的工序。
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