CN104295700A - 一种高强度的拼合式传动齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的高强度的拼合式传动齿轮，包括金属外部和一个采用工程塑料制成的塑料内部，金属外部具有一金属轮齿部，金属轮齿部包括若干金属轮齿其金属外部还包括与塑料内部结合的金属接合部和用以连接金属接合部与金属轮齿部的金属连接部；塑料内部还包括一金属接合部接合的塑料接合部、塑料轮毂部和用以连接塑料接合部和塑料轮毂部的塑料轮辐部；塑料接合部采用完全包覆金属接合部的方式与金属接合部形成有效连接；塑料接合部的上下外缘向金属轮齿部方向延伸并至少部分遮盖金属连接部的上下表面形成上、下遮盖部；金属外部采用铁基粉末冶金材料经过压制、烧结以及精加工而成。本发明具有强度高、重量轻的优点。

Description

一种高强度的拼合式传动齿轮
技术领域
本发明涉及齿轮技术领域，特别涉及一种高强度的拼合式传动齿轮。
背景技术
齿轮是机械传动中的常用零件，目前，齿轮一般采用金属切削例如插齿的方法制造而成，对于一些轻载的齿轮也有采用冷冲压的方法制造方法，无论采用金属切削或冲压的方法所制造出的齿轮，这些齿轮都是整体的金属的结构形式，这种结构的齿轮，虽然具有承受载荷较大的优点，但是，这种整体金属结构的齿轮，则存在金属原材料浪费较严重，成本较高的缺陷。另外目前有些传动机构中采用塑料齿轮，但是由于驱动元件在塑料齿轮上的啮合会引起磨损，所以塑料齿轮不像所期望的那样耐用。而且塑料齿轮产品的成型时的缩水大，尺寸不稳定，产品的一致性低。
为此，业界推出了采用金属材料和塑料材料一起制成的齿轮，例如中国专利ZL99815474.1公开的拼合式齿轮，其包括一个金属外部和一个塑料内部，金属外部包括若干适于一个驱动元件啮合的轮齿。
再例如中国专利ZL201220139800.8公开的双层齿轮，包括塑料齿轮、塑料轴套和金属齿轮，塑料轴套和金属齿轮，塑料齿轮通过模具在金属齿轮外侧注塑而成，塑料轴套通过模具在金属齿轮的内孔表面注塑而成。
还例如中国专利ZL201110375964.0公开的轻载齿轮的结构及其制造方法，其齿圈的内圆面以及轮毂的外圆面设有相匹配的凸凹台，轮辐为聚酰胺PC、聚酰胺PA、聚甲醛POM等工程塑料材质，轮毂通过模具压制填充于轮毂与齿圈之间的空间内，待冷却后，轮辐与轮毂因齿圈形成统一的整体齿轮。
但是上述采用金属材料和塑料材料一起制成的齿轮均存在如下问题：1、塑料与金属之间啮合面容易形成可以用肉眼观察到的缝隙，给使用者造成不良的感觉；2、现有技术中的金属材料的耐磨性不够且无自润滑功能，且重量较重，不适合一些特殊的场合使用
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度的拼合式传动齿轮，该高强度的拼合式传动齿轮用肉眼观察塑料与金属之间啮合面之间的缝隙且金属齿轮的齿面具有足够高的强度。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种高强度的拼合式传动齿轮，包括金属外部和一个采用工程塑料制成的塑料内部，所述金属外部具有一金属轮齿部，所述金属轮齿部包括若干金属轮齿，其特征在于，所述金属外部还包括与所述塑料内部结合的金属接合部和用以连接所述金属接合部与所述金属轮齿部的金属连接部；所述金属接合部与金属连接部成周状分布；所述塑料内部还包括一所述金属接合部接合的塑料接合部、塑料轮毂部和用以连接所述塑料接合部和塑料轮毂部的塑料轮辐部；所述塑料接合部采用完全包覆所述金属接合部的方式与所述金属接合部形成有效连接；所述塑料接合部的上下外缘向所述金属轮齿部方向延伸并至少部分遮盖所述金属连接部的上下表面形成上、下遮盖部；所述金属外部采用铁基粉末冶金材料经过压制、烧结以及精加工而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述塑料接合部采用完全包覆所述金属接合部的方式与所述金属接合部形成有效连接是指：在所述金属接合部上周向均布有若干小直径通孔，所述塑料接合部中具有贯穿所述小直径通孔的塑料嵌入部，以增加所述塑料接合部与所述金属接合部之间的连接强度。
在本发明的一个优选实施例中，所述金属连接部的上下表面被所述上、下遮盖部遮盖的部位采用打毛处理。
在本发明的一个优选实施例中，在所述塑料轮辐部上沿周向设置有若干大直径通孔，所述大直径通孔所在的圆周与所述小直径通孔所在的圆周同心且所述相邻两个大直径通孔的圆心角为所述相邻两个小直径通孔的圆心角的两倍。采用该一技术手段一方面可以减少工程塑料的用料，另一方面抵消塑料嵌入部收缩过程中所产生的应力。
在本发明的一个优选实施例中，所述大直径通孔的内径为所述小直径通孔的内径两倍。
在本发明的一个优选实施例中，所述高强度的拼合式传动齿轮在注塑成型后进行热处理，所述热处理的步骤是：将所述高强度的拼合式传动齿轮放入烘箱内，然后加热从20℃加热到103℃，费时20分钟，在102℃保温410分钟，保温结束后，由103℃降温至40℃，费时160分钟，最后由40℃降温至20℃出烘箱，费时1410分钟。采用该热处理步骤一方面能够有效改善铁基粉末冶金材料制成的金属外部中的晶粒细化度，提高了金属外部的金属轮齿部的强度和硬度。另一方便能够消除注塑后塑料部与金属部之前的应力，同时也减小了塑料的收缩。
由于采用了如上的技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、金属外部采用铁基粉末冶金材料压制成型，并在与塑料注塑成型后加以热处理，提高了硬度和强度。
2、塑料内部为塑料材质注塑成型，加工过程简单，质量稳定，成本低，产品的可靠性高。并在与金属外部注塑成型后加以热处理，消除了其应力且同时降低了其收缩率。
3、在所述金属接合部上周向均布有若干小直径通孔，所述塑料接合部中具有贯穿所述小直径通孔的塑料嵌入部，增加了所述塑料接合部与所述金属接合部之间的连接强度。同时也减少了塑料件的收缩。
附图说明
图1为本发明的高强度的拼合式传动齿轮结构示意图。
图2为本发明的高强度的拼合式传动齿轮剖视图示意图。
图3为本发明的高强度的拼合式传动齿轮热处理温度与时间的关系示意图。
图4为本发明的高强度的拼合式传动齿轮热处理前的金属外部内的结晶形态示意图。
图5为本发明的高强度的拼合式传动齿轮热处理后的金属外部内的结晶形态示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，图中给出的一种高强度的拼合式传动齿轮，包括金属外部100和一个采用工程塑料例如聚酰胺PC、聚酰胺PA、聚甲醛POM等制成的塑料内部200，金属外部100采用铁基粉末冶金材料经过压制、烧结以及精加工而成。所谓铁基粉末冶金是指用烧结(也包括粉末锻造)方法，制造以铁为主要成分的粉末冶金材料和制品(铁基机械零件、减磨材料、摩擦材料，以及其他铁基粉末冶金材料)的工艺总称。
该金属外部100具有一金属轮齿部110、与塑料内部200结合的金属接合部120和用以连接金属接合部120与金属轮齿部110的金属连接部130，金属轮齿部110、金属连接部130、金属接合部120均成同心圆周分布且金属轮齿部110的厚度、金属连接部130的厚度、金属接合部120的厚度依次减小。
塑料内部200的中心具有一轴套210，轴套210内为花键孔211。该塑料内部200还包括一金属接合部120接合的塑料接合部220、用以承接轴套210的塑料轮毂部230和用以连接塑料接合部220和塑料轮毂部230的塑料轮辐部240，塑料轮辐部240的厚度小于塑料接合部220和塑料轮毂部230的厚度。塑料接合部220、塑料轮毂部230、塑料轮辐部240也呈周状分布。
将金属外部100放入注塑模内，注塑成型塑料内部200后，塑料接合部220采用完全包覆金属接合部120的方式与金属接合部120形成有效连接，具体是在金属接合部120上周向均布有若干小直径通孔121，注塑过程中，塑料注入并贯通这些小直径通孔121，在塑料接合部220中形成贯穿这些小直径通孔121的塑料嵌入部221，以增加塑料接合部220与金属接合部120之间的连接强度。
另外在注塑过程，塑料从塑料接合部220的上下外缘向金属轮齿部110方向延伸并至少部分遮盖金属连接部130的上、下表面131、132形成上、下遮盖部222、223，上、下遮盖部222、223的作用是使肉眼看不到塑料内部200与金属外部100因为塑料的收缩所产生的缝隙。为了提高金属连接部130的上、下表面131、132与上、下遮盖部222、223之间的结合强度，金属连接部130的上下表面131、132被上、下遮盖部222、223遮盖的部位采用打毛处理。
在塑料轮辐部240上沿周向设置有若干大直径通孔241，大直径通孔241所在的圆周与小直径通孔121所在的圆周同心且相邻两个大直径通孔241的圆心角为相邻两个小直径通孔121的圆心角的两倍。大直径通孔241的内径为小直径通孔121的内径两倍。采用该一技术手段一方面可以减少工程塑料的用料，另一方面抵消塑料嵌入部收缩过程中所产生的应力。
另外为了提高金属外部100尤其是金属轮齿部110的强度和硬度，本发明的高强度的拼合式传动齿轮在注塑成型后进行热处理，参见图3，热处理的步骤是：将所述高强度的拼合式传动齿轮放入烘箱内，然后加热从20℃加热到103℃，费时20分钟，在102℃保温410分钟，保温结束后，由103℃降温至40℃，费时160分钟，最后由40℃降温至20℃出烘箱，费时1410分钟。采用该热处理步骤一方面能够有效改善铁基粉末冶金材料制成的金属外部100中的晶粒细化度(参见图4和图5)，提高了金属外部100的金属轮齿部110的强度和硬度。另一方便能够消除注塑后塑料内部200与金属外部100之前的应力，同时也减小了塑料的收缩。

Claims (6)

1.一种高强度的拼合式传动齿轮，包括金属外部和一个采用工程塑料制成的塑料内部，所述金属外部具有一金属轮齿部，所述金属轮齿部包括若干金属轮齿，其特征在于，所述金属外部还包括与所述塑料内部结合的金属接合部和用以连接所述金属接合部与所述金属轮齿部的金属连接部；所述金属接合部与金属连接部成周状分布；所述塑料内部还包括一所述金属接合部接合的塑料接合部、塑料轮毂部和用以连接所述塑料接合部和塑料轮毂部的塑料轮辐部；所述塑料接合部采用完全包覆所述金属接合部的方式与所述金属接合部形成有效连接；所述塑料接合部的上下外缘向所述金属轮齿部方向延伸并至少部分遮盖所述金属连接部的上下表面形成上、下遮盖部；所述金属外部采用铁基粉末冶金材料经过压制、烧结以及精加工而成。
2.如权利要求1所述的高强度的拼合式传动齿轮，其特征在于，所述塑料接合部采用完全包覆所述金属接合部的方式与所述金属接合部形成有效连接是指：在所述金属接合部上周向均布有若干小直径通孔，所述塑料接合部中具有贯穿所述小直径通孔的塑料嵌入部。
3.如权利要求1所述的高强度的拼合式传动齿轮，其特征在于，所述金属连接部的上下表面被所述上、下遮盖部遮盖的部位采用打毛处理。
4.如权利要求2所述的高强度的拼合式传动齿轮，其特征在于，在所述塑料轮辐部上沿周向设置有若干大直径通孔，所述大直径通孔所在的圆周与所述小直径通孔所在的圆周同心且所述相邻两个大直径通孔的圆心角为所述相邻两个小直径通孔的圆心角的两倍。
5.如权利要求1所述的高强度的拼合式传动齿轮，其特征在于，所述大直径通孔的内径为所述小直径通孔的内径两倍。
6.如权利要求1至5任一项权利要求所述的高强度的拼合式传动齿轮，其特征在于，所述高强度的拼合式传动齿轮在注塑成型后进行热处理，所述热处理的步骤是：将所述高强度的拼合式传动齿轮放入烘箱内，然后加热从20℃加热到103℃，费时20分钟，在102℃保温410分钟，保温结束后，由103℃降温至40℃，费时160分钟，最后由40℃降温至20℃出烘箱，费时1410分钟。
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