CN107166011A - 锥齿轮组及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种锥齿轮组及其制造方法。锥齿轮组可以包括第一锥齿轮和第二锥齿轮。第一锥齿轮和第二锥齿轮可以是螺线锥齿轮或准双曲面螺线锥齿轮。第一锥齿轮和第二锥齿轮可以各自具有齿轮齿表面，齿轮齿表面上面形成多个齿，使得第一锥齿轮的齿和第二锥齿轮的齿配置成以啮合接合。这些齿经由端面铣削工艺加工至相应的齿轮齿表面之上。每个齿包括齿顶、多个啮合表面和至少一个倒角。可以在紧接着继齿的加工后经由涂刷工艺在设置于齿顶与相应的啮合表面之间的邻接边缘处形成倒角。

Description

锥齿轮组及其制造方法

技术领域

本公开涉及锥齿轮，诸如在车辆、设备等中使用的那些锥齿轮，及其制造和形成方法。

背景技术

锥齿轮在车辆、设备和其它类似应用中利用。在已知的锥齿轮中，具有螺旋锥齿轮、螺线锥齿轮、准双曲面锥齿轮等。螺线锥齿轮和准双曲面锥齿轮相似地通常是通过(例如)凭借切割、铣削、滚铣或成形(例如，凭借锻造)产生齿廓而制造。锥齿轮齿廓通常大部分是通过使用CNC齿轮切割机、特殊切割器和复杂的编程策略而产生。

发明内容

提供了一种锥齿轮组及其制造方法。锥齿轮组可以包括第一锥齿轮和第二锥齿轮。第一锥齿轮和第二锥齿轮中的每一者均可以是螺线锥齿轮。第一锥齿轮和第二锥齿轮中的每一者均可以进一步为准双曲面螺线锥齿轮。

第一锥齿轮可以设置在第一锥齿轮轴线上。第一锥齿轮可以具有上面形成多个齿的第一齿轮齿表面。第一多个齿中的每个齿均从第一锥齿轮轴线向外且径向延伸。

第二锥齿轮可以设置在第二锥齿轮轴线上。第二锥齿轮可以具有上面形成多个齿的第二齿轮齿表面。第二多个齿中的每个齿均从第二锥齿轮轴线向外且径向延伸。

第一多个齿配置成与第二多个齿接合，使得在接合时，第一多个齿和第二多个齿以啮合式接合。

第一多个齿和第二多个齿中的每个齿均包括齿顶、多个啮合表面和倒角。齿顶可以具有一定长度。多个啮合表面可以包括第一啮合表面和第二啮合表面，使得相应的齿的第一啮合表面和第二啮合表面中的每个啮合表面均在邻接边缘处邻接齿顶。每个啮合表面均可以进一步包括齿面和齿侧面，使得齿面在邻接边缘处邻接齿顶。

该倒角可以形成在邻接边缘处并且沿着齿顶长度延伸。该倒角可以调整尺寸使得该倒角具有基本上等于齿顶长度的第一倒角尺寸以及第二倒角尺寸。

锥齿轮组的相应锥齿轮可以经由本文所公开的制造方法形成，该制造方法包括以下步骤：提供环形齿轮坯件；经由端面铣削工艺将多个径向且向外延伸的齿轮齿加工至锥齿轮的齿轮齿表面中；在每个齿上形成至少一个倒角，使得每个倒角经由自动涂刷工艺设置在形成于相应的啮合表面与齿顶之间的邻接边缘上；对锥齿轮施用热处理工艺；将锥齿轮精加工；以及对锥齿轮施用喷丸处理工艺。

上述特征和优点以及本教导的其它特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于实行如随附权利要求书中限定、结合附图取得的本教导的其它实施例将容易地显而易见。

附图说明

图1是示例性螺线锥齿轮组的示意透视图。

图2是示例性准双曲面螺线锥齿轮组的示意平面图。

图3是示例性齿轮齿的示意横截面视图。

图4是示例性锥齿轮组上的选定多个齿的示意透视图，其中齿是呈示例性啮合。

图5A是经形成每个相应的齿面与相应的齿顶之间具有倒角的示例性齿轮齿的示意横截面视图。

图5B是经形成每个相应的齿面与相应的齿顶之间具有倒角的示例性齿轮齿的示意透视图。

图6是示例性锥齿轮组上的选定多个齿的示意透视图，其中形成每个相应的齿面与相应的齿顶之间具有倒角的选定多个齿。

图7是示例性锥齿轮组上的选定多个齿的示意正视图，其中齿是呈示例性啮合，且其中选定多个齿形成有介于每个相应的齿面与相应的齿顶之间的倒角。

图8是详述形成示例性锥齿轮的工艺的流程图。

具体实施方式

虽然可关于具体应用或行业描述本公开，但是本领域技术人员将认识到本公开的更广泛实用性。本领域一般技术人员将认识到，诸如“上面”、“下面”、“向上”、“向下”等术语是描述性地用于图式，并且并不表示对如由所附权利要求书限定的本公开的范围的限制。诸如“第一”或“第二”的任何数字标记仅是说明性的，且决不旨在限制本公开的范围。

一个图中所示的特征可以与任何图中所示的特征组合、为该特征取代或由该特征修饰。除非另有说明，否则没有特征、元件或限制与任何其它特征、元件或限制互斥。另外，没有特征、元件或限制是操作所绝对需要的。图中所示的任何具体配置仅是说明性的且所示的具体配置并不限制权利要求书或说明书。

参考附图，其中所有几个视图中的相同附图标记是指相同部件，提供了锥齿轮组10及其制造方法100。

锥齿轮组10可以包括第一锥齿轮12和第二锥齿轮14。第一锥齿轮12可以设置在第一锥齿轮轴线29上。第一锥齿轮12可以具有上面形成多个齿20的第一齿轮齿表面16。第一多个齿20中的每个齿均从第一锥齿轮轴线29向外且径向延伸。第二锥齿轮14可以设置在第二锥齿轮轴线30上。第二锥齿轮14可以具有上面形成第二多个齿22的第二齿轮齿表面18。第二多个齿22中的每个齿均从第二锥齿轮轴线30向外且径向延伸。第一多个齿20配置成与第二多个齿22接合，使得在接合时，第一多个齿20和第二多个齿22以啮合46接合。

第一锥齿轮12和第二锥齿轮14中的每个锥齿轮均可以是螺线锥齿轮(图1)。螺线锥齿轮通常具有带有齿轮齿表面16、18的大体上环形齿轮主体，该齿轮齿表面包括多个径向向外延伸的或螺旋齿轮齿20、22。第一锥齿轮12和第二锥齿轮14中的每个锥齿轮的齿轮齿20、22的形式可以是例如直线型、螺线型和准双曲面型中的一种。

第一锥齿轮12和第二锥齿轮14中的每个锥齿轮在形成为螺线锥齿轮(图1)时可以取决于应用而形成为右手螺线锥齿轮或左手螺线锥齿轮。在左手螺线锥齿轮中，齿的外半部以逆时针方向从穿过齿的中点的轴向平面倾斜(图1)。在右手螺线锥齿轮中，齿的外半部以顺时针方向从穿过齿的中点的轴向平面倾斜(图2)。

另外，当形成为螺线锥齿轮组10时，如图1中所示，第一锥齿轮轴线29和第二锥齿轮轴线30配置成相交。此配置的示例性应用是在车辆差速器中，其中驱动轴中的驱动方向必须转动成基本上正交来驱动车轮。

第一锥齿轮12和第二锥齿轮14中的每个锥齿轮均可以形成为准双曲面螺线锥齿轮，如图2中的一个示例性形式中所示。虽然准双曲面齿轮在它们的一般形式方面类似于螺线锥齿轮，但是准双曲面齿轮由于具有弯曲且倾斜的螺线齿而不同，其中该齿的螺距面是回转双曲面。准双曲面齿轮作用于非相交轴线上。因而，当形成为准双曲面螺线锥齿轮12、14时，如图2中所示，第一锥齿轮轴线29和第二锥齿轮轴线30不相交。用于此配置的示例性应用是在大型卡车、运动型多用途车辆等中的车辆差速器，因为准双曲面螺线锥齿轮组能够传输高于严格螺线锥齿轮组的转矩。第一锥齿轮轴线29和第二锥齿轮轴线30的偏离越大，在第一锥齿轮12与第二锥齿轮14之间传输的转矩就越高。

第一锥齿轮12与第二锥齿轮14中的每个锥齿轮可以经由端面铣削工艺和端面滚铣工艺中的一种形成。在示例性实施例中，第一锥齿轮12与第二锥齿轮14中的每个锥齿轮是经由端面铣削工艺使用多叶片端面铣削切割器等形成。因而，在一个实例中，选择齿轮坯件或工件且相对于旋转切割器转动该齿轮坯或工件以制造一个齿间凹槽，且接着随后将切割器撤回，且将齿轮坯件或工件转位至用于切割下一个齿的适当位置中。在另一个实例中，切割机以预定相对速度旋转切割器和齿轮配件，且不转位。

参考图1至7，第一多个齿20和第二多个齿22中的每个齿可以包括齿顶26、多个啮合表面24和至少一个倒角40。

齿顶26可以定位在第一锥齿轮轴线29和第二锥齿轮轴线30的远端，并且可以进一步组成齿轮齿表面16、18的最外部分。齿顶26可以进一步具有长度50。

第一多个啮合表面24可以包括第一啮合表面24a(图3和5)和第二啮合表面24b(图3和5)，使得相应的齿20、22的第一啮合表面24a和第二啮合表面24b中的每个啮合表面均在邻接边缘28处邻接齿顶26。每个啮合表面24可以进一步包括齿面32和齿侧面34，使得齿面32在邻接边缘28处邻接齿顶26。

每个齿20、22可以具有至少一个倒角40。如图5至7中所示，每个齿20、22可以具有两个倒角40。该至少一个倒角40可以形成在邻接边缘28处并且沿着齿顶长度50延伸。倒角40可以经由在邻接边缘28处移除相应的齿20、22的倒角区域42(图5A和图5B)而形成。倒角区域42限定为归因于在相应的齿20、22上形成倒角40移除的齿20、22的区域。倒角区域42可以具有四个尺寸：第一倒角区域尺寸D1(图5B)、第二倒角区域尺寸D2(图5B)和第三倒角区域尺寸D3(图5A、5B和6)以及第四倒角区域尺寸D4，其对应于齿轮齿(图5B和6)的面宽。第一倒角区域尺寸D1可以从约0.10毫米至约0.40毫米。更具体地，第一倒角区域尺寸D1可以是约0.25毫米。第二倒角区域尺寸D2可以从约0.3毫米至约0.7毫米。更具体地，第二倒角区域尺寸D2可以约为0.5毫米。

该至少一个倒角40可以经由各种工艺形成在相应的齿20、22上，这些工艺包括(但不限于)自动涂刷工艺、加工工艺和手动或手工工艺中的一种。在一个示例性实施例中，通过沿着齿顶26的长度50施用自动涂刷至齿20、22的邻接边缘28形成该至少一个倒角40。涂刷可以是金属涂刷。替代地，涂刷可以是具有磨耗部件的非金属涂刷，诸如具有浸渍有磨料(诸如氧化铝或碳化硅)的尼龙刷毛的涂刷。在另一个示例性实施例中，可以经由加工工艺形成该至少一个倒角40。例如，可以经由计算机化数控(CNC)机器形成该至少一个倒角40，使得计算机化数控(CNC)机器利用一组预记录指令将相应的倒角40切割为相应的邻接边缘28处的相应的齿20、22。

本文还提供且图8中的流程图中详述形成具有齿轮齿表面16、18的锥齿轮12、14(锥齿轮组10的第一锥齿轮12和第二锥齿轮14)的方法100。该方法通常包括以下步骤：提供环形齿轮坯件；将多个径向且向外延伸的齿轮齿20、22加工至锥齿轮12、14的齿轮齿表面16、18中；在形成于相应的啮合表面24与齿顶26之间的邻接边缘28处的每个齿上形成该至少一个倒角40；对锥齿轮12、14进行热处理；对锥齿轮进行喷丸处理；以及将锥齿轮12、14精加工。

首先，在步骤101处，提供环形齿轮坯件或工件。在步骤102处，经由端面铣削工艺将多个径向且向外延伸的齿轮齿20、22加工至锥齿轮12、14的齿轮齿表面16、18中。即，环形齿轮坯件或工件通过多叶片端面铣削切割器等而作用。因而，在一个实例中，相对于旋转切割器定位环形齿轮坯件或工件。接着切割器切割成坯件以制造一个齿间凹槽。接着随后将切割机撤回，且将坯件或工件转位至用于切割下一个齿的适当位置中。

在步骤101和102处在每个相应的齿20、22形成在锥齿轮12、14上之后，在步骤103处，在每个齿20、22上形成至少一个倒角40。该至少一个倒角40形成在相应的啮合表面24与齿顶26之间的邻接边缘28处。可以经由自动涂刷工艺在相应的齿20、22上形成该至少一个倒角40，使得通过沿着齿顶26的长度50施用自动涂刷至齿20、22的邻接边缘28形成该至少一个倒角40。涂刷可以是金属涂刷。替代地，涂刷可以是具有磨耗部件的非金属涂刷，诸如具有浸渍有磨料(诸如氧化铝或碳化硅)的尼龙刷毛的涂刷。

在步骤104处，锥齿轮12、14进行热处理工艺。热处理涉及通常加热或冷却至极端温度的使用，以实现诸如材料的硬化或软化的理想结果。在此实例中，相应的锥齿轮12、14进行热处理工艺以硬化相应的材料(诸如钢等)。热处理技术包括退火、表层硬化、沉淀强化、回火、正火和淬火。

在步骤104处进行热处理工艺之后，在步骤105处，可以经由金属表面精加工工艺对锥齿轮12、14精加工。表面精加工可以包括广泛范围的工业工序，其改变制品的表面以改善外观、粘合性或可湿性、焊接性、耐腐蚀性、抗蚀性、耐化学性、耐磨性和硬度。表面精加工还可以改性导电率、消除毛刺和其它表面瑕疵，并且控制响应的齿轮齿表面16、18的摩擦元件。在一个实例中，第一锥齿轮12和第二锥齿轮14可以经由表面精加工工艺(诸如剃齿工艺、辊压工艺、研磨工艺、珩磨工艺和磨光工艺中的一种)进行精加工。

在步骤106处，相应的锥齿轮12、14进行喷丸处理工艺。喷丸处理是用于产生压缩残留应力层并且改性金属和复合物的机械性质的冷金属加工工艺。另外，喷丸处理需要利用喷丸(即，圆形金属、玻璃或陶瓷颗粒)冲击表面，其中力足以产生塑性变形。塑性变形在喷丸表面(即，齿轮齿表面16、18)中引发残留压缩应力，且在相应的齿轮部件12、14的内部引发拉伸应力。对表面进行喷丸处理将该表面塑性地展开，从而导致改变该表面的机械性质。

如图3中所示，当锥齿轮(诸如本文所公开的第一锥齿轮12和第二锥齿轮14)进行喷丸处理工艺时，邻接边缘28附近的材料的塑性变形可产生附加尖端36，即邻接边缘28处的附加材料。如图3中所示的此附加尖端36可改变齿廓并且最终破坏第一多个齿轮齿20与第二多个齿轮齿22之间的啮合46。破坏第一多个齿轮齿20与第二多个齿轮齿22之间的啮合46可具有不利影响。在一个实例中，附加尖端36(诸如图3中所示的附加尖端)可导致齿轮齿表面16、18非所需的磨损，其中附加尖端36接触到啮合齿轮的齿廓，即，齿面32和/或齿侧面34。在另一个实例中，附加尖端36(诸如图3中所示的附加尖端)可导致第一多个齿20与第二多个齿22之间的啮合46未对准。在又一实例中，附加尖端36(诸如图3中所示的附加尖端)可在诸如车辆的应用中导致噪声、振动和粗糙度(NVH)问题，诸如当附加尖端36接触啮合齿轮的齿轮齿表面16、18时产生的喀嚓声。

紧接着继端面铣削工艺后且在锥齿轮12、14进行热处理工艺和喷丸处理工艺之前，第一多个齿20与第二多个齿22中的每个齿增加该至少一个倒角40解决了这些问题。如图5A和5B中所示，当锥齿轮(诸如本文所公开的第一锥齿轮12和第二锥齿轮14)进行喷丸处理工艺时，材料的塑性变形可产生附加尖端36，即变形至倒角40上的附加材料。即使仍然可以在喷丸处理工艺期间产生附加尖端36(如图5B中所示)，图5B的所得附加尖端36容纳在倒角区域42内。倒角区域42限定为归因于在邻接边缘28处的相应的齿20、22上形成倒角40移除的齿20、22的区域。因而，齿廓由于在倒角区域42内形成附加尖端36而保持不变，因为附加尖端36(如图5B中所示)在啮合46期间将不会接触啮合齿轮齿。因而，倒角40的产生允许改善齿轮寿命和齿轮磨损以及改善关于诸如车辆的应用中的噪声、振动和粗糙度(NVH)估计的性能，因为啮合46期间避免了第一多个齿20与第二多个齿22之间的喀嚓声，这是因为如图5B中所示的附加尖端36容纳在倒角区域42内。

详述和图式或图支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求书限定。虽然已详细描述了用于实行所述教导的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求书中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种形成具有齿轮齿表面的锥齿轮的方法，所述方法包括以下步骤：

提供环形齿轮坯件；

将多个径向且向外延伸的齿轮齿加工至所述锥齿轮的所述齿轮齿表面中，其中每个齿包括：

具有一定长度的齿顶；以及

多个啮合表面，每个啮合表面包括齿面和齿侧面，使得所述齿面在邻接边缘处邻接所述齿顶；

在形成于所述相应的啮合表面与所述齿顶之间的邻接边缘处的每个齿上形成至少一个倒角；

对所述锥齿轮施用热处理工艺；

对所述锥齿轮和所述齿轮齿表面施用喷丸处理工艺，其中所述喷丸处理工艺导致所述齿轮齿表面塑性变形，由此产生附加尖端材料，且其中所述附加尖端材料容纳在所述倒角上；以及

经由剃齿工艺、辊压工艺、研磨工艺、珩磨工艺和磨光工艺中的一种将所述锥齿轮精加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述邻接边缘处的每个齿上形成所述至少一个倒角进一步包括移除由所述相应的啮合表面和所述齿顶形成的倒角区域，其中所述倒角区域调整尺寸使得所述倒角区域具有第一倒角区域尺寸、第二倒角区域尺寸、第三倒角区域尺寸和第四倒角区域尺寸。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一倒角区域尺寸是沿着所述齿顶设置的并且在从约0.10毫米至约0.40毫米的范围中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二倒角区域尺寸是沿着所述啮合表面设置的并且在从约0.3毫米至约0.7毫米的范围中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中经由自动涂刷工艺在所述邻接边缘处的每个齿上形成所述至少一个倒角。

6.根据权利要求5所述的方法，其中通过沿着所述齿顶的长度涂刷所述齿的所述邻接边缘而形成所述至少一个倒角。

7.一种锥齿轮组，其包括：

设置在第一锥齿轮轴线上并且能够围绕所述第一锥齿轮轴线旋转的第一锥齿轮，所述第一锥齿轮具有第一齿轮齿表面，其中所述第一齿轮齿表面上形成第一多个齿，使得所述第一多个齿中的每个齿均从所述第一锥齿轮轴线向外且径向地延伸；

设置在第二锥齿轮轴线上并且能够围绕所述第二锥齿轮轴线旋转的第二锥齿轮，所述第二锥齿轮具有第二齿轮齿表面，其中所述第二齿轮齿表面上形成第二多个齿，使得所述第二多个齿中的每个齿均从所述第二锥齿轮轴线向外且径向地延伸；

其中所述第一多个齿和所述第二多个齿中的每一者的每个齿均包括：

具有一定长度的齿顶；

多个啮合表面，每个啮合表面均包括齿面和齿侧面，使得所述齿面在邻接边缘处邻接所述齿顶；以及

至少一个倒角，其形成在所述邻接边缘处且沿着所述齿顶长度延伸；且

其中所述第一多个齿配置成与所述第二多个齿接合，使得在接合时，所述第一多个齿和所述第二多个齿以啮合式接合。

8.根据权利要求7所述的锥齿轮组，其中经由移除由所述相应的啮合表面和所述齿顶形成的倒角区域在所述相应的齿的所述邻接边缘处形成每个倒角，其中所述倒角区域调整尺寸使得所述倒角区域具有第一倒角区域尺寸、第二倒角区域尺寸、第三倒角区域尺寸和第四倒角区域尺寸。

9.根据权利要求8所述的锥齿轮组，其中所述第一倒角区域尺寸是沿着所述齿顶设置的并且在从约0.10毫米至约0.40毫米的范围中。

10.根据权利要求9所述的锥齿轮组，其中所述第二倒角区域尺寸是沿着所述啮合表面设置的并且在从约0.3毫米至约0.7毫米的范围中。