CN109604857A - 人字齿轮和人字齿轮的焊接方法 - Google Patents

人字齿轮和人字齿轮的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及人字齿轮和人字齿轮的焊接方法。人字齿轮具备旋转轴、第一齿轮、第二齿轮、第一焊接部和第二焊接部。第一齿轮和第二齿轮在轴向上排列配置在旋转轴上，第一齿轮在第一齿轮的外周部包含第一齿部，第二齿轮在第二齿轮的外周部包含第二齿部，第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部相对于轴向相互反向地倾斜，第一齿轮在第一齿轮的内周部包含与旋转轴嵌合的第一环状部。第一焊接部位于第一端面，并具有从轴向观察第一端面时横跨第一环状部的内周部与旋转轴的嵌合部分的熔敷部。第二焊接部在轴向上位于第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部之间的间隙的第一环状部的第二端面。

Description

人字齿轮和人字齿轮的焊接方法
技术领域
本发明涉及人字齿轮和人字齿轮的焊接方法。
背景技术
在日本特开2017-009115中公开了在车辆的变速器中使用人字齿轮。上述人字齿轮为组装式，并具有如下结构：两个螺旋齿轮分别地与旋转轴分体地成型，各螺旋齿轮的内周部固定于旋转轴的凸缘部。
作为将齿轮固定于旋转轴的方法，已知：利用紧固元件的机械紧固(例如日本特开2009-216176)和利用焊接的接合(例如日本特开平10-231918)。在日本特开2009-216176中公开了：对于组装式的人字齿轮，一者螺旋齿轮(斜齿轮)为在旋转轴的外周的一部分一体成型有齿的结构，利用销和螺母将另一者螺旋齿轮紧固于旋转轴。在日本特开平10-231918中公开了：从轴向的两侧焊接齿轮的内周部与凸缘部的嵌合部分。
发明内容
然而，在日本特开2009-216176中记载的紧固结构中，由于设置销和螺母，因此会引起部件数量的增加和加重化，轴向的体积也大型化。进而，日本特开平10-231918中记载的焊接方法仅能在齿轮的轴向两侧不存在干涉构件的情况下进行焊接。另外，在通过焊接固定齿轮的结构中，由于在焊接部产生的拉伸残余应力作用于齿轮，因此齿轮有可能因其影响而变形且齿面精度降低。
本发明提供一种能够进一步抑制由固定结构导致的重量的增加和体积的大型化，并且进一步抑制由焊接导致的齿面精度的降低的人字齿轮和人字齿轮的焊接方法。
本发明的第一方案涉及的人字齿轮具备旋转轴、第一齿轮、第二齿轮、第一焊接部和第二焊接部。第一齿轮和第二齿轮在轴向上排列配置在旋转轴上。第一齿轮在第一齿轮的外周部包含第一齿部，第二齿轮在第二齿轮的外周部包含第二齿部，第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部相对于轴向相互反向地倾斜，第一齿轮在第一齿轮的内周部包含与旋转轴嵌合的第一环状部，第一环状部在轴向上包含第一端面和第二端面这两个端面，第二端面是比第一端面接近第二齿轮的端面。第一焊接部位于第一端面，并具有从轴向观察第一端面时横跨第一环状部的内周部与旋转轴的嵌合部分的熔敷部。第二焊接部在轴向上位于第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部之间的间隙的第一环状部的第二端面。
在本发明的第一方案中，人字齿轮可进一步具备第三焊接部。第二齿轮可以在第二齿轮的内周部包含与旋转轴嵌合的第二环状部，第二环状部可以在轴向上包含第三端面和第四端面这两个端面，第四端面是比第三端面接近第一齿轮的端面。第三焊接部可以位于第三端面，第三焊接部可以具有从轴向观察第三端面时跨越第二环状部的内周部与旋转轴的嵌合部分的熔敷部。第二焊接部可以位于第二环状部的第四端面与第一环状部的第二端面的接合面，并可以具有跨越第一环状部的径向外侧端面与第二环状部的径向外侧端面的熔敷部。
根据本发明的第一方案，即使在第一齿轮和第二齿轮双方均焊接于旋转轴的情况下，也在各齿轮的轴向两端侧形成焊接部。通过上述操作，由于焊接部的拉伸残余应力作用于各齿轮的轴向两侧，因此由焊接导致的齿面精度的降低被进一步抑制。
在本发明的第一方案中，第一焊接部的熔敷部的表面可以是形成在与第一环状部的轴向端面同一平面上的平坦面。
根据本发明的第一方案，由于第一焊接部的表面是平坦面，因此与第一焊接部的表面凸起的情况下相比，能降低在焊接部产生的拉伸残余应力。
根据本发明的第二方案，提供人字齿轮的焊接方法。人字齿轮包含旋转轴、第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮在轴向上排列配置在旋转轴上，第一齿轮在第一齿轮的外周部包含第一齿部，第二齿轮在第二齿轮的外周部包含第二齿部，第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部相对于轴向相互反向地倾斜，第一齿轮在第一齿轮的内周部包含与旋转轴嵌合的第一环状部，第一环状部在轴向上包含第一端面和第二端面这两个端面，第二端面是比第一端面接近第二齿轮的端面。上述焊接方法包括：通过自第一环状部的第一端面的轴向的焊接在第一端面上形成第一焊接部；和通过自旋转轴的径向外侧的焊接形成第二焊接部，该第二焊接部在轴向上位于第一齿轮的第一齿部与第二齿轮的第二齿部之间的间隙的第一环状部的第二端面。第一焊接部具有从上述轴向观察第一端面时跨越第一环状部的内周部与旋转轴的嵌合部分的熔敷部。
根据本发明的方案，具有通过自轴向的焊接形成的第一焊接部、在构成人字齿轮的两个齿轮间通过自径向外侧的焊接形成的第二焊接部，由此在焊接于旋转轴的齿轮的轴向两端侧形成焊接部。因此，在焊接部产生的拉伸残余应力在轴向两侧被平衡，从而齿面精度的降低被进一步抑制。由于将旋转轴与齿轮焊接，因此不需要紧固元件，能够实现重量轻且小型的人字齿轮。
附图说明
以下，将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性，其中，类似的数字代表类似的元件，并且其中：
图1是示意地示出第一实施方式的人字齿轮的剖面图。
图2是用于说明第一实施方式中的焊接方法的图。
图3是用于说明变形例的结构的图。
图4是用于说明由焊接导致的齿轮的变形的图。
图5是用于说明另一变形例的结构的图。
图6是示意地示出第二实施方式的人字齿轮的剖面图。
图7是用于说明第二实施方式中的焊接方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图，具体地说明本发明的实施方式中的人字齿轮。
(第一实施方式)
图1是示意地示出第一实施方式的人字齿轮1的剖面图。人字齿轮1为组装式齿轮，在轴向上排列配置有与旋转轴2分体地成型的作为第一齿轮的一者螺旋齿轮3、以及与旋转轴2一体成型的作为第二齿轮的另一者螺旋齿轮4。一者螺旋齿轮3通过焊接与旋转轴2一体化。在上述说明中，关于轴向位置，使用图1所示的轴向的右侧和左侧。将在轴向上排列的两个螺旋齿轮3、4表达为左右齿轮。
一者螺旋齿轮(以下称为“右齿轮”)3的轴向的两侧被焊接而与旋转轴2一体化。上述右齿轮3具有相对于轴向倾斜的齿部31、以及与旋转轴2的外周部21嵌合的中空环状部32。齿部31与环状部32的外周部一体成型。环状部32是焊接于旋转轴2的部位。
另一者螺旋齿轮(以下称为“左齿轮”)4具有相对于轴向倾斜的齿部41。齿部41与旋转轴2一体成型。左齿轮4的齿部41与右齿轮3的齿部31相互反向地倾斜。齿部41与齿部31在轴向上分离地配置，在左侧的齿部41与右侧的齿部31之间设置规定的轴向间隙W。例如，轴向间隙W设定为数毫米左右。
在人字齿轮1中形成有环状部32的轴向两侧焊接于旋转轴2而成的焊接部。如图1中用黑色所示的那样，人字齿轮1具有第一焊接部5和作为齿轮间焊接部的第二焊接部6，该第一焊接部5形成于环状部32的轴向端面中的一者端面(以下称为“右端面”)32a，该第二焊接部6在环状部32的轴向端面中的另一者端面(以下称为“左端面”)32b侧形成于轴向间隙W。第一焊接部5具有通过自轴向的焊接而形成的第一焊接痕。另一方面，第二焊接部6具有通过自径向外侧的焊接而形成的第二焊接痕。参照图2说明图1的人字齿轮的焊接方法。
图2是用于说明第一实施方式中的焊接方法的图。如图2所示，在右齿轮3的环状部32嵌合于旋转轴2的状态下进行焊接。例如，可以是具有圆筒状的内周部32c的环状部32嵌合于旋转轴2的外周部21，或者，也可以是具有花键形状的内周部32c的环状部32花键嵌合于旋转轴2。
如图2中用虚线圆A所示的那样，在环状部32的右端面32a侧，环状部32的内周部32c与旋转轴2的外周部21嵌合的部分自轴向的右侧(一侧)焊接。由于在右端面32a的轴向右侧不存在焊接时会干涉的构件，因此能够从轴向右侧向轴向左侧对右端面32a侧进行焊接。通过上述操作，形成第一焊接部5(第一焊接痕)。例如，在周向的整个周长上进行上述焊接，在右端面32a侧，在周向的整个周长上形成第一焊接部5。优选通过激光焊接或电子束焊接形成第一焊接部5。
如图2中用虚线圆B所示的那样，在环状部32的左端面32b侧，自径向外侧焊接旋转轴2的台阶部22与右齿轮3的轴向端部的接合面(台阶部22与环状部32的接合面)。具体而言，台阶部22与环状部32的接合面位于左齿轮4的齿部41与右齿轮3的齿部31之间的轴向间隙W。通过从上述轴向间隙W的径向外侧向接合面进行焊接，形成第二焊接部6(第二焊接痕)。优选通过激光焊接或电子束焊接形成第二焊接部6。利用激光焊接或电子束焊接，即使在右齿轮3的齿部31与左齿轮4的齿部41的轴向间隙W窄的情况下(例如毫米单位的间隙)，也能够自径向外侧焊接环状部32的左端面32b侧。例如，在周向的整个周长上进行上述焊接，在轴向间隙W中在周向的整个周长上形成第二焊接部6。
如以上说明的那样，根据第一实施方式，通过在右齿轮3的齿部31与左齿轮4的齿部41之间的轴向间隙W中形成自径向外侧焊接而成的第二焊接部6，能够焊接与旋转轴2分体地成型的右齿轮3的轴向两侧。通过上述操作，由于各焊接部5、6的拉伸残余应力从右齿轮3的轴向两侧均等地向右齿轮3起作用，因此能够进一步抑制由焊接导致的右齿轮3的变形。其结果，能够进一步抑制右齿轮3的齿面精度降低，假如在渐开线齿轮的情况下，在旋转时能够减小与渐开线曲线的误差，因此能够进一步减小在啮合部的振动和噪音。另外，能够进一步抑制由各焊接部5、6的变形导致的齿面的单侧抵接，人字齿轮1的强度进一步提高。
由于右齿轮3与旋转轴2的固定方法为焊接，因此与使用紧固元件机械固定的情况相比，能够实现轻量且轴向的体积为小型的人字齿轮1。由于不需要紧固元件，因此也能够进一步抑制部件数量的增加。
由于在左右齿轮间利用第二焊接部6将右齿轮3焊接于左齿轮4，因此能够进一步抑制右齿轮3与左齿轮4的间隔因在人字齿轮1的啮合时产生的推力而在轴向上变大。通过上述操作，能够进一步抑制由推力导致的右齿轮3的轴向位移。结果，由于能够进一步抑制左右齿的单侧抵接，因此能够进一步减小在啮合部的振动和噪音，并且人字齿轮1的强度进一步提高。
右齿轮3和左齿轮4可以是同相位，或者也可以使相位偏移。另外，第一实施方式的人字齿轮1不限定于上述结构。例如，第一焊接部5和第二焊接部6不限于在周向的整个周长上形成的情况，也可以在周向上部分地形成。优选在环状部32与旋转轴2的嵌合部分，施加过盈配合或过渡配合。
可以通过研磨使将环状部32焊接于旋转轴2时产生的焊接部的焊缝(bead)变平坦。通过上述操作，焊接部的拉伸残余应力进一步降低，接合强度进一步提高。例如，如图3所示，在研磨第一焊接部5的焊缝表面5b的情况下，在研磨前，第一焊接部5的焊缝表面5b成为比右端面32a向轴向右侧凸出的状态，但通过将焊缝表面5b研磨为沿着右端面32a的平坦形状，从而在研磨后，第一焊接部5的表面5a成为形成在与右端面32a同一平面上的平坦面。另外，通过第一焊接部5的表面5a成为平坦的面，右端面32a和表面5a成为压入轴承时的轴向端面(承受面)。通过上述操作，可以不在旋转轴2上另行加工用于承受轴承的内圈端面的台阶部。
作为第一实施方式的变形例，焊接于旋转轴2的右齿轮3的齿部31可以在组装前预先具有与变形的方向相反的形状，上述变形由在各焊接部5、6产生的应变(拉伸残余应力)导致。如图4所示，有时焊接后的右齿轮3因在各焊接部5、6产生的拉伸残余应力而以相对于轴向倾斜的方式变形。在该情况下，由于第一焊接部5的拉伸残余应力比第二焊接部6的拉伸残余应力大，因此右齿轮3的节圆直径在轴向上从第二焊接部6侧(轴向左侧)向第一焊接部5侧(轴向右侧)逐渐变小。如图5所示，预料上述变形，焊接前(组装前)的右齿轮3可以具有与上述变形方向反向(节圆直径从轴向左侧向轴向右侧逐渐变大)地预先歪斜的形状。
(第二实施方式)
图6是示意地示出第二实施方式的人字齿轮1的剖面图。第二实施方式的人字齿轮1的右齿轮3和左齿轮4双方都与旋转轴2分体地成型，右齿轮3和左齿轮4通过焊接与旋转轴2一体化。在第二实施方式的说明中，对于与第一实施方式同样的构成，省略说明并引用其参照附图标记。
如图6所示，左齿轮4在外周部一体成型有齿部41，且在内周部具有与旋转轴2嵌合的环状部42。环状部42是在轴向两端侧焊接于旋转轴2的部位。
在环状部42的轴向两端侧形成有通过自径向外侧的焊接而形成的第二焊接部6(齿轮间焊接部)和通过自轴向的焊接而形成的第三焊接部7。第三焊接部7形成于环状部42的轴向端面中的、与右齿轮3相反一侧的另一方端面(以下称为“左端面”)42a。如图7所示，从径向外侧对环状部42的轴向端面中的、右齿轮3侧的一方端面(以下称为“右端面”)42b与环状部32的左端面32b的接合面进行焊接而形成第二焊接部6。参照图7说明图6的人字齿轮的焊接方法。
图7是用于说明第二实施方式中的焊接方法的图。如图7所示，在左齿轮4的环状部42和右齿轮3的环状部32嵌合于旋转轴2的状态下进行焊接。例如，可以是具有圆筒状的内周部42c的环状部42嵌合于旋转轴2的外周部21，或者，也可以是具有花键形状的内周部42c的环状部42花键嵌合于旋转轴2。
如图7用虚线圆C示出地，在环状部42的左端面42a侧，自轴向的左侧焊接环状部42的内周部42c与旋转轴2的嵌合部分。在内周部42c的左端侧，设置有嵌合时(焊接前)与旋转轴2的台阶部22抵接的定位部42d。由于在左端面42a的轴向左侧不存在焊接时会干涉的构件，因此能够从轴向左侧向轴向右侧对左端面42a侧进行焊接。通过上述操作，形成第三焊接部7(第三焊接痕)。例如，在周向的整个周长上进行上述焊接，在左端面42a侧，在周向的整个周长上形成第三焊接部7。优选的是，第三焊接部7通过激光焊接或电子束焊接形成。
如图7用虚线圆B示出地，在环状部42的右端面42b侧，为了形成齿轮间焊接部，自径向外侧焊接左齿轮4与右齿轮3在轴向上抵接的部分(环状部42的轴向端面与环状部32的轴向端面的接合面)。具体而言，左侧的环状部42与右侧的环状部32的接合面的轴向位置位于轴向间隙W。
如以上说明地，根据第二实施方式，在左右齿轮3、4均与旋转轴2分体地成型的情况下，也能够焊接各齿轮3、4的轴向两端侧。通过上述操作，与第一实施方式同样地，能够形成轻量且小型的齿轮，能够进一步抑制齿面精度的降低。
可以研磨第三焊接部7的焊缝表面而形成具有形成在与左端面42a同一平面上的平坦表面的第三焊接部7。

Claims (4)

1.人字齿轮，其特征在于，包括：
旋转轴；
在轴向上排列配置在上述旋转轴上的第一齿轮和第二齿轮，上述第一齿轮在上述第一齿轮的外周部包含第一齿部，上述第二齿轮在上述第二齿轮的外周部包含第二齿部，上述第一齿轮的第一齿部与上述第二齿轮的第二齿部相对于上述轴向相互反向地倾斜，上述第一齿轮在上述第一齿轮的内周部包含与上述旋转轴嵌合的第一环状部，上述第一环状部在上述轴向上包含第一端面和第二端面这两个端面，上述第二端面是比上述第一端面接近上述第二齿轮的端面；
位于上述第一端面的第一焊接部，上述第一焊接部具有从上述轴向观察上述第一端面时跨越上述第一环状部的内周部与上述旋转轴的嵌合部分的熔敷部；以及
第二焊接部，在上述轴向上位于上述第一齿轮的第一齿部与上述第二齿轮的第二齿部之间的间隙的上述第一环状部的上述第二端面。
2.权利要求1所述的人字齿轮，其特征在于，还包括：
第三焊接部，其中，
上述第二齿轮在上述第二齿轮的内周部包含与上述旋转轴嵌合的第二环状部，
上述第二环状部在上述轴向上包含第三端面和第四端面这两个端面，上述第四端面是比上述第三端面接近上述第一齿轮的端面，
上述第三焊接部位于上述第三端面，上述第三焊接部具有从上述轴向观察上述第三端面时跨越上述第二环状部的内周部与上述旋转轴的嵌合部分的熔敷部，并且，
上述第二焊接部位于上述第二环状部的第四端面与上述第一环状部的第二端面的接合面，具有跨越上述第一环状部的径向外侧端面与上述第二环状部的径向外侧端面的熔敷部。
3.权利要求1或2所述的人字齿轮，其特征在于，上述第一焊接部的上述熔敷部的表面是形成在与上述第一环状部的轴向端面同一平面上的平坦面。
4.人字齿轮的焊接方法，上述人字齿轮包含旋转轴、第一齿轮和第二齿轮，上述第一齿轮和上述第二齿轮在轴向上排列配置在上述旋转轴上，上述第一齿轮在上述第一齿轮的外周部包含第一齿部，上述第二齿轮在上述第二齿轮的外周部包含第二齿部，上述第一齿轮的第一齿部与上述第二齿轮的第二齿部相对于上述轴向相互反向地倾斜，上述第一齿轮在上述第一齿轮的内周部包含与上述旋转轴嵌合的第一环状部，上述第一环状部在上述轴向上包含第一端面和第二端面这两个端面，上述第二端面是比上述第一端面接近上述第二齿轮的端面，上述焊接方法的特征在于，包括：
通过自上述第一环状部的上述第一端面的轴向的焊接在上述第一端面上形成第一焊接部，上述第一焊接部具有从上述轴向观察上述第一端面时跨越上述第一环状部的内周部与上述旋转轴的嵌合部分的熔敷部；和
通过自上述旋转轴的径向外侧的焊接形成第二焊接部，该第二焊接部在上述轴向上位于上述第一齿轮的第一齿部与上述第二齿轮的第二齿部之间的间隙的上述第一环状部的上述第二端面。
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