專利名稱：剪式齒輪結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及剪式齒輪結構及其制造方法，更加具體地，涉及具有改進的強度與耐磨性的剪式齒輪以及降低制造成本的技術。
背景技術：
剪式齒輪是一種用于防止由齒輪連接(例如，發動機中互相嚙合以傳遞動力的凸輪裝置)中齒輪之間的齒隙而引起振動和噪聲的產生的裝置。圖1示出了傳統的剪式齒輪結構，其配置成使主齒輪500與副齒輪502借助于剪式彈簧504而可彼此相對地彈性地旋轉。為使主齒輪500與副齒輪502可彼此相對地彈性旋轉，主齒輪500和副齒輪502分別設置有支撐該剪式彈簧504端部的剪式銷506，且剪式彈簧504在其兩端包含槽508，以增大與剪式銷506的接觸面積并達到精確的接合。安裝在主齒輪500和副齒輪502上的剪式銷506由一種昂貴的軸承鋼材料即鍍鉻銷形成，因此通常單獨地制造再強力插入主齒輪500和副齒輪502中。另外，剪式彈簧504的槽508使用細絲切割而形成，因此造成高制造成本，并不期望地提高剪式齒輪的價格。上面在背景技術部分中公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，不應當被認為是本領域技術人員已知的傳統技術。

發明內容
因此，針對在相關領域內遇到的上述問題而做出本發明，且本發明的目的是提供一種能在消除齒隙以及防止噪聲和振動方面與傳統剪式齒輪結構同樣好或更好的剪式齒輪結構而無需制造強力插入的昂貴剪式銷、并且無需昂貴的工藝步驟例如在剪式彈簧兩端形成槽的細絲切割。本發明的另一目的是提供一種具有改善的包括強度和耐磨性的機械特性的剪式齒輪，以及制造該剪式齒輪的方法。根據一個方面，本發明提供剪式齒輪結構，其包含:主齒輪和副齒輪，同心布置從而可彼此相對地旋轉；弧形剪式彈簧，提供彈力以使主齒輪和副齒輪可彼此相對地旋轉；一體形成的支撐突起，突出在主齒輪與副齒輪互相面對的位置上，以支撐剪式彈簧的兩端。根據另一方面，本發明提供制造剪式齒輪的方法，包括:使包含碳(C)、鑰(Mo)與鐵(Fe)的組合的粉末進行成型，特別是約0.15 0.25wt%的碳(C)、約0.5-1.5wt %的鑰(Mo)、余量的鐵、以及小于lwt%的其它組成，從而形成各個主齒輪和副齒輪的成型體；燒結該成型體，從而形成燒結體；對該燒結體進行軋制，從而形成軋制體，其中凹凸不平(jagged)的表面是被壓緊的；以及使用滲碳來熱處理該軋制體，以提高該凹凸不平表面的硬度，從而形成主齒輪和副齒輪。


結合附圖，從下面的詳細描述可更加清楚地理解本發明的上述及其它目的、特征和優點，其中:圖1為示出傳統剪式齒輪的視圖；圖2為示出根據本發明實施方式的剪式齒輪的主齒輪和副齒輪的視圖；圖3為示出圖2中根據第一個實施方式的剪式齒輪的剪式彈簧和支撐突起的視圖；圖4為示出根據第二個實施方式的剪式彈簧和支撐突起的視圖；圖5為示出根據第三個實施方式的剪式彈簧和支撐突起的視圖；圖6為示出根據第四個實施方式的剪式彈簧和支撐突起的視圖；以及圖7為示出根據本發明實施方式的制造剪式齒輪的方法的流程圖。
具體實施例方式根據本發明的實施方式，剪式齒輪結構包含:主齒輪I和副齒輪3，同心布置以可彼此相對地旋轉；剪式彈簧5，提供彈力，以使主齒輪I和副齒輪3可彼此相對地旋轉，其中剪式彈簧5優選為弧形；以及一體形成的支撐突起7，突起在主齒輪I和副齒輪3彼此面對的位置上，使得剪式彈簧5的兩端分別被支撐。與傳統的剪式齒輪結構不同，本發明并不單獨制造強力插入主齒輪I與副齒輪3的昂貴剪式銷。相反，根據本發明，在制造主齒輪I和副齒輪3時一體地形成執行傳統剪式銷功能的支撐突起7，且剪式彈簧5具有簡單的端部結構并因此可以通過切割或沖裁而方便地形成。結果，本發明降低了制造剪式齒輪的成本。圖3示出根據第一個實施方式的剪式彈簧5和支撐突起7。如圖所示，剪式彈簧5的端部包含平面端5-1，該平面端5-1具有在主齒輪I和副齒輪3的徑向上被線性切割的形狀。支撐突起7包含提供與平面端5-1進行面接觸的支撐平面部7-1、和限制剪式彈簧5的端部進行移動的徑向控制部7-2。具體而言，根據多個實施方式，徑向控制部7-2限制剪式彈簧5的端部在主齒輪I和副齒輪3的徑向上向內移動。圖2中也示出支撐突起7的總體結構。因為通過線性切割剪式彈簧5的端部而簡單地形成平面端5-1，剪式彈簧5的制造可以容易且廉價。另外，主齒輪I和副齒輪3上分別支撐剪式彈簧5的端部的支撐突起7，可通過在制造主齒輪I和副齒輪3時由粉末燒結而一體地形成。這樣，無需產生額外的成本就提高了剪式齒輪的強度和耐磨性。根據本發明的實施方式，支撐突起7的支撐平面部7-1與剪式彈簧5的平面端5-1進行面接觸，與傳統的情形相比，達到更加穩定的接觸并支撐在更大的面積上。這提供了與接觸支撐面積的增加成比例的應力分散效應，從而確保強度和耐磨性并增強耐用性。另外，徑向控制部7-2防止剪式彈簧5的端部在徑向上向內移動，從而保持穩定的支撐狀態。圖4示出根據第二個實施方式的剪式彈簧5和支撐突起7，其中剪式彈簧5的端部包含平面端5-1，該平面端5-1具有如同以上實施方式的沿主齒輪I和副齒輪3的徑向被線性切割的形狀。如圖進一步所示，支撐突起7包含矩形凹槽7-3，平面端5-1插入該矩形凹槽7-3中，以保持面接觸的狀態。除在第一個實施方式中支撐平面部7-1和徑向控制部7-2彼此正交形成“L”形之夕卜，在第二個實施方式中，矩形凹槽7-3設在支撐突起7中，使得剪式彈簧5的平面端5-1完全插在其中，使得三面支撐成為可能。圖5示出根據第三個實施方式的剪式彈簧5和支撐突起7，其中剪式彈簧5的端部包含圓弧形式的弧形端5-2。如該實施方式所示，弧的中心部分是凸起的。如圖進一步所示，支撐突起7包含與弧形端5-2互補以形成面接觸狀態的弧形凹槽7-4。從而，支撐突起7不僅在原本提供彈力的剪式彈簧5的圓周方向上而且在其徑向上支撐剪式彈簧5。另外，剪式彈簧5的整個弧形端5-2由整個弧形凹槽7-4支撐，因此增大接觸支撐面積，從而獲得增強的應力分散效果。圖6示出根據第四個實施方式的剪式彈簧5和支撐突起7，其中剪式彈簧5的端部包含梯形端5-3，該梯形端5-3形成為朝向其末端變窄的梯形形狀。如圖所示，支撐突起7包含與梯形端5-3互補以形成面接觸狀態的梯形凹槽7-5。如在以上實施方式中，該結構穩定地支撐剪式彈簧5的端部。該結構可進一步展現對于作用在剪式彈簧5上的載荷的與接觸支撐面積的增大成比例的增強應力分散效果，從而提高剪式齒輪的總體耐用性。根據多個實施方式，主齒輪I和副齒輪3 —體地形成有支撐突起7。具體地，通過使包含碳(C)、鑰(Mo)、鐵(Fe)和其它任選組分的混合物的粉末進行成型、燒結、軋制和熱處理來形成具有一體的支撐突起的主齒輪I和副齒輪3。根據示例性實施方式，粉末包含約0.15 0.25wt%的碳(C)、約0.5 1.5wt%的鑰(Mo)、余量的鐵，以及任選地含量小于lwt%的一種或多種其它組分，該粉末進行成型、燒結、軋制和使用滲碳的熱處理。已經發現，如果C含量小于0.15wt%，那么會降低熱處理時的淬透性和硬度。相反，如果其含量超過0.3wt%，那么在熱處理后，脆性引起耐沖擊性的降低。如果Mo含量小于0.5wt%，那么會降低材料的機械特性和淬透性。相反，如果其含量超過1.5wt%，那么材料成本會變得過高且可成型性降低。更具體地，根據示例性實施方式，如圖7中所示，根據本發明的制造剪式齒輪的方法包括:將包含約0.15 0.25wt%的C、約0.5 1.5wt%的Mo、余量的Fe的粉末進行成型，其中任何其它材料以低于約lwt%的量包含在其中，從而形成各個主齒輪I和副齒輪3的成型體(SlO);燒結成型體，從而形成燒結體(S20);對燒結體進行軋制，從而形成軋制體，其中其凹凸不平表面是被壓緊的(S30);使用滲碳來熱處理軋制體，以提高凹凸不平表面的硬度，從而形成主齒輪I和副齒輪3(S40)。根據多個實施方式，在成型步驟(SlO)中，于約100°C或更高，用粉末填充上模具和下模具，且用模具壓縮該粉末，形成成型體。進行成型，從而提供成型體所需的密度，例如約7.3g/cc或更高，同時一體地形成支撐突起7。在燒結(S20)時，成型體于適當的燒結溫度(例如，約1100 1300°C )在還原氛圍中燒結一段適當的時間，例如約30分鐘 2小時。如果燒結溫度過低，例如低于110(TC，則無法有效擴散粉末材料并在粉末顆粒之間形成頸縮。另一方面，如果燒結溫度過高，例如高于1300°C，那么會不期望地顯著降低批
量生產。在燒結(S20)之后，通過冷卻燒結體例如至室溫來進行軋制步驟(S30)，燒結體的內部被固定，軋制模具位于其外部以進行旋轉和擠壓。進行該步驟，以獲得所期望的被壓緊的凹凸不平表面的深度，例如約150 400 μ m的深度。如果被壓緊的凹凸不平表面的深度過低，例如低于150 μ m，那么可能無法滿足所需的機械特性。相反，如果被壓緊的凹凸不平表面的深度過高，例如超過400 μ m，那么由于軋制、和熱處理(S40)時所不期望地增加的熱變形，殘余應力會變得過多。如前所述，本發明提供剪式齒輪結構和其制造方法。根據本發明，剪式齒輪能有效展現出消除齒隙以及防止噪聲和振動的功能，甚至無需單獨地制造通常要形成并強力插入主齒輪和副齒輪中的昂貴剪式銷。也可提供該剪式齒輪而無需進行昂貴的工藝，例如在剪式彈簧的兩端形成槽的細絲切割。另外，根據本發明，可改善包括強度和耐磨性的機械特性。盡管已經為示例的目的而公開了本發明的優選實施方式，本領域的技術人員應該意識到，可以進行各種修改、增加和替代而不脫離在所附權利要求中公開的本發明的范圍和精神。
權利要求
1.一種剪式齒輪結構，包含: 主齒輪和副齒輪，同心地配置，使得能夠彼此相對地旋轉； 剪式彈簧，配置在所述主齒輪與所述副齒輪之間，提供彈力以使所述主齒輪和所述副齒輪能彼此相對地旋轉； 支撐突起，一體地形成在所述主齒輪和所述副齒輪上，所述支撐突起被定位在所述主齒輪和所述副齒輪上以支撐所述剪式彈簧。
2.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述剪式彈簧為弧形并具有兩個端部。
3.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述弧形剪式彈簧的兩個端部中的每個端部由所述支撐突起支撐于所述主齒輪和所述副齒輪上。
4.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述剪式彈簧的端部包含平面端，所述平面端具有在所述主齒輪和所述副齒輪的徑向上被線性切割的形狀； 并且所述支撐突起包含 支撐平面部，提供與所述剪式彈簧的平面端進行面接觸的平面，以及 徑向控制部，定位成限制所述剪式彈簧的端部在所述主齒輪和所述副齒輪的徑向上向內移動。
5.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述剪式彈簧的端部包含在所述主齒輪和所述副齒輪的徑向上線性延伸的平面端，且所述支撐突起包含矩形凹槽，所述平面端插入所述矩形凹槽中以形成面接觸的狀態。
6.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述剪式彈簧的端部包含凸起的弧形端，且所述支撐突起包含與所述弧形端互補以形成面接觸狀態的弧形凹槽。
7.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 所述剪式彈簧的端部包含朝向其末端變窄的梯形端，且所述支撐突起包含與所述梯形端互補以形成面接觸狀態的梯形凹槽。
8.如權利要求1所述的剪式齒輪結構，其中， 通過使包含約0.15 0.25wt%的碳(C)、約0.5 1.5wt%的鑰(Mo)、余量的鐵(Fe)、以及少于的其它任選材料的粉末進行成型、燒結、軋制和使用滲碳的熱處理而形成所述主齒輪和所述副齒輪。
9.一種制造剪式齒輪的方法，包括: 將包含約0.15 0.25wt%的碳(C)、約0.5 L 5 七％的鑰(Mo)、余量的鐵(Fe)、以及小于的其它任選材料的粉末進行成型，從而形成各個主齒輪和副齒輪的成型體(SlO)； 燒結所述成型體，從而形成燒結體(S20)； 對所述燒結體進行軋制，從而形成軋制體，其凹凸不平的表面是被壓緊的(S30);以及 使用滲碳來熱處理所述軋制體，以提高所述凹凸不平表面的硬度，從而形成所述主齒輪和所述副齒輪(S40)。
10.如權利要求9所述的方法，其中， 通過在約100°C或更高的條件下添加所述粉末到上模和下模并擠壓所述上模和下模來進行所述成型(Sio)，以提供具有約7.3g/cc或更高密度的成型體。
11.如權利要求9所述的方法，其中， 所述燒結(S20)在約1100 1300°C的還原氛圍中進行約30分鐘 2小時。
12.如權利要求9所述的方法，其中， 通過在所述燒結(S20)之后將所述燒結體冷卻至約室溫來進行所述軋制(S30)，進行所述軋制(S30)以使所述被壓緊的凹凸不平表面的深度為約150 400 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種剪式齒輪結構和其制造方法，其中剪式齒輪可有效消除齒隙并防止噪聲和振動，其中該剪式齒輪具有改善的包括強度和耐磨性的機械性能。本發明提供一種剪式齒輪而無需單獨地制造必須強力插入的昂貴剪式銷、也無需昂貴的工藝例如在剪式彈簧的兩端形成槽的細絲切割。
文檔編號B22F5/08GK103161915SQ20121026487
公開日2013年6月19日 申請日期2012年6月27日 優先權日2011年12月8日
發明者金信圭, 金起范, 李在圭, 盧泰勛, 金基正 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社