专利名称：剪式齿轮结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及剪式齿轮结构及其制造方法，更加具体地，涉及具有改进的强度与耐磨性的剪式齿轮以及降低制造成本的技术。
背景技术：
剪式齿轮是一种用于防止由齿轮连接(例如，发动机中互相啮合以传递动力的凸轮装置)中齿轮之间的齿隙而引起振动和噪声的产生的装置。图1示出了传统的剪式齿轮结构，其配置成使主齿轮500与副齿轮502借助于剪式弹簧504而可彼此相对地弹性地旋转。为使主齿轮500与副齿轮502可彼此相对地弹性旋转，主齿轮500和副齿轮502分别设置有支撑该剪式弹簧504端部的剪式销506，且剪式弹簧504在其两端包含槽508，以增大与剪式销506的接触面积并达到精确的接合。安装在主齿轮500和副齿轮502上的剪式销506由一种昂贵的轴承钢材料即镀铬销形成，因此通常单独地制造再强力插入主齿轮500和副齿轮502中。另外，剪式弹簧504的槽508使用细丝切割而形成，因此造成高制造成本，并不期望地提高剪式齿轮的价格。上面在背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，不应当被认为是本领域技术人员已知的传统技术。
发明内容
因此，针对在相关领域内遇到的上述问题而做出本发明，且本发明的目的是提供一种能在消除齿隙以及防止噪声和振动方面与传统剪式齿轮结构同样好或更好的剪式齿轮结构而无需制造强力插入的昂贵剪式销、并且无需昂贵的工艺步骤例如在剪式弹簧两端形成槽的细丝切割。本发明的另一目的是提供一种具有改善的包括强度和耐磨性的机械特性的剪式齿轮，以及制造该剪式齿轮的方法。根据一个方面，本发明提供剪式齿轮结构，其包含:主齿轮和副齿轮，同心布置从而可彼此相对地旋转；弧形剪式弹簧，提供弹力以使主齿轮和副齿轮可彼此相对地旋转；一体形成的支撑突起，突出在主齿轮与副齿轮互相面对的位置上，以支撑剪式弹簧的两端。根据另一方面，本发明提供制造剪式齿轮的方法，包括:使包含碳(C)、钥(Mo)与铁(Fe)的组合的粉末进行成型，特别是约0.15 0.25wt%的碳(C)、约0.5-1.5wt %的钥(Mo)、余量的铁、以及小于lwt%的其它组成，从而形成各个主齿轮和副齿轮的成型体；烧结该成型体，从而形成烧结体；对该烧结体进行轧制，从而形成轧制体，其中凹凸不平(jagged)的表面是被压紧的；以及使用渗碳来热处理该轧制体，以提高该凹凸不平表面的硬度，从而形成主齿轮和副齿轮。
结合附图，从下面的详细描述可更加清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点，其中:图1为示出传统剪式齿轮的视图；图2为示出根据本发明实施方式的剪式齿轮的主齿轮和副齿轮的视图；图3为示出图2中根据第一个实施方式的剪式齿轮的剪式弹簧和支撑突起的视图；图4为示出根据第二个实施方式的剪式弹簧和支撑突起的视图；图5为示出根据第三个实施方式的剪式弹簧和支撑突起的视图；图6为示出根据第四个实施方式的剪式弹簧和支撑突起的视图；以及图7为示出根据本发明实施方式的制造剪式齿轮的方法的流程图。
具体实施例方式根据本发明的实施方式，剪式齿轮结构包含:主齿轮I和副齿轮3，同心布置以可彼此相对地旋转；剪式弹簧5，提供弹力，以使主齿轮I和副齿轮3可彼此相对地旋转，其中剪式弹簧5优选为弧形；以及一体形成的支撑突起7，突起在主齿轮I和副齿轮3彼此面对的位置上，使得剪式弹簧5的两端分别被支撑。与传统的剪式齿轮结构不同，本发明并不单独制造强力插入主齿轮I与副齿轮3的昂贵剪式销。相反，根据本发明，在制造主齿轮I和副齿轮3时一体地形成执行传统剪式销功能的支撑突起7，且剪式弹簧5具有简单的端部结构并因此可以通过切割或冲裁而方便地形成。结果，本发明降低了制造剪式齿轮的成本。图3示出根据第一个实施方式的剪式弹簧5和支撑突起7。如图所示，剪式弹簧5的端部包含平面端5-1，该平面端5-1具有在主齿轮I和副齿轮3的径向上被线性切割的形状。支撑突起7包含提供与平面端5-1进行面接触的支撑平面部7-1、和限制剪式弹簧5的端部进行移动的径向控制部7-2。具体而言，根据多个实施方式，径向控制部7-2限制剪式弹簧5的端部在主齿轮I和副齿轮3的径向上向内移动。图2中也示出支撑突起7的总体结构。因为通过线性切割剪式弹簧5的端部而简单地形成平面端5-1，剪式弹簧5的制造可以容易且廉价。另外，主齿轮I和副齿轮3上分别支撑剪式弹簧5的端部的支撑突起7，可通过在制造主齿轮I和副齿轮3时由粉末烧结而一体地形成。这样，无需产生额外的成本就提高了剪式齿轮的强度和耐磨性。根据本发明的实施方式，支撑突起7的支撑平面部7-1与剪式弹簧5的平面端5-1进行面接触，与传统的情形相比，达到更加稳定的接触并支撑在更大的面积上。这提供了与接触支撑面积的增加成比例的应力分散效应，从而确保强度和耐磨性并增强耐用性。另外，径向控制部7-2防止剪式弹簧5的端部在径向上向内移动，从而保持稳定的支撑状态。图4示出根据第二个实施方式的剪式弹簧5和支撑突起7，其中剪式弹簧5的端部包含平面端5-1，该平面端5-1具有如同以上实施方式的沿主齿轮I和副齿轮3的径向被线性切割的形状。如图进一步所示，支撑突起7包含矩形凹槽7-3，平面端5-1插入该矩形凹槽7-3中，以保持面接触的状态。除在第一个实施方式中支撑平面部7-1和径向控制部7-2彼此正交形成“L”形之夕卜，在第二个实施方式中，矩形凹槽7-3设在支撑突起7中，使得剪式弹簧5的平面端5-1完全插在其中，使得三面支撑成为可能。图5示出根据第三个实施方式的剪式弹簧5和支撑突起7，其中剪式弹簧5的端部包含圆弧形式的弧形端5-2。如该实施方式所示，弧的中心部分是凸起的。如图进一步所示，支撑突起7包含与弧形端5-2互补以形成面接触状态的弧形凹槽7-4。从而，支撑突起7不仅在原本提供弹力的剪式弹簧5的圆周方向上而且在其径向上支撑剪式弹簧5。另外，剪式弹簧5的整个弧形端5-2由整个弧形凹槽7-4支撑，因此增大接触支撑面积，从而获得增强的应力分散效果。图6示出根据第四个实施方式的剪式弹簧5和支撑突起7，其中剪式弹簧5的端部包含梯形端5-3，该梯形端5-3形成为朝向其末端变窄的梯形形状。如图所示，支撑突起7包含与梯形端5-3互补以形成面接触状态的梯形凹槽7-5。如在以上实施方式中，该结构稳定地支撑剪式弹簧5的端部。该结构可进一步展现对于作用在剪式弹簧5上的载荷的与接触支撑面积的增大成比例的增强应力分散效果，从而提高剪式齿轮的总体耐用性。根据多个实施方式，主齿轮I和副齿轮3 —体地形成有支撑突起7。具体地，通过使包含碳(C)、钥(Mo)、铁(Fe)和其它任选组分的混合物的粉末进行成型、烧结、轧制和热处理来形成具有一体的支撑突起的主齿轮I和副齿轮3。根据示例性实施方式，粉末包含约0.15 0.25wt%的碳(C)、约0.5 1.5wt%的钥(Mo)、余量的铁，以及任选地含量小于lwt%的一种或多种其它组分，该粉末进行成型、烧结、轧制和使用渗碳的热处理。已经发现，如果C含量小于0.15wt%，那么会降低热处理时的淬透性和硬度。相反，如果其含量超过0.3wt%，那么在热处理后，脆性引起耐冲击性的降低。如果Mo含量小于0.5wt%，那么会降低材料的机械特性和淬透性。相反，如果其含量超过1.5wt%，那么材料成本会变得过高且可成型性降低。更具体地，根据示例性实施方式，如图7中所示，根据本发明的制造剪式齿轮的方法包括:将包含约0.15 0.25wt%的C、约0.5 1.5wt%的Mo、余量的Fe的粉末进行成型，其中任何其它材料以低于约lwt%的量包含在其中，从而形成各个主齿轮I和副齿轮3的成型体(SlO);烧结成型体，从而形成烧结体(S20);对烧结体进行轧制，从而形成轧制体，其中其凹凸不平表面是被压紧的(S30);使用渗碳来热处理轧制体，以提高凹凸不平表面的硬度，从而形成主齿轮I和副齿轮3(S40)。根据多个实施方式，在成型步骤(SlO)中，于约100°C或更高，用粉末填充上模具和下模具，且用模具压缩该粉末，形成成型体。进行成型，从而提供成型体所需的密度，例如约7.3g/cc或更高，同时一体地形成支撑突起7。在烧结(S20)时，成型体于适当的烧结温度(例如，约1100 1300°C )在还原氛围中烧结一段适当的时间，例如约30分钟 2小时。如果烧结温度过低，例如低于110(TC，则无法有效扩散粉末材料并在粉末颗粒之间形成颈缩。另一方面，如果烧结温度过高，例如高于1300°C，那么会不期望地显著降低批
量生产。在烧结(S20)之后，通过冷却烧结体例如至室温来进行轧制步骤(S30)，烧结体的内部被固定，轧制模具位于其外部以进行旋转和挤压。进行该步骤，以获得所期望的被压紧的凹凸不平表面的深度，例如约150 400 μ m的深度。如果被压紧的凹凸不平表面的深度过低，例如低于150 μ m，那么可能无法满足所需的机械特性。相反，如果被压紧的凹凸不平表面的深度过高，例如超过400 μ m，那么由于轧制、和热处理(S40)时所不期望地增加的热变形，残余应力会变得过多。如前所述，本发明提供剪式齿轮结构和其制造方法。根据本发明，剪式齿轮能有效展现出消除齿隙以及防止噪声和振动的功能，甚至无需单独地制造通常要形成并强力插入主齿轮和副齿轮中的昂贵剪式销。也可提供该剪式齿轮而无需进行昂贵的工艺，例如在剪式弹簧的两端形成槽的细丝切割。另外，根据本发明，可改善包括强度和耐磨性的机械特性。尽管已经为示例的目的而公开了本发明的优选实施方式，本领域的技术人员应该意识到，可以进行各种修改、增加和替代而不脱离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种剪式齿轮结构，包含: 主齿轮和副齿轮，同心地配置，使得能够彼此相对地旋转； 剪式弹簧，配置在所述主齿轮与所述副齿轮之间，提供弹力以使所述主齿轮和所述副齿轮能彼此相对地旋转； 支撑突起，一体地形成在所述主齿轮和所述副齿轮上，所述支撑突起被定位在所述主齿轮和所述副齿轮上以支撑所述剪式弹簧。
2.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述剪式弹簧为弧形并具有两个端部。
3.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述弧形剪式弹簧的两个端部中的每个端部由所述支撑突起支撑于所述主齿轮和所述副齿轮上。
4.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述剪式弹簧的端部包含平面端，所述平面端具有在所述主齿轮和所述副齿轮的径向上被线性切割的形状； 并且所述支撑突起包含 支撑平面部，提供与所述剪式弹簧的平面端进行面接触的平面，以及 径向控制部，定位成限制所述剪式弹簧的端部在所述主齿轮和所述副齿轮的径向上向内移动。
5.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述剪式弹簧的端部包含在所述主齿轮和所述副齿轮的径向上线性延伸的平面端，且所述支撑突起包含矩形凹槽，所述平面端插入所述矩形凹槽中以形成面接触的状态。
6.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述剪式弹簧的端部包含凸起的弧形端，且所述支撑突起包含与所述弧形端互补以形成面接触状态的弧形凹槽。
7.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 所述剪式弹簧的端部包含朝向其末端变窄的梯形端，且所述支撑突起包含与所述梯形端互补以形成面接触状态的梯形凹槽。
8.如权利要求1所述的剪式齿轮结构，其中， 通过使包含约0.15 0.25wt%的碳(C)、约0.5 1.5wt%的钥(Mo)、余量的铁(Fe)、以及少于的其它任选材料的粉末进行成型、烧结、轧制和使用渗碳的热处理而形成所述主齿轮和所述副齿轮。
9.一种制造剪式齿轮的方法，包括: 将包含约0.15 0.25wt%的碳(C)、约0.5 L 5 七％的钥(Mo)、余量的铁(Fe)、以及小于的其它任选材料的粉末进行成型，从而形成各个主齿轮和副齿轮的成型体(SlO)； 烧结所述成型体，从而形成烧结体(S20)； 对所述烧结体进行轧制，从而形成轧制体，其凹凸不平的表面是被压紧的(S30);以及 使用渗碳来热处理所述轧制体，以提高所述凹凸不平表面的硬度，从而形成所述主齿轮和所述副齿轮(S40)。
10.如权利要求9所述的方法，其中， 通过在约100°C或更高的条件下添加所述粉末到上模和下模并挤压所述上模和下模来进行所述成型(Sio)，以提供具有约7.3g/cc或更高密度的成型体。
11.如权利要求9所述的方法，其中， 所述烧结(S20)在约1100 1300°C的还原氛围中进行约30分钟 2小时。
12.如权利要求9所述的方法，其中， 通过在所述烧结(S20)之后将所述烧结体冷却至约室温来进行所述轧制(S30)，进行所述轧制(S30)以使所述被压紧的凹凸不平表面的深度为约150 400 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种剪式齿轮结构和其制造方法，其中剪式齿轮可有效消除齿隙并防止噪声和振动，其中该剪式齿轮具有改善的包括强度和耐磨性的机械性能。本发明提供一种剪式齿轮而无需单独地制造必须强力插入的昂贵剪式销、也无需昂贵的工艺例如在剪式弹簧的两端形成槽的细丝切割。
文档编号B22F5/08GK103161915SQ20121026487
公开日2013年6月19日 申请日期2012年6月27日 优先权日2011年12月8日
发明者金信圭, 金起范, 李在圭, 卢泰勋, 金基正 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社