用于蜗轮减速器的密封的制作方法

专利名称：用于蜗轮减速器的密封的制作方法
技术领域：
本发明涉及蜗轮减速器装置，具体而言，涉及用于该减速器轴的改进的密封。
背景技术：
蜗轮系统的相关商业实用性在某种程度上基于齿轮箱密封阻止润滑剂泄漏的能力；齿轮箱密封阻止细碎污染物进入的能力；齿轮箱密封使发热最小化的能力；以及齿轮箱密封使该密封本身和/或其配合轴的磨损最小化的能力。因此，蜗轮箱的密封在蜗轮系统的商业实用性方面起到重要作用。
然而，当前用于蜗轮箱的密封具有比任何其他齿轮箱部件更短的寿命。润滑剂泄漏表示密封失败。将润滑剂泄漏到环境中一般是不可接受的，并且更换密封耗时耗财。碎屑会擦伤并损坏密封弹性体和/或刮擦并磨损轴或轴套。反过来，密封也会被与润滑剂之间的化学反应、由与轴或者轴套间的接触而带来的磨损以及会使弹性体脆化的热所影响。在齿轮箱的使用寿命期间，密封可能会被更换一次或者更多次。

发明内容
本发明提供一种蜗轮装置，包括具有蜗杆轴和螺旋螺纹的蜗杆，具有蜗轮齿的蜗轮，以及从该蜗轮中心伸出的蜗轮轴。该蜗杆螺旋以及蜗轮以啮合关系被包含在一外壳中。该蜗杆轴和蜗轮轴从该外壳伸出并被轴承支撑在该外壳的壁内。该外壳壁处的密封在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸。所述密封防止润滑剂的漏出以及碎屑进入。密封与轴的接触面被形成于所述密封接触该蜗杆轴以及蜗轮轴或者轴套之处。我们已经发现，密封性能可通过如下途径来提高(例如，可增加密封的使用寿命)(1)使用具有青铜蜗轮的硬化钢蜗杆；(2)使用硬化钢蜗轮和青铜蜗轮，以及在蜗杆螺纹或螺旋和蜗轮齿中之一个或两者上的摩擦涂层；(3)使用硬化钢蜗轮和青铜蜗轮，以及在输入轴或输出轴或者轴套中的一个或两个上的摩擦涂层；或者(4)使用带有青铜蜗轮的硬化钢蜗轮，以及被涂敷于蜗杆螺纹、蜗轮齿、输入轴和输出轴或者轴套，或者其组合上的摩擦涂层。在每种途径中，蜗杆、蜗轮以及输入轴和输出轴或者轴套可具有表面精加工处理。此外，在每种途径中，可将碳或者碳/氮浓度梯度加到蜗杆中。


图1为包括本发明的密封在内的减速器装置的横截面视图；图2为沿图1中的圈2的放大横截面视图，其更为详细地示出了密封；并且图3a-d是示出当被渗碳(图3a)、被渗氮(图3b)、被碳氮共渗(图3c)以及被氮碳共渗(nitrocarburize)(图3d)时，本发明蜗杆的示例性碳分布图和氮分布图。这些示例性分布图没有按照比例绘制。
相应的附图标记将会被用于这些附图的若干图中。
具体实施例方式
下面详细的描述通过示例的方式而非限制的方式来说明本发明。这种描述将会使得本领域人员能够清楚地执行并使用本发明，并且描述了本发明的若干个实施例、适应、变化、替换以及使用，包括我们当前认为的实施本发明的最佳方式。此外，应该理解，本发明在其应用中不局限于以下描述中所阐述的或者附图中所图示的部件的结构和装配的细节。本发明可以具有其他实施例，并且可以以各种方式来付诸实践或执行。而且，应该理解，这里所使用的措辞和术语是以描述为目的并且不应被认为是限制。
图1中总体上示出了蜗杆装置。该蜗杆装置包括具有形成于其上的螺旋蜗杆螺纹14的蜗杆输入轴12。输入轴12被连接到原动机或者驱动装置16上，例如电动机。蜗杆螺纹14与蜗轮或者轮20的齿18相啮合。输出轴22从蜗轮20的中心伸出，以便在蜗轮作用下旋转。蜗杆输入轴12和蜗轮20被包含在外壳24之中，并且输入和输出轴从外壳中伸出，以被连接到驱动装置16和被驱动构件(未示出)上。虽然驱动装置16被示为被连接到蜗杆输入轴12上，但是可替代地，驱动装置16可以经由蜗轮轴22而被连接到蜗轮20上，以便蜗轮20驱动蜗杆轴12。
输入轴12和输出轴22分别通过密封26和28被密封。如图2的放大视图中最好可见，密封26位于支持输入轴12的输入轴轴承30的外部。轴承30被容纳于外壳内的轴承座32之中，该轴承座32环绕开口34，轴12穿过开口34而伸出。所述输出轴也被一轴承(未示出)所支撑。密封26在限定开口34的表面和轴12之间延伸并且是一弹性密封。
可以通过增强密封性能来增加蜗轮箱的使用寿命。而密封性能可通过选择最适宜的材料、光洁度(finish)、和/或用于蜗杆、蜗轮、轴和/或轴套的涂层选择物来改进。选择最适宜的材料、光洁度和/或涂层可带来增加的密封寿命；更少的密封生热；更低的扭矩和功率损耗；以及更小的密封泄漏。可以通过如下方式来实现上述好处减少摩擦并且阻止由蜗杆和蜗轮的粘蚀磨损和磨料磨损引起的碎屑形成；减少蜗杆/蜗轮啮合中摩擦生热；减少密封接触面内的摩擦生热；减少由密封和轴或者轴套间相互接触或与第三方污染物接触引起的磨损。
改进密封性能的一个方法是采用靠在标准青铜蜗轮上操作的具有平滑、无定向的表面形貌的硬化的钢蜗杆。该形貌上被增强的蜗杆将通过最小化蜗杆和蜗轮间的固体间(solld-solid)粘接相互作用，来减少碎屑形成。这种结构会促进低啮合摩擦损耗，从而可允许低粘性润滑剂的使用。减少润滑剂中碎屑量和来自于啮合摩擦损耗的热生成会减少密封磨损量，从而减少密封泄漏并延长密封寿命。
用于蜗杆的钢可以通过加热的工序来硬化，以产生奥氏体。优选地，加热工序在钢中产生至少50％的奥氏体。蜗杆可以在熔炉中或者由激光、电子束、磁感应或者可见光加热。在加热之后，可对钢进行淬火和回火。被加热的部分可在基于烃或者基于水的液体、空气、部分真空或者气体中淬火。加热时间和温度的选择、淬火介质选择以及回火时间和温度的选择基于钢的成分以及所需要的特性，例如硬度和刚性的值。在一个示例中，蜗杆可由锻造的AISI/SAE型4140钢制成。这种钢会在大约1575(大约855℃)的温度下奥氏体化大约一(1)小时，在油中淬火，而后在大约400(约204℃)回火约两小时，以遍及该部件产生近似50HRC的硬度。该蜗杆也可由不同类型的钢制成和/或以其他方式进行热处理。
可以在蜗杆的螺旋螺纹上形成碳梯度或者碳氮梯度。也可以允许所述轴形成碳梯度或者碳氮梯度，或者屏蔽(mask-off)所述轴，以防止这些梯度的形成。可以通过对蜗杆进行渗碳来形成碳浓度梯度。这种渗碳处理可以通过气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳或者装箱(pack)渗碳来执行。在渗碳之后，可利用气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮或者盐浴渗氮在蜗杆中形成氮浓度梯度。可替代地，可通过蜗杆的碳氮共渗或者氮碳共渗在蜗杆内同时形成碳和氮浓度梯度。可利用气体碳氮共渗、真空碳氮共渗、离子碳氮共渗或者装箱碳氮共渗来执行碳氮共渗。可利用气体氮碳共渗、真空氮碳共渗、离子氮碳共渗或者盐浴氮碳共渗来执行氮碳共渗。碳和/或氮的浓度会在表面最大化。浓度会随着从表面增加的距离而降低。包括中心在内的蜗杆的一部分会具有原始成分。示例性的碳和氮梯度分布图被示于图3a-3d中。所示出的分布图没有按照比例绘制而仅为示例性的。换言之，实际的分布图可与图3a-3d的图形中所示的分布图不同。
在一个示例中，蜗杆可由锻造的AISI/SAE型8620钢制成。这种钢会在具有诸如甲烷和氮之类的含碳气体混合物的熔炉中在约1700(约925℃)的温度下被渗碳大约六(6)小时，在减少碳势时将温度降低到大约1550(大约845℃)；而后在油中淬火，并且在大约350(大约177℃)回火约两(2)小时，以产生近似60HRC的表面硬度。该硬度会随着从表面增加的距离而降低，直到达到近似30至45HRC的基本上恒定的值。该碳含量会随着从表面增加的距离而从表面附近的＝0.70wt％C降低，直到达到近似0.20wt％C的基本上恒定的值。
在另一个示例中，蜗杆可由锻造的AISI/SAE型4140钢制成。这种钢会在大约1575(大约855℃)的温度下奥氏体化至少约一(1)小时；然后在油中淬火，并在大约1100(大约595℃)回火约两(2)小时，约二十四(24)小时，以产生近似700HKN(大约60HRC)的表面硬度。该硬度会随着从表面增加的距离而降低，直到达到近似30HRC的基本上恒定的值。
在又一个示例中，蜗杆可由锻造的AISI/SAE型4140钢制成。这种钢会在大约1575(大约855℃)温度下奥氏体化至少约一(1)小时；然后在油中淬火，并在大约1100(大约595℃)回火约两小时，以产生近似29HRC的表面硬度。该蜗杆而后会通过在近似1050(大约525℃)的温度下浸没于含碳和氮的盐浴中约五(5)小时，以产生等于近似60HRC的表面硬度。该硬度会随着从表面增加的距离而降低，直到达到近似29HRC的基本上恒定的值。
上述的示例仅为示例性的。蜗杆可以由其他类型的钢制成，并且可以其他方式被渗碳、氮碳共渗或者碳氮共渗。
用于增强蜗杆上表面纹理(texture)的一种方法可以是振动精加工。提供蜗杆上最佳表面纹理的其他方法包括硬车削(hard turning)、搪磨(honing)、磨削(grinding)以及轧制(rolling)。所提及的纹理化方法的组合也可以用来增强蜗杆的表面纹理。
应该注意，可能需要防止轴或轴套接触密封的部分被改变形貌。密封接触区域通常被下降磨削到小于或等于20微英寸算术平均表面粗糙度或Ra，该表面粗糙度没有连续的螺旋状图案(导程(lead))或方向性。形貌改变该表面粗糙度没有连续的螺旋状图案(导程(lead))或方向性。形貌改变可将表面粗糙度降低到最小限制以下并且可以消除由磨削产生的所希望的表面精整图案。这样，优选地，在密封会接触轴的附近区域，不对输入轴和输出轴或轴套进行形貌改变。
用于改进密封性能的另一途径是采用标准的青铜蜗轮以及由硬化钢制成的蜗杆，该硬化钢在形貌上被增强，并且具有涂敷于其上的摩擦涂层。该涂层可以被仅涂敷于轴上或者涂敷于螺旋螺纹(齿)和轴上。此第二种途径在第一种途径上增加了摩擦涂层。如上所述，该蜗杆钢被硬化并在形貌上被增强。形貌被拓扑和被涂覆的蜗杆会通过在促进低齿啮合摩擦损耗的同时使蜗杆和蜗轮之间的粘合齿磨损和/或蜗轮的磨料齿磨损最小化，来最小化碎屑形成。摩擦涂层具有一功能层，该功能层由例如钨、钛以及铬的毫微结晶金属碳化物组成，即由分散在无定形的氢化碳基体中的一些物质组成。在蜗杆被涂覆摩擦涂层之前执行蜗杆的表面纹理化。
又另一种改进密封性能的途径是在轴或者轴套上依托密封处(密封相对面(seal counter-face))采用摩擦涂层。轴套是单独的中空圆柱件，其被置于轴的外侧直径上。应该理解，通篇当提及轴时，这还可以包括与轴共同使用的轴套。这种途径在第一种或者第二种途径基础上增加了在输入轴和/或输出轴上使用涂层。用于轴或者轴套的摩擦涂层可由与弹性密封在化学上兼容的材料组成，以便在轴与密封的接触面处降低密封磨损和热生成，从而减少密封泄漏并延长密封寿命。该摩擦涂层可具有薄固体功能层，该功能层主要由致密微结构的铬和氮元素组成。在涂覆之前，该轴通常被下降磨削到小于或等于20微英寸算术平均表面粗糙度或者Ra，且没有连续的螺旋状图案(导程)或方向性。
蜗轮的表面纹理也可被增强。由于具有蜗杆螺旋，可通过振动加工、喷丸(peening)、硬车削、搪磨、轧制以及其组合来实现蜗轮的增强。
这样，蜗轮齿可以接受一种处理，并且密封相对面可以接受另一种不同的处理。
以上提出四种不同的途径(1)使用带有青铜蜗轮的硬化钢蜗杆；(2)使用硬化钢蜗杆以及在蜗杆螺纹或者螺旋和蜗轮齿中之一或者全部上具有摩擦涂层的青铜蜗轮；(3)使用硬化钢蜗杆以及在输入轴或输出轴或者轴套上有摩擦涂层的青铜蜗轮；或者(4)使用带有青铜蜗轮的硬化钢蜗杆，该蜗轮具有涂敷于蜗杆螺纹、蜗轮齿、输入轴和输出轴或者轴套或其组合上的摩擦涂层。在三种途径的每一种中，蜗杆、蜗轮以及输入轴和输出轴可进行表面精加工处理。另外，在四种途径的每一种中，碳或碳/氮浓度梯度可被增加到蜗杆上。可以理解，每种途径都建立于前一途径之上，以进一步改进密封性能，从而减少密封泄漏并延长密封寿命。
本发明的方法将允许设计者结合蜗轮齿和密封相对面材料、多表面光洁度，以及多涂层增强，以改进蜗轮密封系统性能，并提供更长、无泄漏的密封寿命。蜗轮齿材料和表面处理可消除由蜗轮齿上内部产生的青铜碎屑带来的密封相对面磨损。密封相对面处理可以与齿轮表面处理不同，并且密封相对面处理可消除外部碎屑带来的密封反面磨损并降低摩擦热。与使用单独的密封解决方案相比，此系统的协作方法允许人们以较低的寿命周期成本获得最优性能结果。
由于在上述结构中可进行各种变化，而不背离本发明的范围，因此这意味着，上述描述中包含的或者附图中示出的所有内容应该被理解为示例性的，并非限制性意义。
权利要求
1.一种用于改进蜗轮减速器装置的密封的特性的方法，在运转期间该密封与蜗轮减速器装置的轴或轴套的任一部分相接触，该蜗轮减速器装置包括具有螺旋螺纹的蜗杆轴；具有蜗轮齿的蜗轮；从该蜗轮中心伸出的蜗轮轴，该蜗杆螺旋和蜗轮被包含在一外壳内，并且该蜗杆轴和蜗轮轴从该外壳伸出；支撑该蜗杆轴和蜗轮轴的轴承；以及在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸的密封，所述方法包括在该蜗杆螺旋和蜗轮齿中之一或两者上进行表面光洁度处理，以便提供所述齿的增强的抗粘附磨损性，从而将使该轴与密封的接触面处的磨蚀磨损最小化。
2.如权利要求1所述的方法，其中进行表面光洁度处理的步骤通过振动加工、喷丸、硬车削、搪磨、轧制、磨削或者其组合来执行。
3.如权利要求2所述的方法，其中该齿表面光洁度包括小于8微英寸的表面粗糙度(Ra)。
4.如权利要求2所述的方法，其中该轴或轴套与该密封接触的区域的表面光洁度包括没有任何导程的小于或等于20微英寸的算术平均表面粗糙度(Ra)。
5.如权利要求1所述的方法，其中该蜗杆为钢蜗杆；该方法包括对用于该蜗杆的钢进行硬化的步骤；硬化该蜗杆的步骤包括加热该蜗杆以产生至少一些奥氏体，对该蜗杆进行淬火，和对该蜗杆进行回火。
6.如权利要求5所述的方法，其中加热该蜗杆的步骤包括在熔炉中或者通过激光、电子束、磁感应、可见光或者其组合来加热该蜗杆；并且，该淬火步骤在基于烃或基于水的液体、或者空气、或者部分真空、或者气体中来执行。
7.如权利要求5所述的方法，包括通过气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳或者装箱渗碳来在该蜗杆内形成碳浓度梯度的步骤。
8.如权利要求5所述的方法，包括利用气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮或者盐浴渗氮来在该蜗杆内形成氮浓度梯度的步骤。
9.如权利要求5所述的方法，包括通过气体氮碳共渗、真空氮碳共渗、离子氮碳共渗或者盐浴氮碳共渗，在该蜗杆内同时形成氮浓度梯度和碳浓度梯度的步骤。
10.如权利要求5所述的方法，包括通过气体碳氮共渗、真空碳氮共渗、离子碳氮共渗或者装箱碳氮共渗，在该蜗杆内同时形成碳浓度梯度和氮浓度梯度的步骤。
11.一种用于改进蜗轮密封的特性的方法，其中蜗轮装置包括具有蜗杆轴和螺旋螺纹的蜗杆；具有蜗轮齿的蜗轮；从该蜗轮中心伸出的蜗轮轴，该蜗杆轴和蜗轮被包含在一外壳内，并且该蜗杆轴和蜗轮轴从该外壳伸出；在该外壳中支撑该蜗杆轴和蜗轮轴的轴承；以及在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸的密封，在运转期间该蜗轮密封与该蜗杆蜗轮轴或轴套的任一部分相接触；所述方法包括在该蜗杆轴和蜗轮轴或轴套中的一个或两个上施加涂层，以便在所述轴与密封的接触面处提供增强的抗粘附磨损性和/或抗磨蚀磨损性。
12.如权利要求11所述的方法，包括通过振动加工、喷丸、振动加工、喷丸、喷丸、硬车削、搪磨、轧制、磨削或者其组合对所述轴或轴套进行表面光洁度处理的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述轴或轴套与该密封接触的区域的表面光洁度包括没有任何导程的小于或等于20微英寸的算术平均表面粗糙度(Ra)。
14.如权利要求11所述的方法，其中该蜗杆为钢蜗杆；该方法包括对用于该蜗杆的钢进行硬化的步骤；硬化该蜗杆的步骤包括加热该蜗杆以产生至少一些奥氏体，对该蜗杆进行淬火，和对该蜗杆进行回火；该加热步骤在熔炉中或者通过激光、电子束、磁感应、可见光或者任何其他适合的硬化工艺来执行；该淬火步骤在基于烃或基于水的液体、空气、部分真空或者气体中来执行。
15.如权利要求14所述的方法，包括通过气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳或者装箱渗碳来在该蜗杆内形成碳浓度梯度的步骤。
16.如权利要求14所述的方法，包括利用气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮或者盐浴渗氮来在该蜗杆内形成氮浓度梯度的步骤。
17.如权利要求14所述的方法，包括通过气体氮碳共渗、真空氮碳共渗、离子氮碳共渗或者盐浴氮碳共渗，在该蜗杆内同时形成氮浓度梯度和碳浓度梯度的步骤。
18.如权利要求14所述的方法，包括通过气体碳氮共渗、真空碳氮共渗、离子碳氮共渗或者装箱碳氮共渗，在该蜗杆内同时形成碳浓度梯度和氮浓度梯度的步骤。
19.如权利要求11所述的方法，其中该涂层被涂敷于该输入轴或输入轴套和/或输出轴或输出轴套上与该密封接触的区域。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述轴和/或轴套涂层包括薄固体顶部功能层，该功能层主要由致密微结构的铬和氮元素组成。
21.如权利要求19所述的方法，包括对所述轴或者轴套进行表面光洁度处理的步骤，其中该表面光洁度处理在涂敷所述齿和/或轴和/或轴套涂层之前被施加。
22.如权利要求11所述的方法，包括对所述蜗杆螺旋和/或蜗轮齿进行表面光洁度处理的步骤；所述进行表面光洁度处理的步骤通过振动加工、喷丸、硬车削、搪磨、轧制、磨削或者其组合来执行。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述施加到所述蜗轮齿上的表面光洁度具有小于大约8微英寸的表面粗糙度(Ra)。
24.如权利要求11所述的蜗轮装置，其中一涂层被涂敷于所述蜗杆螺旋和/或蜗轮齿上。
25.如权利要求24所述的蜗轮装置，其中该齿涂层包括顶部功能层，该功能层由分散在无定形的氢化碳基体中的毫微结晶金属碳化物组成。
26.如权利要求24所述的方法，包括对所述蜗轮螺旋和/或蜗轮齿进行表面光洁度处理的步骤，其中该表面光洁度处理在涂敷该齿涂层之前被施加。
27.一种用于改进蜗轮密封的特性的方法，该蜗轮装置包括具有蜗杆轴的蜗杆，该蜗杆轴具有螺旋螺纹；具有蜗轮齿的蜗轮；以及从该蜗轮中心伸出的蜗轮轴，该蜗杆螺旋和蜗轮被包含在一外壳内，并且该蜗杆轴和蜗轮轴从该外壳伸出；支撑该蜗杆轴和蜗轮轴的轴承；以及在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸的密封，在运转期间该蜗轮密封与该蜗杆蜗轮轴或轴套的任一部分相接触；该方法包括在该蜗杆螺旋和蜗轮齿中之一或两者上施加涂层，以便提供所述齿的增强的抗粘附磨损性，从而将使该轴与密封的接触面处的磨蚀磨损最小化。
28.如权利要求27所述的方法，包括对所述蜗杆螺旋和/或蜗轮齿进行表面光洁度处理的步骤；所述进行表面光洁度处理的步骤通过振动加工、喷丸、硬车削、搪磨、轧制、磨削或者其组合来执行。
29.如权利要求28所述的方法，其中被施加到所述蜗轮齿上的该表面光洁度具有小于大约8微英寸的表面粗糙度(Ra)。
30.如权利要求27所述的方法，其中该蜗杆为钢蜗杆；该方法包括对用于该蜗杆的钢进行硬化的步骤；硬化该蜗杆的步骤包括加热该蜗杆以产生至少一些奥氏体，对该蜗杆进行淬火，和对该蜗杆进行回火。
31.如权利要求30所述的方法，包括通过气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳或者装箱渗碳来在该蜗杆内形成碳浓度梯度的步骤。
32.如权利要求30所述的方法，包括利用气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮或者盐浴渗氮来在该蜗杆内形成氮浓度梯度的步骤。
33.如权利要求30所述的方法，包括通过气体氮碳共渗、真空氮碳共渗、离子氮碳共渗或者盐浴氮碳共渗，在该蜗杆内同时形成氮浓度梯度和碳浓度梯度的步骤。
34.如权利要求30所述的方法，包括通过气体碳氮共渗、真空碳氮共渗、离子碳氮共渗或者装箱碳氮共渗，在该蜗杆内同时形成碳浓度梯度和氮浓度梯度的步骤。
35.如权利要求27所述的蜗轮装置，其中该涂层包括顶部功能层，该功能层由分散在无定形的氢化碳基体中的毫微结晶金属碳化物组成。
36.如权利要求35所述的方法，包括对该蜗轮螺旋和/或所述蜗轮齿进行表面光洁度处理的步骤，其中该表面光洁度处理在该涂层被涂敷于该蜗杆螺旋和/或所述蜗轮齿上之前被施加。
37.如权利要求27所述的方法，包括通过振动加工、喷丸、振动加工、喷丸、喷丸、硬车削、搪磨、轧制、磨削或者其组合对所述轴或者轴套进行表面光洁度处理的步骤。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述轴或轴套与该密封接触的区域的表面光洁度包括没有任何导程的小于或等于20微英寸的算术平均表面粗糙度(Ra)。
39.如权利要求37所述的方法，其中该涂层被涂敷于该输入轴或者该输入轴套和/或该输出轴或者输出轴套上与该密封接触的区域。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述轴和/或轴套涂层包括薄固体顶部功能层，该功能层主要由致密微结构的铬和氮元素组成。
41.如权利要求39所述的方法，其中该表面光洁度处理在涂敷所述齿和/或轴和/或轴套涂层之前被施加。
42.一种蜗轮装置，包括具有蜗杆轴和螺旋螺纹的蜗杆；具有蜗轮齿的蜗轮；从该蜗轮中心伸出的输出轴，该蜗杆螺旋和蜗轮被包含在一外壳内，并且该输入轴和输出轴从该外壳伸出；支撑该蜗杆轴和蜗轮轴的轴承；以及在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸的密封，该改进包括该蜗杆由硬化钢制成而该蜗轮由较软金属制成；该蜗杆螺旋、蜗轮齿、蜗杆轴和蜗轮轴中的一个或更多个的表面具有增强的表面纹理，以增强该密封的使用寿命。
43.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该密封接触区域具有小于或等于20微英寸的算术平均表面粗糙度或Ra，该表面粗糙度没有连续的螺旋状图案或方向性。
44.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该齿表面光洁度具有小于8微英寸表面粗糙度(Ra)的表面粗糙度(Ra)。
45.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该蜗杆在所述钢中具有至少50％的奥氏体。
46.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该蜗杆具有约50HRC至约60HRC的表面硬度。
47.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该蜗杆硬度从该表面径向向内减小到约30HRC的硬度。
48.如权利要求42所述的蜗轮装置，其中该蜗杆具有碳浓度梯度，该碳浓度在该表面最大并且从该表面向内降低。
49.如权利要求48所述的蜗轮装置，其中该蜗杆在该表面具有大约0.7wt％的碳浓度，所述浓度降低到大约0.2wt％。
50.如权利要求48所述的蜗轮装置，其中该蜗轮装置还具有氮梯度。
51.如权利要求42所述的蜗轮装置，包括被涂敷于该蜗杆螺旋、蜗轮齿、蜗杆轴和蜗轮轴中的一个或更多个上的摩擦涂层。
52.如权利要求51所述的蜗轮装置，其中被涂敷于该蜗杆螺旋和/或蜗轮齿的摩擦涂层具有顶部功能层，该功能层由分散在无定形的氢化碳基体中的毫微结晶金属碳化物组成。
53.如权利要求51所述的蜗轮装置，其中被涂敷于该蜗杆轴和/或蜗轮轴的该摩擦涂层包括薄固体功能层，该功能层主要由致密微结构的铬和氮元素组成。
54.一种蜗轮装置，包括具有蜗杆轴和螺旋螺纹的蜗杆；具有蜗轮齿的蜗轮；从该蜗轮中心伸出的输出轴，该蜗杆螺旋和蜗轮被包含在一外壳内，并且该输入轴和输出轴从该外壳伸出；支撑该蜗杆轴和蜗轮轴的轴承；以及在该蜗轮外壳中的开口与该蜗杆轴和蜗轮轴之间延伸的密封，该改进包括该蜗杆由硬化钢制成而该蜗轮由较软金属制成；摩擦涂层被涂敷于该蜗杆螺旋、蜗轮齿、蜗杆轴和蜗轮轴中的一个或更多个上。
55.如权利要求54所述的蜗轮装置，其中被涂敷于该蜗杆螺旋和/或蜗轮齿的摩擦涂层具有顶部功能层，该功能层由分散在无定形的氢化碳基体中的毫微结晶金属碳化物组成。
56.如权利要求54所述的蜗轮装置，其中被涂敷于该蜗杆轴和/或蜗轮轴的该摩擦涂层包括薄固体功能层，该功能层主要由致密集微结构的铬和氮元素组成。
全文摘要
蜗杆装置密封性能通过如下途径改进(1)使用带有青铜蜗轮(20)的硬化钢蜗杆(14)；(2)使用硬化钢蜗杆和青铜蜗轮，以及在蜗杆螺纹或螺旋(14)和蜗轮齿(18)中的一个或者两个上的摩擦涂层；(3)使用硬化钢蜗杆和青铜蜗轮，以及在输入/输出轴(12)或轴套中的一个或者两个上的摩擦涂层；或者(4)使用带有青铜蜗轮的硬化钢蜗杆，以及被涂敷于蜗杆螺纹(14)、蜗轮齿(18)、输入/输出轴(12)或者轴套、或者其组合上的摩擦涂层。在每种途径中，蜗杆(14)、蜗轮(20)以及输入/输出轴(12)或轴套可以经历表面精加工处理。此外，在每种途径中，碳或碳/氮浓度梯度可以被加到蜗杆(14)上。每种途径都建立在前一种途径基础上，以便进一步改进密封性能，从而减少密封泄漏并延长密封寿命。
文档编号F16H55/06GK1985107SQ200580020801
公开日2007年6月20日 申请日期2005年6月15日 优先权日2004年6月22日
发明者乔夫·比绍夫, 卡尔·里波多, 莱恩·伊文斯, 理查德·波罗斯基 申请人:迪姆肯公司