一种齿轮及其加工方法与流程

本发明涉及齿轮传动技术领域，特别是涉及一种叠片式变齿厚齿轮，该齿轮具有完整的变齿厚径向变位外齿轮结构。

背景技术：

齿轮箱作为现代汽车工业的重要传动部件，是汽车运行过程中的主要振源和噪声源之一，它的工作性能对整车有着重要的影响。汽车厂商也非常重视减少齿轮箱的振动和噪声，并把它作为新车的亮点。齿轮啮合产生振动，通过轴和轴承座传递到齿轮箱体上，导致箱体振动，同时辐射噪声。齿轮啮合界面的振动是结构噪声的决定性激励，如何抑制啮合产生的振动，从根源上降低噪声，具有重要的工程应用价值。

变齿厚齿轮，其变位系数沿轴线方向按一定规律变化，齿形在轴线方向形成一定锥度。通过调整其轴向位移就可以调节啮合侧隙，达到调隙或消隙目的，实现精密传动，因此在精密机器人及精密伺服等传动中具有广阔的应用前景。但这种齿轮加工比较困难，且没有按其成型原理设计的机床可供使用，生产成本很高，因此在国内现有加工水平下解决其加工问题，对于推广该种齿轮的应用具有重要意义。另一方面，现有技术的变齿厚齿轮均采用整体结构，由齿轮啮合产生的振动噪声较大，解决变齿厚齿轮的噪音问题，对于推广这种齿轮的应用也具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决现有技术的变齿厚齿轮加工困难及现有技术的变齿厚齿轮啮合噪音大的问题提供一种加工方便且啮合噪声低的叠片式变齿厚齿轮。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种叠片式变齿厚齿轮，所述齿轮由若干片具有相同齿数且具有变厚齿形的齿片顺序叠合构成，所述齿片包括设于齿轮轴向两端的外齿片及位于两个外齿片之间的若干内齿片，外齿片的厚度大于内齿片的厚度，相邻的齿片之间均嵌设有减振降噪片，齿片的中心设有轴孔，轴孔周围设有若干用于固定齿片的固定孔，所述齿片的齿顶圆直径及齿根圆直径均沿齿轮的同一轴向递增或递减，内外齿片及减振降噪片构成一个完整的变齿厚径向变位外齿轮结构。本发明的变齿厚齿轮由若干片具有变厚齿形的齿片叠合而成，齿片包括外齿片与内齿片，其中在齿轮轴向的两端面上各设置一块外齿片，外齿片之间设置若干内齿片，相邻的齿片之间嵌设减振降噪片，减振降噪片的基本结构与齿片相适配，内外齿片及减振降噪片通过在固定孔内的螺钉或铆钉联接固定，从而构成一个完整的叠片式径向变位变齿厚齿轮。采用叠片方式构成变齿厚齿轮，由于单一齿片厚度较小，因此容易达到加工要求，齿轮加工工艺性好，应用简单的工艺就能完成硬齿面和高精度的变齿厚齿轮加工，解决了现有技术的变齿厚齿轮加工困难的问题，可以提高了传动装置的承载能力和运行精度。这里的变厚齿形是指齿片上的轮齿其齿厚在齿轮的轴向上由齿片的一面向另一面逐步增大。另外，本发明相邻的齿片之间均嵌设有减振降噪片，减振降噪片具有高阻尼特性，将其嵌设于齿片之间，可以有效抑制齿轮啮合引起的振动，即从根源上减少齿轮的啮合振动，减少传动噪声，从而降低噪音。因此本发明的结构可以解决现有技术的变齿厚齿轮啮合噪音大的问题，同时也可以延长齿轮副的使用寿命，特别适用于高精度的传动装置。所述齿轮的轮齿为直齿或斜齿，所述齿轮的变位系数沿齿轮轴向呈线性变化。

所述的叠片式变齿厚齿轮的加工方法，其特征在于包括：将若干金属薄片按规定的齿形及大小加工成变厚齿片，将各齿片按规定的次序对齐进行叠合，并在齿片间胶接减振降噪片，通过在固定孔内设置螺钉或铆钉将所有齿片压紧固定，最后构成一个完整的变齿厚径向变位外齿轮结构。

作为优选，所有内齿片的厚度相等，所有减振降噪片的厚度相等且与相邻的齿片胶接，所述减振降噪片的厚度为内齿片厚度的15%至30%，外齿片的厚度相等且其厚度是内齿片厚度的3至5倍。本发明的齿片在螺钉或铆钉固定的基础上，还与相邻的减振降噪片胶接，这样可以提高齿轮的整体强度。对于同一材质的减振降噪片，采用较大厚度的可以提高减振降噪效果，但会影响齿轮的整体强度；而减振降噪片的厚度过小，则减振降噪效果较差，通常选用减振降噪片的厚度为内齿片厚度的15%至30%比较合适，该数值也可以根据不同工况齿轮的实际需要及不同材质减振降噪片的降噪特性综合考虑选取。本发明的外齿片除承担齿轮的功能外，还承担压紧内齿片及减振降噪片的功能，因此外齿片的厚度通常比内齿片的厚度更大，这样还可以确保齿轮的边缘强度，避免位于最外侧的齿片开裂或卷曲。

本发明的齿片与减振降噪片也可以采用下面几种进一步的改进结构形式：

1、所有内齿片的厚度相等，所有减振降噪片与相邻的齿片胶接，位于齿厚较大的内齿片一侧的减振降噪片的厚度大于位于齿厚较小的内齿片一侧的减振降噪片的厚度，减振降噪片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，减振降噪片的最小厚度为内齿片厚度的15%至20%，减振降噪片的最大厚度为内齿片厚度的25%至30%，外齿片的厚度相等且其厚度是内齿片厚度的3至5倍。在本技术方案中，齿轮中各个内齿片的厚度均相等，减振降噪片的厚度不同，靠近齿厚较大的内齿片一侧的减振降噪片的厚度较大，靠近齿厚较小的内齿片一侧的减振降噪片的厚度较小，且减振降噪片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化。这是考虑到齿厚较大的内齿片其外形尺寸相对较大，在同样的厚度下其谐振频率较低，而厚度较大的减振降噪片对于频率较低的振动具有更好的衰减能力，这样可以在不增加减振降噪片整体厚度的前提下展宽齿轮的振动抑制频带，降低齿轮的传动噪声，从而降低噪音。

2、齿厚较小的内齿片的厚度大于齿厚较大的内齿片的厚度，最大厚度内齿片的厚度是最小厚度内齿片的厚度的1.5至2倍，内齿片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，所有减振降噪片的厚度相等且与相邻的齿片胶接，减振降噪片的厚度为最大内齿片厚度的10%至20%，外齿片的厚度相等且其厚度是最大内齿片的厚度的2至3倍。在本技术方案中，齿轮中各个减振降噪片的厚度均相等，而内齿片的厚度不同，齿厚较小的内齿片的厚度较大，齿厚较大的内齿片的厚度较小，这是考虑到齿厚较小的内齿片其外形尺寸相对较小，在同样的厚度下其谐振频率较高，适当增加厚度可以使其谐振频率下降，避免齿轮的噪声频带过宽，有利于采用单一阻尼特性的减振降噪片消除齿轮的传动噪声，从而降低噪音。

3、齿厚较小的内齿片的厚度大于齿厚较大的内齿片的厚度，最大厚度内齿片的厚度是最小厚度内齿片的厚度的1.5至2倍，内齿片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化；所有减振降噪片与相邻的齿片胶接，位于齿厚较大的内齿片一侧的减振降噪片的厚度大于位于齿厚较小的内齿片一侧的减振降噪片的厚度，最大厚度减振降噪片的厚度是最小厚度减振降噪片的厚度的1.5至2倍，减振降噪片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，减振降噪片的最大厚度为最大内齿片厚度的15%至30%，外齿片的厚度相等且其厚度是最大内齿片的厚度的2至3倍。本技术方案中是前述1、2两种方案的综合方案，其工作原理基本一致，结构相对复杂，但具有更好的减振降噪效果。

作为优选，内齿片包括两种不同硬度的内齿片结构，两种不同硬度的内齿片其硬度值之差为高硬度内齿片硬度值的10%至15%，两种不同硬度的内齿片交替布置，所述内齿片的总数量为奇数，与外齿片相邻的内齿片其硬度高于与其相邻的内齿片，所述外齿片采用复合阻尼钢板结构。采用两种不同硬度的内齿片有利于内齿片的噪声频率点的分散，从而降低同一频率点的噪声峰值，避免噪声频率集中在一个频点上，有利于降低齿轮噪音的最大值。这里的硬度值之差为高硬度内齿片硬度值的10%至15%，是以高硬度的内齿片硬度值为基准，低硬度的内齿片的硬度值与高硬度内齿片硬度值之差相对于高硬度的内齿片硬度值的百分比，举例来说，当高硬度的内齿片硬度值为HRC50时，则低硬度的内齿片的硬度值为HRC42.5-HRC45；两种不同硬度的内齿片可以是两种硬度不同的材料，也可以是同一种材料通过不同的热处理方式得到两种不同的硬度；而外齿片采用复合阻尼钢板结构也可以有效抑制振动的传播，从而降低噪音。

作为优选，每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮设有两种由不同阻尼特性的阻尼材料构成的减振降噪片，两种减振降噪片的损耗因子峰值对应两种频率，两种减振降噪片在齿轮的齿片之间交替布置。对于上述采用两种不同硬度内齿片的齿轮来说，本技术方案的结构可以与其适配，采用两种具有对应阻尼特性的减振降噪片来抑制相应的噪音，可以达到很好的降噪效果。

减振降噪片还可以采用下面的结构形式：

1、每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮设有两种以上由不同阻尼特性的阻尼材料构成的减振降噪片，每种减振降噪片的损耗因子峰值对应不同的频率，不同阻尼特性的减振降噪片在齿轮的齿片之间交替循环布置。本技术方案是针对三种及三种以上但总数小于齿片间隙数的减振降噪片情形，比如减振降噪片为三种，但齿轮的齿片间隙数为六个，此时三种减振降噪片在齿轮的轴向上采用1+2+3+1+2+3的排列方式，这种减振降噪片的设置方案主要用于展宽减振降噪片频率抑制范围，可以在某些噪音频率范围较大的齿轮传动系统中使用。

2、每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮上不同位置的减振降噪片由不同阻尼特性的阻尼材料构成，每片减振降噪片的损耗因子峰值对应不同的频率，不同阻尼特性的减振降噪片在齿轮的轴向上按损耗因子峰值所对应的频率大小依次排列，与齿厚较小的外齿片紧贴的减振降噪片其损耗因子峰值所对应的频率高于与齿厚较大的外齿片紧贴的减振降噪片其损耗因子峰值所对应的频率。本技术方案是采用与齿片间隙数相同数目的、具有不同阻尼特性减振降噪片来抑制齿轮噪音，这种减振降噪片的设置方案主要也是用于展宽减振降噪片频率抑制范围，可以在某些噪音频率范围较大的齿轮传动系统中使用。

本发明的减振降噪片可以采用高分子阻尼材料，也可以采用合金阻尼材料，不同阻尼特性的阻尼材料其损耗因子峰值对应不同的频率，可以有很多的选择。比如高分子材料中的三元乙丙橡胶对应的频率为750Hz左右，丁基橡胶为450Hz左右，天然橡胶为580Hz左右，2-氯丁二烯-丙烯腈共聚物为250Hz左右；也可以选用聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂及丁腈橡胶等。阻尼合金也有很多品种，如Al-Zn合金、Mn-Cu合金、Mg-Zi合金及Ni-Ti合金等，铁基阻尼合金就有Fe-Cr-Al、Fe-Al、Fe-Mo、Fe-W、Fe-Cr-Mo、Fe-Cr-Co等多种高阻尼合金材料，减振降噪材料的品种规格及其特性属于公知技术，实际使用时可以按照本发明公开的选择方法并根据齿轮或齿轮系统的实际工况选取合适材料制作减振降噪片。

作为优选，减振降噪片上设有频率微调孔，所述的频率微调孔为3至6个，沿内齿片的周向均匀布置，相邻两片减振降噪片上的频率微调孔错位设置。在减振降噪片上设置频率微调孔可以微调减振降噪片所对应的阻尼频率峰值点位置，从而使减振降噪片满足不同的频率抑制要求，频率微调孔可以设置在部分减振降噪片上，也可以设置在所有的减振降噪片上，当相邻两片减振降噪片上均设置频率微调孔时，应当避免频率微调孔出现在齿轮的同一轴向上，即避免部分齿片两侧同时出现空腔的情形，防止引起新的振动。

本发明叠片式变齿厚齿轮的加工方法为：将若干金属薄片按规定的齿形及大小加工成变厚齿片，将各齿片按规定的次序对齐进行叠合，并在齿片间胶接减振降噪片，通过在固定孔内设置螺钉或铆钉将所有齿片压紧固定，最后构成一个完整的变齿厚径向变位外齿轮结构。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有技术的变齿厚齿轮加工困难及现有技术的变齿厚齿轮啮合噪音大的问题，本发明的叠片式变齿厚齿轮，以叠片方式构成齿轮，可以采用不同材质、不同厚度，以及不同热处理状态的金属薄片精加工形成齿片，齿轮加工工艺性好，应用简单的工艺就能完成硬齿面和高精度的变齿厚齿轮加工，从而提高传动装置的承载能力和运行精度；且嵌设减振降噪片于齿片之间，从根源上抑制齿轮的啮合振动，减少了传动噪声，延长了齿轮副的使用寿命，特别适用于高精度的传动装置。

附图说明

图1是本发明叠片式变齿厚齿轮的一种结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图2的局部放大图；

图4本发明减振降噪片的一种结构示意图。

图中：1.外齿片，2.内齿片，3.减振降噪片，4.轴孔，5.固定孔，6.频率微调孔，7.铆钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

在图1图2所示的实施例1中，一种叠片式变齿厚齿轮，所述齿轮由11片具有相同齿数且具有变厚齿形的齿片顺序叠合构成，所述齿片包括设于齿轮轴向两端的外齿片1及位于两个外齿片之间的9片内齿片2（见图3），所有内齿片的厚度相等，外齿片的厚度是内齿片厚度的4倍，相邻的齿片之间均嵌设有减振降噪片3，减振降噪片的基本结构与齿片相适配，所有减振降噪片的厚度相等且与相邻的齿片胶接，所述减振降噪片的厚度为内齿片厚度的30%，齿片的中心设有轴孔4，轴孔周围设有若干用于固定齿片的固定孔5，所述齿片的齿顶圆直径及齿根圆直径均沿齿轮的同一轴向递增，齿轮的变位系数沿齿轮轴向呈线性变化，内外齿片及减振降噪片通过设置在固定孔内的铆钉7联接固定，内外齿片及减振降噪片构成一个完整的变齿厚径向变位直齿外齿轮结构。

实施例2

实施例2的齿轮为斜齿轮，齿轮内的7片内齿片的厚度相等，8片减振降噪片与相邻的齿片胶接，位于齿厚较大的内齿片一侧的减振降噪片的厚度大于位于齿厚较小的内齿片一侧的减振降噪片的厚度，减振降噪片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，减振降噪片的最小厚度为内齿片厚度的15%，减振降噪片的最大厚度为内齿片厚度的30%，外齿片的厚度相等且其厚度是内齿片厚度的3倍，其余和实施例1相同。

实施例3

在实施例3中，齿轮包括8片内齿片及9片减振降噪片，内齿片具有不同的厚度，齿厚较小的内齿片的厚度大于齿厚较大的内齿片的厚度，最大厚度内齿片的厚度是最小厚度内齿片的厚度的1.8倍，内齿片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，所有减振降噪片的厚度相等且与相邻的齿片胶接，减振降噪片的厚度为最大内齿片厚度的18%，外齿片的厚度相等且其厚度是最大内齿片的厚度的2.5倍，其余和实施例1或实施例2相同。

实施例4

在实施例4中，齿轮包括10片内齿片及11片减振降噪片，内齿片具有不同的厚度，齿厚较小的内齿片的厚度大于齿厚较大的内齿片的厚度，最大厚度内齿片的厚度是最小厚度内齿片的厚度的1.6倍，内齿片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化；减振降噪片具有不同的厚度且与相邻的齿片胶接，位于齿厚较大的内齿片一侧的减振降噪片的厚度大于位于齿厚较小的内齿片一侧的减振降噪片的厚度，最大厚度减振降噪片的厚度是最小厚度减振降噪片的厚度的1.7倍，减振降噪片的厚度沿齿轮轴向呈线性变化，减振降噪片的最大厚度为最大内齿片厚度的20%，外齿片的厚度相等且其厚度是最大内齿片的厚度的2倍，其余和实施例1或实施例2相同。

实施例5

在实施例5中，齿轮内齿片的总数量为奇数，包括11片内齿片及12片减振降噪片，内齿片包括两种不同硬度的内齿片结构，两种不同硬度的内齿片其硬度值之差为高硬度内齿片硬度值的10%，两种不同硬度的内齿片交替布置，与外齿片相邻的内齿片其硬度高于与其相邻的内齿片，所述外齿片采用复合阻尼钢板结构。本实施例的两种不同硬度的内齿片是同一种材料通过不同的热处理方式得到，也可以选用两种硬度不同的材料。实施例5的每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮设有两种由不同阻尼特性的阻尼材料构成的减振降噪片，两种减振降噪片的损耗因子峰值对应两种频率，两种减振降噪片在齿轮的齿片之间交替布置，其余和实施例1或实施例2或实施例3或实施例4相同。

实施例6

在实施例6中，齿轮包括5片内齿片及6片减振降噪片，每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮设有三种由不同阻尼特性的阻尼材料构成的减振降噪片，每种减振降噪片的损耗因子峰值对应不频率，不同阻尼特性的减振降噪片在齿轮的齿片之间交替循环布置。本实施例的减振降噪片为三种，齿轮的齿片间隙数为六个，三种减振降噪片在齿轮的轴向上采用1+2+3+1+2+3的排列方式，其余和实施例1或实施例2或实施例3或实施例4相同。

实施例7

在实施例7中，齿轮包括6片内齿片及7片减振降噪片，每片减振降噪片由单一阻尼材料构成，齿轮上不同位置的减振降噪片由不同阻尼特性的阻尼材料构成，每片减振降噪片的损耗因子峰值对应不同的频率，不同阻尼特性的减振降噪片在齿轮的轴向上按损耗因子峰值所对应的频率大小依次排列，与齿厚较小的外齿片紧贴的减振降噪片其损耗因子峰值所对应的频率高于与齿厚较大的外齿片紧贴的减振降噪片其损耗因子峰值所对应的频率，其余和实施例1或实施例2或实施例3或实施例4相同。

实施例8

在实施例8中，减振降噪片上设有频率微调孔6（见图4），所述的频率微调孔为3个，沿内齿片的周向均匀布置，相邻两片减振降噪片上的频率微调孔错位设置，本实施例在减振降噪片上设置频率微调孔的结构形式可以在上述任何一个实施例的减振降噪片上采用，即在上述实施例1-7的中采用带有频率微调孔的减振降噪片就构成本发明新的实施例，频率微调孔可以设置在部分减振降噪片上，也可以设置在所有的减振降噪片上。

本发明的减振降噪片可以采用高分子阻尼材料，也可以采用合金阻尼材料，不同阻尼特性的阻尼材料其损耗因子峰值对应不同的频率，可以有很多的选择。比如高分子材料中的三元乙丙橡胶对应的频率为750Hz左右，丁基橡胶为450Hz左右，天然橡胶为580Hz左右，2-氯丁二烯-丙烯腈共聚物为250Hz左右；也可以选用聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂及丁腈橡胶等。阻尼合金也有很多品种，如Al-Zn合金、Mn-Cu合金、Mg-Zi合金及Ni-Ti合金等，铁基阻尼合金就有Fe-Cr-Al、Fe-Al、Fe-Mo、Fe-W、Fe-Cr-Mo、Fe-Cr-Co等多种高阻尼合金材料，减振降噪材料的品种规格及其特性属于公知技术，实际使用时可以按照本发明公开的选择方法并根据齿轮或齿轮系统的实际工况选取合适材料制作减振降噪片。

本发明叠片式变齿厚齿轮的加工方法为：将若干金属薄片按规定的齿形及大小加工成变厚齿片，将各齿片按规定的次序对齐进行叠合，并在齿片间胶接减振降噪片，通过在固定孔内设置螺钉或铆钉将所有齿片压紧固定，最后构成一个完整的变齿厚径向变位外齿轮结构。

本发明的变齿厚齿轮由若干片具有变厚齿形的齿片叠合而成，齿片包括设置在齿轮轴向的两端面上外齿片及外齿片之间的若干内齿片，相邻的齿片之间嵌设减振降噪片，内外齿片及减振降噪片通过在固定孔内的螺钉或铆钉联接固定，从而构成一个整体变齿厚齿轮。采用叠片方式构成变齿厚齿轮，由于单一齿片厚度较小，因此容易达到加工要求，齿轮加工工艺性好，应用简单的工艺就能完成硬齿面和高精度的变齿厚齿轮加工，解决了现有技术的变齿厚齿轮加工困难的问题。另外，本发明相邻的齿片之间均嵌设有减振降噪片，减振降噪片具有高阻尼特性，将其嵌设于齿片之间，可以有效抑制齿轮啮合引起的振动，即从根源上减少齿轮的啮合振动，减少传动噪声，从而降低噪音。因此本发明的结构可以解决现有技术的变齿厚齿轮啮合噪音大的问题，同时也可以延长齿轮副的使用寿命，特别适用于高精度的传动装置。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本发明没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。