專利名稱：自由曲面齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車、建筑機(jī)械、工業(yè)機(jī)械等的變速器用的齒輪，特別是直齒 輪或斜齒輪的齒面形狀。直齒輪的情況，其齒面由擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲 面、圓弧曲面、渦旋曲面的各單獨(dú)曲面構(gòu)成，或者由使這些包含漸開線曲面中選擇的曲面進(jìn) 行組合的的多個(gè)曲面構(gòu)成。斜齒輪的情況下，其齒面由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓 弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面的各單獨(dú)曲面構(gòu) 成，或者由使這些包含漸開線螺旋曲面中選擇的曲面進(jìn)行組合的多個(gè)曲面構(gòu)成。另一方面， 齒面的TIF (之后描述)以下的齒底面由擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲面、圓弧 曲面、渦旋曲面的各單獨(dú)曲面構(gòu)成。以下統(tǒng)稱構(gòu)成這些齒面或齒底的單獨(dú)的曲面，或復(fù)合曲 面為自由曲面。本發(fā)明申請(qǐng)是，自由曲面通過(guò)熱鍛或冷鍛形成，首先，齒面的嚙合節(jié)圓附近 的最小曲率半徑極大使表面壓力疲勞強(qiáng)度提高的同時(shí)，齒根附近的最小曲率半徑極大化從 而提高彎曲疲勞強(qiáng)度的變速器用的齒輪。
參照?qǐng)D12說(shuō)明上述齒輪用語(yǔ)。放大齒廓并用立體圖表示，定義各部位的名稱如 下。斜齒I包括符號(hào)Al’之間的齒頂面11 ;在其左右，符號(hào)A、之間的齒面12 ;符號(hào)B、’ 之間的齒底面13 ;以及齒端面14和齒根16。在這里，符號(hào)A、A’為齒輪彼此嚙合的終點(diǎn)，是 齒面12和齒頂面11的邊界點(diǎn)；符號(hào)B、B’為齒輪彼此相互嚙合的起始點(diǎn)，相當(dāng)于齒根16, 是齒面12和齒底面13的邊界點(diǎn)。嚙合節(jié)點(diǎn)P位于齒面的符號(hào)A、之間，連結(jié)各齒廓的嚙 合節(jié)點(diǎn)P的圓弧為嚙合節(jié)圓徑(Mating Pich Circle Dia)，以下稱作K 。齒底面13的符 號(hào)B、B’之間的最低點(diǎn)標(biāo)為符號(hào)D，將連續(xù)連結(jié)各齒廓的符號(hào)D點(diǎn)的圓弧稱為齒底徑R。連 續(xù)連結(jié)各齒根的符號(hào)B、B’的圓弧為最小嚙合漸開線徑(True Involute Fillet Dia)，以 下稱作TIF。其他還有類似稱為分度圓徑的用語(yǔ)，其為齒輪固有特征，是將齒輪單體的齒數(shù) 乘以垂直于軸的模數(shù)得到的，與另一配合齒輪無(wú)關(guān)。與此不同，PCD為連續(xù)地連結(jié)將嚙合的 一對(duì)齒輪的中心距以齒數(shù)比的反比分配的點(diǎn)的線，在該P(yáng)CD的嚙合節(jié)點(diǎn)P處，齒輪彼此嚙 合，做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而可視為一對(duì)齒輪相互滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)該一對(duì)齒輪在該嚙合 節(jié)點(diǎn)P處嚙合時(shí)，表面壓力最大，會(huì)產(chǎn)生微小的剝離損傷(pitching)等，從而縮短齒輪的壽 命。另外，所謂最小曲率半徑是指，在嚙合節(jié)點(diǎn)P的附近處的多個(gè)曲面中，曲率半徑最小者。 其余，稱齒根的符號(hào)B和齒底的符號(hào)D之間的曲面為齒根附近。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，使用切削加工法形成齒廓，最初，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域采用的齒輪，其 具有基于惠更斯鐘擺時(shí)鐘發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度誤差小的擺線曲面。但是，雖然該擺線齒輪具有 旋轉(zhuǎn)角度誤差小，適合于鐘表齒輪的優(yōu)點(diǎn)，但其曲面復(fù)雜導(dǎo)致切削工具的形狀復(fù)雜，且切削 每個(gè)齒時(shí)都需要耗時(shí)多。隨著時(shí)代的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)革命中需要大量的用于傳動(dòng)的齒輪，因而 不具有量產(chǎn)性的擺線齒輪隨之消失。因此開發(fā)了適于量產(chǎn)的基于直線切削方法的齒切削技 術(shù)，得到齒面為漸開線曲面，齒底為余擺線曲面的齒輪。圖13為該齒輪的垂直于軸的截面 圖。目前，已實(shí)用的大部分齒輪都是基于該方法加工而成的，由于工具為簡(jiǎn)單的直線狀的齒條插刀，因此其加工的齒面限于漸開線曲面，齒底限于余擺線曲面，而不能制得其他的曲 面?，F(xiàn)有的基于直線刀具切削加工法來(lái)制造齒輪的方法整理如下，通過(guò)調(diào)整刀具的切入量 可以簡(jiǎn)單的改變齒厚并能控制齒根的強(qiáng)度。利用容易制作的直線狀的齒條插刀可以加工漸 開線曲面。即使如上得到的上述漸開線齒輪與組合齒輪的中心距存在差異，也可以使得齒 輪間隙保持一定，以緩解震動(dòng)、聲音的沖擊。而且，只要法線間隔相同，則對(duì)齒輪規(guī)格沒有限 制可以自由組合。由于由漸開線曲面形成的齒輪在使用時(shí)可能發(fā)生移位，而通過(guò)稍微改變 齒輪的軸間距就可以使得相鄰齒輪正確嚙合，因此漸開線曲面齒輪具有上述等的優(yōu)點(diǎn)。但 是，由于漸開線曲面齒輪在彼此嚙合時(shí)，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中存在滾動(dòng)和滑動(dòng)，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)時(shí)有滑動(dòng) 的情形下會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度誤差，并因漸開線曲面彼此滑動(dòng)而產(chǎn)生噪音。由于齒面是漸開線 曲面，則不能使嚙合點(diǎn)附近的赫氏應(yīng)力極小，存在表面壓力疲勞強(qiáng)度弱等的問題。其余，由 于通過(guò)直線刀具切削方法在制作漸開線齒輪時(shí)，齒底限于余擺線曲面，因此在幾何學(xué)上難 以增大齒根附近的曲率半徑。尤其是，汽車用變速器的齒輪，由于對(duì)齒根強(qiáng)度要求高，且該 齒根部的應(yīng)力集中，因此用直線刀具切削方法制得的齒輪難以實(shí)現(xiàn)變速器的小型化、輕量 化。另一方面，即使現(xiàn)代NC加工技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，也難以制作可用于加工漸開線或余 擺線以外的曲面的剔齒工具。如果將觀點(diǎn)改變?yōu)橥ㄟ^(guò)鍛造成型形成齒廓，則隨著NC加工技 術(shù)的進(jìn)步可生產(chǎn)具有任何形狀的模具，通過(guò)使用該模具進(jìn)行鍛造成型，可以得到漸開線曲 面或余擺線曲面以外的自由曲面、或三維曲面。另外，鐘表用的齒輪的齒面、齒底均由擺線 曲面形成。還有，泵用的齒輪的齒面、齒底均由余擺線曲面形成。
以基于現(xiàn)代NC技術(shù)的模具制作技術(shù)進(jìn)步為背景，為提高齒輪的強(qiáng)度，對(duì)齒面或齒 底的形狀進(jìn)行改進(jìn)提出了以下的方案。例如，漸開線齒輪中，不損害其的旋轉(zhuǎn)傳導(dǎo)功能而提 高其齒的強(qiáng)度，將各齒面的整體區(qū)域按照，包括相鄰齒面的接觸點(diǎn)的軌跡沿其伸展的帶狀 的接觸區(qū)域，和位于其外側(cè)位置的非接觸區(qū)域分開。以漸開線螺旋線形成接觸區(qū)域，作用于 相對(duì)于對(duì)方齒輪的齒面的齒的表面上。非接觸區(qū)域?yàn)椋哂胁慌c對(duì)方齒輪的齒面接觸的形 狀，對(duì)于上述整體區(qū)域以漸開線螺旋線形成時(shí)的基本齒面形狀賦予該漸開線齒輪的齒的強(qiáng) 度直接或間接的朝向上方被變更的形狀。例如，對(duì)于齒寬方向的兩側(cè)的基本齒頂形狀，使齒 頂下降的同時(shí)，相對(duì)于齒寬方向的兩側(cè)的基本齒底形狀，使齒底隆起(參照專利文獻(xiàn)I)。另 外對(duì)于其他的齒底形狀提出如下方案。以提供齒根部分的強(qiáng)度優(yōu)化的高強(qiáng)度齒輪為目的， 其第一要點(diǎn)為，漸開線齒輪等中，齒根部分的形狀形成為不是基于齒廓制成理論形狀的齒 廓。第二要點(diǎn)為，齒底形成為，通過(guò)齒廓制成理論外的齒底曲面避免應(yīng)力集中而得到的齒底 面。第三要點(diǎn)為，在經(jīng)過(guò)鍛造加工法之后，還要通過(guò)壓造加工法、精整加工法等形成上述齒 廓。第四要點(diǎn)為，所述齒廓對(duì)于齒廓中心或齒底中心左右非對(duì)稱形成。第五要點(diǎn)為，對(duì)于齒 廓中心或齒底中心，齒底形成左右不同的形狀。第六要點(diǎn)為，在所述齒廓內(nèi)部，通過(guò)所述鍛 造加工法、壓造加工法、精整加工法等形成連續(xù)的纖維流程(纖維組織)(參照專利文獻(xiàn)2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專利公開第-77號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本發(fā)明專利公開第平8-13號(hào)公報(bào)
綜上所述，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)有的齒輪存在以下問題。
將視線轉(zhuǎn)向漸開線齒輪的齒面，相鄰齒輪相互嚙合時(shí)，相鄰的漸開線齒面邊滑動(dòng)邊旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度誤差的同時(shí)，由于相鄰的漸開線齒面的滑動(dòng)而容易產(chǎn)生噪音，或 容易產(chǎn)生磨損。由于齒面為漸開線曲面，曲率半徑不能增大而嚙合點(diǎn)附近的赫氏應(yīng)力極大 化，導(dǎo)致表面壓力疲勞強(qiáng)度較低等的問題。另一方面，將視線轉(zhuǎn)向漸開線齒輪的齒底，由于 是余擺線曲面，齒底部的曲率半徑增大具有幾何學(xué)的極限，因?yàn)樵邶X根部應(yīng)力集中所以降 低了彎曲疲勞強(qiáng)度。由于以上兩個(gè)理由，使用直線刀具制成切削加工法的漸開線齒輪難以 應(yīng)對(duì)的變速器的小型化、輕量化，而且難以應(yīng)對(duì)齒輪噪音的降低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著眼于以上的問題，其目的在于提供一種變速器用齒輪，其基于近代的NC 加工技術(shù)制作具有自由曲面的鍛造模具，通過(guò)生產(chǎn)性優(yōu)異的鍛造成型，可以實(shí)現(xiàn)使齒面不 限于漸開線曲面、齒底面不限于余擺線曲面，而可使上述面做成自由曲面，以降低齒面的嚙 合點(diǎn)附近的赫氏應(yīng)力，從而提高表面壓力疲勞強(qiáng)度，并通過(guò)降低齒底面的齒根部的彎曲應(yīng) 力提高彎曲疲勞強(qiáng)度，并且，抑制齒輪噪音的產(chǎn)生。
近年來(lái)由于NC加工技術(shù)的進(jìn)步，可以得到任何曲面的模具，由于該模具適用于鍛 造成型，具有自由曲面的齒輪得到了矚目。本發(fā)明人為了使齒面的嚙合節(jié)圓附近的曲面的 最小曲率半徑、或齒底面的最小曲率半徑極大，經(jīng)歷了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)失敗，實(shí)現(xiàn)了齒廓部位最 佳且表面壓力強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的好的齒輪。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)總結(jié)得到本發(fā)明的變速器用 齒輪，第一實(shí)施方式的發(fā)明的變速器用齒輪，其特征在于，齒面由使嚙合節(jié)點(diǎn)附近的最小曲 率半徑為極大的自由曲面構(gòu)成，且齒底面由使齒根附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面 構(gòu)成。第二實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式述的變速器用齒輪，其特征在于，由所述 齒面構(gòu)成直齒輪或斜齒輪。第三實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的變速器用齒輪，其 特征在于，所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三 維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，或由組合上述曲面及漸開線螺 旋曲面中的任意3種而成的復(fù)合曲面構(gòu)成。第四實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的 變速器用齒輪，其特征在于，所述齒面，由擺線曲面、余擺線曲面、外旋線曲面、外擺線曲面、 圓弧曲面或渦旋線曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，或由組合上述曲面及漸開線曲面中的任意3種而 成的復(fù)合曲面構(gòu)成。第五實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的變速器用齒輪，其特征 在于，所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐 標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且由實(shí)施偏差修形后的螺旋曲面構(gòu) 成。第六實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的變速器用齒輪，其特征在于，所述齒面，由 擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲 面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且被實(shí)施有使中部凸出的鼓形修形，或者實(shí)施有使齒頂 面寬度在齒線方向上一端變細(xì)的錐形修形。第七實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的 變速器用齒輪，其特征在于，所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、 渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且，實(shí)施有使 中部凹陷的鼓形修形。第八實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的變速器用齒輪，其特征 在于，所述齒底由圓弧曲面構(gòu)成。第九實(shí)施方式的發(fā)明為，根據(jù)第一實(shí)施方式的變速器用齒 輪，其特征在于，由熱鍛以及冷鍛成型。
在齒輪的齒面形成單獨(dú)或復(fù)合自由曲面，降低齒面的赫氏應(yīng)力，從而可改善表面壓力疲勞強(qiáng)度，并且，通過(guò)避免齒底面的應(yīng)力集中，從而改善彎曲疲勞強(qiáng)度。通過(guò)在齒面形 成單獨(dú)或復(fù)合自由曲面，可消除噪音，并且由于使嚙合節(jié)圓附近的齒面的最小曲率半徑極 大，因此減少了齒面的剝離或剝落。即，通過(guò)任意選擇并組合自由曲面，可使齒面的最小曲 率半徑極大，并且可使齒底的最小曲率半徑極大，可提高齒面的表面壓力疲勞強(qiáng)度和齒底 的彎曲疲勞強(qiáng)度。另一方面，從生產(chǎn)性來(lái)說(shuō)，采用熱鍛和冷鍛成型加工法生產(chǎn)上述齒輪的生 產(chǎn)性好,適合于大量生產(chǎn)。


圖1表示實(shí)施例1的斜齒輪的立體圖。
圖2為由單獨(dú)的自由曲面構(gòu)成的齒面和齒底面的截面圖。
圖3為由實(shí)施例2的復(fù)合自由曲面構(gòu)成的齒面和齒底面的截面圖。
圖4為對(duì)實(shí)施例3的齒面偏差修形的自由曲面構(gòu)成的齒廓的立體圖。
圖5為對(duì)齒面偏差修形的自由曲面構(gòu)成的齒廓的立體圖。
圖6為在實(shí)施例4中的齒面實(shí)施使中部突出的鼓形修形的齒廓的立體圖。
圖7為在實(shí)施例5的齒頂面實(shí)施錐形修形的錐形修形齒廓的立體圖。
圖8為對(duì)實(shí)施例6的齒面實(shí)施使中部凹陷的鼓形修形的齒廓的立體圖
立體圖。圖9為在實(shí)施例7的外周具有斜齒，在內(nèi)側(cè)具有爪形離合器齒的變速器用齒輪的
圖10表示變速器用齒輪的制造過(guò)程的工序圖。
圖11表不使用熱鍛加工形成齒廊的實(shí)施例的不意圖。
圖12為齒輪用語(yǔ)的說(shuō)明圖。
圖13為現(xiàn)有例的齒廓的截面圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
A、A，、B、B，、C、D、A1、A2、B1、B2、L :符號(hào)
M :膨脹量
N:凹陷量
S1:大寬度，S2 :小寬度
P嚙合節(jié)點(diǎn)
PCD :嚙合節(jié)圓直徑
R :齒底直徑
TIF :最小嚙合漸開線直徑
LPC :全展開長(zhǎng)度
Dl :大直徑部，D2 :小直徑部
BR: R倒角
P1、P3 :鍛錘，P2、P4:心軸，P5 :頂出器
Q1、Q2、Q3、Q4 :沖模
T1、T2 :齒廓
W :變速器用齒輪
W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8 :材料
W21:凸部，W31 :內(nèi)徑部，W32 :鍛造法蘭，W33 :內(nèi)部倒角
1:斜齒
10 :粗斜齒
11 :齒頂面
12 :齒面
13 :齒底面
14 :齒端面
15:凸起
16 :齒根
2 :爪形離合器齒
20 :粗爪形離合器齒
23 :切角
3、3’ 軸孔
30 :粗軸孔
4 :沉槽
40 :粗沉槽
41、42:槽開口角度
5、5，:維臺(tái)體
50 :錐臺(tái)體
51、51’ 前端面
8 :法蘭具體實(shí)施方式
以下，根據(jù)附圖所示本發(fā)明的實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，以直齒輪或斜齒輪為對(duì)象，參照?qǐng)D1、2進(jìn)行說(shuō)明。圖1為本實(shí)施例 的變速器用齒輪的立體圖。圖2為單獨(dú)的由自由曲面構(gòu)成的齒廓的截面圖。
圖1表示本實(shí)施例的變速器用齒輪，以下說(shuō)明齒輪的各部分的名稱。變速器用齒 輪W外周的斜齒I包括，沿齒線方向的齒頂面11 ;位于其左右的齒面12 ;突出設(shè)置有上述部 分的齒底面13和齒線方向上下端的齒端面14、14 ;以及齒根16。在此，對(duì)齒線方向相對(duì)于 齒輪的轉(zhuǎn)軸方向扭轉(zhuǎn)的斜齒I齒面進(jìn)行說(shuō)明。
圖2表示斜齒I外周的齒廓的通常截面，齒面和齒底由各自獨(dú)立的自由曲面I構(gòu) 成，整體齒廓包括多個(gè)自由曲面。圖1中說(shuō)明的齒輪各部分的名稱與該圖2的符號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān) 系如下。包括，符號(hào)Al’之間的齒線方向的齒頂面11 ;形成在其左右側(cè)的符號(hào)A、之間的 齒面12 ;表示齒根的符號(hào)B、’之間的齒底面13。符號(hào)A、A’為齒輪彼此嚙合的終點(diǎn)，是齒 面12和齒頂面11的邊界點(diǎn)；符號(hào)B、B’為齒輪彼此嚙合的起始點(diǎn)，相當(dāng)于齒根16，是齒面 12和齒底面13之間的邊界點(diǎn)。本自由曲面I的齒廓曲面，符號(hào)A、之間由單獨(dú)的擺線螺 旋(cycloidhelicoid)曲面構(gòu)成,符號(hào)B、’之間的齒底面13由單獨(dú)的圓弧構(gòu)成。在擺線 螺旋曲面和圓弧曲面的連接處具有公切線，形成無(wú)拐點(diǎn)的連續(xù)的線。但是，在低于連結(jié)齒根 符號(hào)B、B’的連接線TIF (參照?qǐng)D12)的齒底處，即使齒根的壁厚變薄有些像被底切、或具有非連續(xù)性，也要優(yōu)先將最小曲率半徑極大化。根據(jù)上述齒輪，通過(guò)使齒廓的垂直于軸的截面為如上所述曲面，可具有如下效果。首先，在由圓弧曲面構(gòu)成的齒底面，由于曲率半徑極大， 因此可避免應(yīng)力集中，而提高彎曲強(qiáng)度。同樣地，由于在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中齒面為滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺線螺旋曲面，因此在齒面的嚙合變得非常順暢。由于曲面的曲率半徑變大赫氏應(yīng)力下降，因此嚙合節(jié)點(diǎn)P附近的剝離損傷強(qiáng)度或表面壓力疲勞強(qiáng)度提高，以使不易在此附近發(fā)生齒面塌陷、剝離等。對(duì)于齒輪噪音這方面，與現(xiàn)有的漸開線螺旋曲面的情形相同，在使用上沒有問題。
與上一段說(shuō)明的齒廓不同，同樣參照?qǐng)D2說(shuō)明齒面為其他的自由曲面的齒廓。在該自由曲面2的齒廓曲面中，符號(hào)A、之間為單獨(dú)的余擺線螺旋曲面，符號(hào)Bi’之間的齒底面13為單獨(dú)的圓弧曲面構(gòu)成。此外，齒面也可以是圓弧螺旋曲面、蝸旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面各單獨(dú)的曲面。在直齒輪的情形下，齒面可以是擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲面、圓弧曲面、渦旋曲面的各單獨(dú)的曲面。齒底面13為單獨(dú)的圓弧曲面，以下的實(shí)施例也同樣。根據(jù)該齒輪，通過(guò)使齒廓的截面為如上所述曲面，可具有以下效果。首先，在由圓弧曲面構(gòu)成的齒根處，由于齒底部的曲率半徑極大，可避免應(yīng)力集中，而提高彎曲強(qiáng)度。另一方面，對(duì)于齒面，在嚙合節(jié)點(diǎn)P的附近的剝離強(qiáng)度方面，與現(xiàn)有的漸開線螺旋曲面的情形相同，在使用上沒有問題。同樣，在齒面嚙合方面，與現(xiàn)有的漸開線螺旋曲面的情形相同，在使用上沒有問題。在嚙合順暢性方面，因?yàn)辇X面由余擺線螺旋曲面構(gòu)成，所以比現(xiàn)有的漸開線螺旋曲面的情形要差。
實(shí)施例2
本實(shí)施例以直齒輪或斜齒輪為對(duì)象，參照?qǐng)D3說(shuō)明直齒輪的情形。與本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是，齒面由復(fù)合的自由曲面構(gòu)成。以下主要說(shuō)明與實(shí)施例1的不同之處。 圖3表示與圖2不同的垂直于軸的截面，齒面為復(fù)合自由曲面，齒底為單獨(dú)的自由曲面，整體的齒廓為復(fù)合自由曲面3。該自由曲面3的齒廓曲面中，齒面包括三種復(fù)合曲面，S卩，符號(hào) A飛之間為外旋曲面、符號(hào)(TC’之間為擺線曲面、符號(hào)C’、之間為余擺線曲面。另一方面， 符號(hào)B‘之間的齒底為單獨(dú)的圓弧。符號(hào)Al之間是齒頂側(cè)稱作齒頂曲面，符號(hào)(TC’之間稱作嚙合節(jié)點(diǎn)附近，符號(hào)C’、之間是齒根側(cè)稱作齒根曲面。由于齒面為曲面，因此以由直線長(zhǎng)度表示的全展開長(zhǎng)度(Length of Point Contact,以下稱作LPC)來(lái)表現(xiàn)齒面,則將符號(hào)A、之間的LPC記為符號(hào)L。對(duì)嚙合節(jié)點(diǎn)附近進(jìn)行如下定義。嚙合節(jié)點(diǎn)附近是指在嚙合節(jié)點(diǎn)P的兩側(cè)正負(fù)O.1L的范圍。嚙合節(jié)點(diǎn)P的兩側(cè)的符號(hào)C、C’是距離嚙合節(jié)點(diǎn)P的直線距離為O.1L的點(diǎn)。根據(jù)上述齒輪，由于在齒廓的垂直于軸的截面由如上所述曲面構(gòu)成， 而具有以下效果。首先，在由圓弧構(gòu)成的齒底面，由于齒底部的曲率半徑極大，因此在抗彎強(qiáng)度非常好。在嚙合節(jié)點(diǎn)P附近的抗剝離強(qiáng)度方面，與現(xiàn)有的漸開線曲面的情形相同，使用上沒有問題。同樣，在齒面的嚙合方面，與現(xiàn)有的漸開線曲面相同，使用上沒有問題。在嚙合的順暢性方面，由于齒面由余擺線曲面構(gòu)成，因此比現(xiàn)有的漸開線曲面要差。
參照?qǐng)D3,對(duì)齒面同樣為復(fù)合自由曲面，且與上一段所述的齒廓不同，齒面為另一自由曲面的齒廓進(jìn)行說(shuō)明。在本自由曲面4的齒廓曲面中，符號(hào)A C之間為余擺線曲面、符號(hào)(TC’之間為擺線曲面、符號(hào)C’、之間為外旋曲面。另一方面，符號(hào)B、’之間的齒底面為單獨(dú)的圓弧曲面。根據(jù)上述齒輪，由于齒廓的垂直于軸的截面由上述曲面構(gòu)成，而具有以下效果。首先，在由圓弧構(gòu)成的齒底面，由于齒底部的曲率半徑極大，因此抗彎強(qiáng)度非常好。同樣，由于齒面為在旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生滾動(dòng)接觸的擺線曲面，因此齒面嚙合非常順暢。由于齒面的 曲率半徑變大，赫氏應(yīng)力降低，因此嚙合節(jié)點(diǎn)P的附近的抗剝離強(qiáng)度好，在此附近不易發(fā)生 齒面塌陷、剝落等。在齒輪噪音方面，與現(xiàn)有的漸開線曲面的情形相同，在使用上沒有問題。
參照?qǐng)D3,對(duì)齒面同樣為復(fù)合的自由曲面，且與上一段所述的齒廓不同，齒面為另 一自由曲面的齒廓進(jìn)行說(shuō)明。在本自由曲面5的齒廓曲面中，符號(hào)A C之間為漸開線曲面、 符號(hào)(TC’之間為擺線曲面、符號(hào)C’、之間為余擺線曲面。另一方面，符號(hào)B、’之間的齒 底面由單獨(dú)的圓弧曲面構(gòu)成。根據(jù)上述齒輪，由于齒廓的垂直于軸的截面由上述曲面構(gòu)成， 而具有以下效果。首先，在由圓弧曲面構(gòu)成的齒底面，由于齒底部的曲率半徑極大，因此具 有非常好的抗彎強(qiáng)度。同樣，由于齒面是在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中做滾動(dòng)接觸的擺線曲面，因此齒面的 嚙合非常順暢。由于齒面的曲率半徑變大，赫氏應(yīng)力下降，因此嚙合節(jié)點(diǎn)P的附近的抗剝離 強(qiáng)度好，在此附近不易發(fā)生齒面塌陷、剝落等。同樣，由于齒面的齒頂側(cè)為漸開線，在齒輪的 噪音方面表現(xiàn)良好。此外，齒面由將選自擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、漸開線曲面、外 擺曲面、圓弧曲面、渦旋曲面的任意3種曲面組合的復(fù)合曲面形成。在斜齒輪的情況下，齒 面由將擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、漸開線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺旋曲面、三 維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面中任意3種曲面組合的復(fù)合曲面構(gòu)成。
以上，參照?qǐng)D2和3所示的齒廓的截面，對(duì)各齒廓的特征進(jìn)行了說(shuō)明。與齒面由單 獨(dú)的曲面構(gòu)成的圖2相比，從齒輪的實(shí)用性上考慮優(yōu)選齒面由復(fù)合的曲面構(gòu)成的圖3。
實(shí)施例3
本實(shí)施例以斜齒輪為對(duì)象。對(duì)其齒面進(jìn)行偏差修形(biasmodification),而形成 帶扭轉(zhuǎn)角度的螺旋曲面。參照?qǐng)D4、5進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例與實(shí)施例1或?qū)嵤├?的不同點(diǎn) 為，對(duì)齒面進(jìn)行了偏差修形。圖4為齒面內(nèi)偏差(bias in)修形后的由自由曲面的齒廓立 體圖。圖5為齒面外偏差(bias out)修形后的由自由曲面的齒廓立體圖。
在說(shuō)明齒廓之前對(duì)齒輪用語(yǔ)進(jìn)行說(shuō)明。扭轉(zhuǎn)齒面有兩種方法，內(nèi)偏差修形或外偏 差修形。內(nèi)偏差修形齒輪是通過(guò)對(duì)齒輪進(jìn)行扭轉(zhuǎn)修形，以使鈍角側(cè)齒頂滯后(歯先下〃 D )， 并使銳角側(cè)齒頂提前(歯先上力5 O )而得到的。該齒輪適用于DIN標(biāo)準(zhǔn)7、級(jí)精度差的齒 輪。另一方面，外偏差修形的齒輪是通過(guò)對(duì)齒輪進(jìn)行扭轉(zhuǎn)修形，以使銳角側(cè)齒頂滯后，并使 鈍角側(cè)的齒頂提前而得到的。該齒輪適用于DIN標(biāo)準(zhǔn)4飛級(jí)精度高的齒輪。
首先，圖4表示對(duì)外周斜齒I實(shí)施偏差修形后的齒面，齒廓為內(nèi)偏差的自由曲面6。 圖中的雙點(diǎn)劃線為未進(jìn)行偏差修形的齒廓。實(shí)線為本實(shí)施例的內(nèi)偏差曲面，由符號(hào)A1、A2、 B2、BI包圍的齒面是,對(duì)由雙點(diǎn)劃線表示的未經(jīng)修形的齒廓施以偏差修形后的內(nèi)偏差齒輪 的齒面。偏差修形后，使符號(hào)Al側(cè)齒頂滯后為銳角，使符號(hào)A2側(cè)齒頂提前為鈍角。該圖4 的自由曲面6的齒廓曲面中，齒面由單獨(dú)的自由曲面構(gòu)成，由符號(hào)A1、A2、B2、B1包圍的齒面 為擺線螺旋曲面。該內(nèi)偏差齒輪的特點(diǎn)是在齒面的齒輪噪音方面非常優(yōu)異。該內(nèi)偏差的自 由曲面6，比本發(fā)明的實(shí)施例1和2的齒輪的噪音特性好，并優(yōu)選為擺線螺旋曲面。其理由 為，齒輪彼此嚙合時(shí)，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)整體齒面滾動(dòng)接觸，無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。內(nèi)偏差齒輪，其齒面精 度差，可通過(guò)后述的熱鍛或冷鍛形成實(shí)用的齒面。另外，也可以是余擺線螺旋曲面、圓弧螺 旋曲面、渦旋螺旋曲面、被采用于凸輪表面的三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面。 對(duì)此，以下圖5所示的外偏差的齒面也同樣。
圖5表示對(duì)外周斜齒I實(shí)施偏差修形后的齒面，齒廓為外偏差的自由曲面7。圖中的雙點(diǎn)劃線為未進(jìn)行偏差修形的齒廓。實(shí)線為本實(shí)施例的外偏差曲面，由符號(hào)Al、A2、B2、 BI包圍的曲面是，對(duì)由雙點(diǎn)劃線表示的未經(jīng)修形的齒廓施以偏差修形后的外偏差齒輪的齒面。偏差修形后，使符號(hào)Al側(cè)齒頂滯后為鈍角，使符號(hào)A2側(cè)齒頂提前為銳角。該自由曲面 7的齒廓曲面中，齒面由單獨(dú)的自由曲面構(gòu)成，由符號(hào)A1、A2、B2、B1包圍的齒面為擺線螺旋曲面。為了使齒廓精度好，根據(jù)情況利用研磨對(duì)本實(shí)施例的外偏差齒廓進(jìn)行齒廓加工。在進(jìn)行齒面研削達(dá)到齒廓精度的情形下，該外偏差齒輪的特點(diǎn)是在齒面的齒輪噪音方面非常優(yōu)異。
以上，在對(duì)實(shí)施例1和2的齒面實(shí)施偏差修形的實(shí)施例3中，對(duì)由自由曲面的齒廓的情形進(jìn)行了說(shuō)明。在使用本發(fā)明的汽車的變速器領(lǐng)域，降低齒輪噪音是長(zhǎng)期的課題。通過(guò)對(duì)實(shí)施例1的齒面進(jìn)行偏差修形，可彌補(bǔ)變速器殼體的剛性不足，并能吸收軸線準(zhǔn)直誤差，或吸收齒輪彼此的嚙合變動(dòng)，提高旋轉(zhuǎn)的順暢性并降低齒輪噪音。選擇內(nèi)偏差齒廓和外偏差齒廓時(shí)考慮以下幾點(diǎn)。內(nèi)偏差齒廓，其齒面精度低，保持嚙合的齒數(shù)的嚙合率低，適合于變速器殼體的剛性低的情形，并可實(shí)用。另一方面，外偏差齒廓，其齒面精度高，嚙合率較高，適合于變速器殼體的剛性較高的情形。在考慮以上情況時(shí)，在實(shí)施例1、實(shí)施例2以及實(shí)施例3中，本實(shí)施例的內(nèi)偏差齒廓是解決齒輪噪音的最理想的齒廓,并且可通過(guò)后的熱鍛或冷鍛量產(chǎn)該內(nèi)偏差齒廓，可實(shí)現(xiàn)實(shí)用的變速器用齒輪。通過(guò)使用具有該齒面的齒輪，由于負(fù)荷變動(dòng)少，因此降低了施加于支撐齒輪軸的軸承上的震動(dòng)，降低了齒輪噪音。通過(guò)減少負(fù)荷變動(dòng)，使得齒面的抗剝離性以及齒根附近的彎曲強(qiáng)度好。
實(shí)施例4
以直齒輪或斜齒為對(duì)象，參照?qǐng)D6說(shuō)明本實(shí)施例。本實(shí)施例的與實(shí)施例1、2或?qū)嵤├?的不同點(diǎn)是，對(duì)齒面實(shí)施使中部突出的鼓形修形。圖6為齒面呈中部凸出的中部凸出鼓形修形齒廓的立體圖。
圖6表示實(shí)施有中部凸出的鼓形修形的斜齒輪齒面，由自由曲面8構(gòu)成。圖中的雙點(diǎn)劃線為未進(jìn)行中部凸出的鼓形修形的齒廓。實(shí)線為本實(shí)施例的使中部凸出的鼓形修形后的齒面，是由符號(hào)A1、A2、B2、B1包圍的曲面。該圖中，在連結(jié)嚙合節(jié)圓P、P的線上，凸出量M例如為1 50μπι。在該自由曲面8的齒廓曲面中，齒面由單獨(dú)的自由曲面構(gòu)成，由符號(hào) Al、Α2、Β2、BI包圍的齒面為擺線螺旋曲面。此外，可以是余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、 渦旋螺旋曲面、凸輪面中所使用的三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)的曲面。在直齒輪的情形下，齒面可以是擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲面、圓弧曲面、 渦旋曲面各單獨(dú)曲面。對(duì)于下述實(shí)施例5的直齒輪或斜齒輪也同樣，可由上述曲面構(gòu)成齒廓。根據(jù)該自由曲面8，由于在齒面實(shí)施有使中部凸出的鼓形齒廓，與現(xiàn)有的漸開線曲面的齒輪相比，嚙合節(jié)點(diǎn)附近的抗剝離強(qiáng)度表現(xiàn)良好。具體來(lái)說(shuō)，在齒面中，通過(guò)使嚙合節(jié)點(diǎn)P 的曲率半徑極大，可以降低赫氏應(yīng)力，提高抗剝離強(qiáng)度。另一方面，在齒底，在使齒底面的最小曲率半徑極大時(shí)最優(yōu)選本自由曲面8的該部分為圓弧，其在齒根附近彎曲強(qiáng)度好。在中部凸出的鼓形齒輪彼此嚙合時(shí)，可防止齒面彼此的邊緣接觸(edge contact;片當(dāng)& >9 )，因此震動(dòng)小，并可減小齒輪噪音。由于可以減輕支撐齒輪軸的軸承的負(fù)荷變動(dòng)，因此在賽車等的特殊車輛用途中，在沖擊強(qiáng)度或共振方面具有優(yōu)勢(shì)。進(jìn)而，在四輪驅(qū)動(dòng)車輛或電動(dòng)車輛的用途中，由于高減速比大而作用于齒面的沖擊負(fù)荷大，因此要避免邊緣接觸。此時(shí)，通過(guò)對(duì)該自由曲面8采用使中部凸出的鼓形修形，可以對(duì)邊緣接觸進(jìn)行修正。
實(shí)施例5
以直齒輪或斜齒輪為對(duì)象，參照?qǐng)D7說(shuō)明本實(shí)施例。本實(shí)施例與實(shí)施例4的不同點(diǎn)是，對(duì)齒頂面實(shí)施錐形修形。圖7為齒頂面的寬度尺寸一端變小并傾斜的錐形修形齒廓的立體圖。
圖8表示在齒頂面實(shí)施錐形修形的斜齒輪的齒面，齒廓由稱為錐形修形齒的自由曲面9構(gòu)成。在這里，錐形通常是對(duì)稱的，但也包括非對(duì)稱錐形的齒廓。圖中的雙點(diǎn)劃線為未實(shí)施錐形修形的齒廓。實(shí)線為本實(shí)施例的錐形修形齒廓，由符號(hào)A1、A2、B2、B1包圍的齒面為擺線螺旋曲面。齒頂面11在齒線方向從紙外方向向紙內(nèi)方向形成前端變細(xì)的錐形，紙外方向側(cè)的大寬度SI和紙內(nèi)方向側(cè)的小寬度S2的差為例如I μ πΓΟ. 5mm。與現(xiàn)有的漸開線曲面的齒輪彼此嚙合的情形相比，在使該自由曲面9的實(shí)施有錐形修形的錐形修形斜齒輪與和通常的斜齒輪相互嚙合時(shí)，可避免因殼體剛性不足引起的邊緣接觸，并使齒接觸靠近中央，因此抗彎強(qiáng)度良好。
實(shí)施例6
本實(shí)施例以斜齒輪為對(duì)象。參照?qǐng)D8進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)齒面實(shí)施使中部凹陷的鼓形修形，且具有形成扭轉(zhuǎn)角的螺旋曲面的情形。本實(shí)施例與實(shí)施例4或5的不同點(diǎn)為，嚙合齒輪組的各轉(zhuǎn)軸不平行，相互交叉。該圖為對(duì)齒面實(shí)施使中部凹陷的中部凹陷鼓形齒廓的立體圖。
圖8表示使中間凹陷的齒面，齒廓由稱為中部凹陷鼓形齒的自由曲面10構(gòu)成。圖中的雙點(diǎn)劃線為未進(jìn)行使中部凹陷修形的齒廓。實(shí)線為本實(shí)施例的中部凹陷鼓形修形的齒面，由符號(hào)Al、A2、B2、BI包圍的曲面為齒面。在連結(jié)該圖中嚙合節(jié)圓P、P的線上，凹陷量 N例如為I μ πΓΟ. 5mm。該自由曲面10的齒面由單獨(dú)的自由曲面構(gòu)成，其中優(yōu)選擺線螺旋曲面。另外，還可以是余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺旋曲面、凸輪面中使用的三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面。與現(xiàn)有的漸開線曲面的齒輪彼此嚙合的情形相比， 在使本實(shí)施例的中部凹陷鼓形齒輪與中部凸出鼓形齒輪嚙合時(shí)，齒面接觸增大，由此可提高傳動(dòng)效率，并減少嚙合時(shí)的變動(dòng)負(fù)荷，減少傳動(dòng)力損失。
實(shí)施例1、2、3、4、5、6以及7中所采用的自由曲面定義如下。自由曲面I包括圖2 所示擺線螺旋曲面和圓弧曲面。自由曲面2包括該圖所示余擺線螺旋曲面和圓弧曲面。自由曲面3包括圖3所示外旋曲面、擺線曲面、余擺線曲面以及圓弧曲面。自由曲面4包括該圖所示余擺線曲面、擺線、外旋曲面以及圓弧曲面。自由曲面5包括該同圖所示漸開線曲面、擺線曲面、余擺線曲面以及圓弧曲面。自由曲面6為內(nèi)偏差齒輪，包括圖4所示擺線螺旋曲面以及圓弧曲面。自由曲面7為外偏差齒輪，包括圖5所示擺線螺旋曲面以及圓弧曲面。自由曲面8為中部凸出鼓形齒輪，包括圖6所示擺線螺旋曲面以及圓弧曲面。自由曲面9為錐形修形齒輪，包括圖7所示擺線螺旋曲面以及圓弧曲面。自由曲面10為中部凹陷鼓形齒輪，包括圖8所示擺線螺旋曲面以及圓弧曲面。
實(shí)施例7
在本實(shí)施例中參照?qǐng)D9 11進(jìn)行說(shuō)明，其將實(shí)施例1、2、3、4、5或6所述各種自由曲面的齒廓用于變速器用齒輪。在本實(shí)施例中，熱鍛是指半封閉加工法，冷鍛是指精整 (sizing)加工法或精壓(coining)加工法。圖9為,夕卜周具有斜齒，內(nèi)側(cè)具有爪形離合器齒的變速器用的沉槽斜齒輪(沈')力力歯車)的立體圖。圖10為表示沉槽斜齒輪的制造過(guò)程的工序圖。圖11為，表示通過(guò)熱鍛形成齒廓的實(shí)施方式的示意圖。沉槽斜齒輪是指， 本申請(qǐng)人開發(fā)，內(nèi)側(cè)的爪形離合器齒的齒根，在軸向上比外周斜齒的齒端面低的齒輪。
以下對(duì)齒廓為自由曲面的沉槽斜齒輪的鍛造加工進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例的沉槽斜齒 輪的詳細(xì)形狀如圖9所示，外周的斜齒1，其齒線相對(duì)于軸向形成扭轉(zhuǎn)，在其內(nèi)周側(cè)形成爪 形離合器齒2。對(duì)于斜齒I以及爪形離合器齒2，及齒輪各部位的名稱定義如下。首先，斜 齒I具有，齒線方向的齒頂面11 ;其左右的齒面12、12 ;用于突出設(shè)置上述部分的的齒底面 13和齒線方向上下端的齒端面14、14 ;以及齒根16。爪形離合器齒2具有，齒線方向的齒 頂面21 ;其左右的齒面22、22 ;頂端呈尖狀的切角23。在斜齒I和爪形離合器齒2之間以 同心圓狀形成有凹陷的沉槽4，爪形離合器齒2的齒根24下陷設(shè)置于沉槽4的底面，并從底 面豎起形成。即，與斜齒I呈同心圓狀配置的內(nèi)側(cè)爪形離合器齒2在軸向上從斜齒I的齒 端面14下沉。在爪形離合器齒2的內(nèi)周側(cè)同軸狀地突出設(shè)置圓錐臺(tái)狀的錐臺(tái)體5，其內(nèi)周 軸孔3上下貫通。外周的斜齒I和沉槽4的內(nèi)側(cè)的爪形離合器齒2以及該內(nèi)周側(cè)的錐臺(tái)體 5分別通過(guò)同軸熱鍛和冷鍛而一體成型。
根據(jù)圖10的工序圖說(shuō)明上述沉槽斜齒輪的制造過(guò)程。首先，如工序(I)所示，使用 例如剪切機(jī)將適用于齒輪的圓柱材料按照規(guī)定的軸長(zhǎng)切斷得到材料W1。此時(shí)，作為材料的 材質(zhì)可以使用，例如SC鋼、SCR鋼、SCM鋼、SNC鋼、SNCM鋼等。其次，如工序(2 )所示，材料 Wl加熱到例如。C，通過(guò)實(shí)施熱鍛得到具有向下側(cè)突出凸部W21的圓盤狀的材料W2。其次， 如工序(3)所示，對(duì)材料W2上段的大直徑部Dl的部位進(jìn)行熱鍛，粗加工形成相對(duì)于軸向扭 轉(zhuǎn)的粗斜齒10，同時(shí)對(duì)下段的小直徑部D2的部位形成錐臺(tái)體50，并在外周粗斜齒10和內(nèi) 周錐臺(tái)體50之間以同心圓狀形成粗沉槽40。在錐臺(tái)體50的內(nèi)周陷入形成截面圓形的內(nèi) 徑部W31，通過(guò)形成粗斜齒10而得到具有在上表面外周突出呈圓板狀的凸緣狀的鍛造法蘭 W32的材料W3。接著，如工序(4)所示，同樣使用熱鍛，得到在錐臺(tái)體50的外周加工形成凹 陷的沉槽4，并形成有在齒根設(shè)于該底面的粗爪形離合器齒20成的材料W4。其次，如工序(5)所示，得到對(duì)材料W4的上表面的鍛造法蘭W32的一部分和內(nèi)徑部的內(nèi)部凸臺(tái)沖壓，貫通 形成粗軸孔30的材料W5。工序(6)中，車削去除材料W5的上表面的鍛造法蘭W32，并實(shí)施 退火熱處理、噴砂處理以及涂潤(rùn)滑劑的磷化處理，得到材料W6。在下一工序(7)中，通過(guò)對(duì) 外周的粗齒10進(jìn)行冷加工和精壓成型直接形成齒面，并對(duì)齒端面的棱線部實(shí)施R倒角。另 一方面，對(duì)內(nèi)周的粗爪形離合器齒20進(jìn)行精壓成型直接形成齒面，并在齒頂形成切角，得 到材料W7。在下一個(gè)工序(8)中，對(duì)外側(cè)的粗斜齒進(jìn)行基于冷加工和精壓成型的冷鍛對(duì)齒 面進(jìn)行鼓形修形，并對(duì)齒端面的棱線部實(shí)施R倒角，完成斜齒I。在最后的工序(9)中，在工 序(7)對(duì)直接成型的粗爪形離合器齒，利用冷鍛進(jìn)行加工形成從倒角向齒根變細(xì)的反錐狀， 而完成爪形離合器齒2?？偨Y(jié)以上的工序，工序(2)、(3)、(4)以及(5)為熱鍛，工序(7)、(8) 以及(9)為冷加工和精壓成型的冷鍛。參照?qǐng)D8進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明基于后述熱鍛的工序(3) 以及工序(4)的形成齒的過(guò)程。
參照?qǐng)D11說(shuō)明工序(3)中形成齒過(guò)程。在該工序中，為了形成具有自由曲面的齒 廓而實(shí)施熱鍛。熱鍛是指，在封閉的模具的空間中放入材料，用鍛錘壓入該材料形成具有期 望齒廓的齒輪的鍛造方法，以下對(duì)沉槽斜齒輪的成型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。工序(3)表示將材料 W2設(shè)置于模具，使用熱鍛形成斜齒的工序。在上部右半部分的圖(a)表示上鍛錘Pl及其內(nèi) 側(cè)中單獨(dú)上下的心軸P2，右半部分圖(b)表示材料W2，右半部分的圖(c)表示沖模Ql及其內(nèi)周的沖模Q2。沖模Ql的上表面QT具有階梯升到高處，上鍛錘Pl下降擊打材料W2時(shí)， 由沖模Ql和上鍛錘Pl對(duì)材料W2形成封閉狀態(tài)。上鍛錘P1、心軸P2落在下方凹陷的沖模 Q1、沖模Q2的正上方的位置。在沖模Ql的上部形成有斜齒的齒廓Tl，將材料W2安置于沖 模Ql和沖模Q2的組合模具上，從上方降下上鍛錘Pl擊打材料W2。此時(shí)，材料W2的外徑部 Dl壓入斜齒形成用的齒廓Tl而形成粗斜齒10。此時(shí)在齒廓Tl設(shè)置有自由曲面,將該自由 曲面轉(zhuǎn)寫至材料W2形成粗斜齒10。即，使用熱鍛對(duì)粗斜齒10形成自由曲面。該工序(3) 中，在粗斜齒10的內(nèi)側(cè)以同心圓狀形成凹陷狀態(tài)的粗沉槽40，而得到材料W3。在下一個(gè)工 序(4)中，形成粗爪形離合器齒20，在材料W4中，在外周的粗斜齒10和內(nèi)周的粗爪形離合 器齒20之間以同軸狀凹陷形成該沉槽40。
直接形成粗斜齒10的情形下，雖然可以從沖模Ql拔出，但由于需要使扭轉(zhuǎn)斜齒10 的齒的部分相對(duì)于沖模Ql旋轉(zhuǎn)，因此不能向正上方拔出。在此，可以在沖模Ql和內(nèi)側(cè)的沖 模Q2的下方可伸出地設(shè)置頂出器P5，在該外周具有使上述斜齒齒廓Tl和引導(dǎo)器相同的斜 齒引導(dǎo)( 1J力)V力、F')T3。在本實(shí)施例中，使頂出器P5在沖模Ql的下方旋轉(zhuǎn)，并且，使 其螺旋升降，以強(qiáng)制使成型的粗斜齒10旋轉(zhuǎn)，從而可高效率地將其取出。以上，可以利用工 序(3)的形成粗斜齒10的過(guò)程，由熱鍛對(duì)斜齒形成所期望的自由曲面。在以后的工序(8) 中，通過(guò)對(duì)外側(cè)的粗斜齒10進(jìn)行基于冷精整和精壓成型的冷鍛，而形成具有自由曲面的齒 廓。
工業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明的自由曲面齒輪不限于汽車的變速器的用途，也可適用于齒輪泵、鐘表，建 筑機(jī)械、工業(yè)機(jī)械等各種動(dòng)力傳動(dòng)裝置的齒輪。
權(quán)利要求
1.一種變速器用齒輪，其特征在于， 齒面由使嚙合節(jié)點(diǎn)附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構(gòu)成，且 齒底面由使齒根附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 由所述齒面構(gòu)成直齒輪或斜齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，或 由組合上述曲面及漸開線螺旋曲面中的任意3種而成的復(fù)合曲面構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒面，由擺線曲面、余擺線曲面、外旋線曲面、外擺線曲面、圓弧曲面或渦旋線曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，或 由組合上述曲面及漸開線曲面中的任意3種而成的復(fù)合曲面構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且由實(shí)施偏差修形后的螺旋曲面構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且被實(shí)施有使中部凸出的鼓形修形，或者實(shí)施有使齒頂面寬度在齒線方向上一端變細(xì)的錐形修形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標(biāo)曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨(dú)曲面構(gòu)成，且， 實(shí)施有使中部凹陷的鼓形修形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 所述齒底由圓弧曲面構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于， 由熱鍛成型。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種變速器用齒輪，可制作齒面不限于漸開線曲面，齒底面不限于余擺線曲面，而使上述面為自由曲面的齒輪，通過(guò)降低齒面的嚙合點(diǎn)附近的赫氏應(yīng)力，提高表面壓力疲勞強(qiáng)度，通過(guò)降低齒底面的齒根附近的彎曲應(yīng)力提高彎曲疲勞強(qiáng)度，抑制齒輪噪音的產(chǎn)生。其特征在于，齒面由使嚙合節(jié)點(diǎn)附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構(gòu)成，且齒底面由使齒根附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構(gòu)成。
文檔編號(hào)B21K1/30GK103038548SQ20108006764
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者大岡三茂, 川崎芳樹, 下村滿彥 申請(qǐng)人:大岡技研株式會(huì)社