本公開涉及錐齒輪，諸如在車輛、設(shè)備等中使用的那些錐齒輪，及其制造和形成方法。

背景技術(shù)：

錐齒輪在車輛、設(shè)備和其它類似應(yīng)用中利用。在已知的錐齒輪中，具有螺旋錐齒輪、螺線錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面錐齒輪等。螺線錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面錐齒輪相似地通常是通過(例如)憑借切割、銑削、滾銑或成形(例如，憑借鍛造)產(chǎn)生齒廓而制造。錐齒輪齒廓通常大部分是通過使用cnc齒輪切割機(jī)、特殊切割器和復(fù)雜的編程策略而產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了一種錐齒輪組及其制造方法。錐齒輪組可以包括第一錐齒輪和第二錐齒輪。第一錐齒輪和第二錐齒輪中的每一者均可以是螺線錐齒輪。第一錐齒輪和第二錐齒輪中的每一者均可以進(jìn)一步為準(zhǔn)雙曲面螺線錐齒輪。

第一錐齒輪可以設(shè)置在第一錐齒輪軸線上。第一錐齒輪可以具有上面形成多個齒的第一齒輪齒表面。第一多個齒中的每個齒均從第一錐齒輪軸線向外且徑向延伸。

第二錐齒輪可以設(shè)置在第二錐齒輪軸線上。第二錐齒輪可以具有上面形成多個齒的第二齒輪齒表面。第二多個齒中的每個齒均從第二錐齒輪軸線向外且徑向延伸。

第一多個齒配置成與第二多個齒接合，使得在接合時，第一多個齒和第二多個齒以嚙合式接合。

第一多個齒和第二多個齒中的每個齒均包括齒頂、多個嚙合表面和倒角。齒頂可以具有一定長度。多個嚙合表面可以包括第一嚙合表面和第二嚙合表面，使得相應(yīng)的齒的第一嚙合表面和第二嚙合表面中的每個嚙合表面均在鄰接邊緣處鄰接齒頂。每個嚙合表面均可以進(jìn)一步包括齒面和齒側(cè)面，使得齒面在鄰接邊緣處鄰接齒頂。

該倒角可以形成在鄰接邊緣處并且沿著齒頂長度延伸。該倒角可以調(diào)整尺寸使得該倒角具有基本上等于齒頂長度的第一倒角尺寸以及第二倒角尺寸。

錐齒輪組的相應(yīng)錐齒輪可以經(jīng)由本文所公開的制造方法形成，該制造方法包括以下步驟：提供環(huán)形齒輪坯件；經(jīng)由端面銑削工藝將多個徑向且向外延伸的齒輪齒加工至錐齒輪的齒輪齒表面中；在每個齒上形成至少一個倒角，使得每個倒角經(jīng)由自動涂刷工藝設(shè)置在形成于相應(yīng)的嚙合表面與齒頂之間的鄰接邊緣上；對錐齒輪施用熱處理工藝；將錐齒輪精加工；以及對錐齒輪施用噴丸處理工藝。

上述特征和優(yōu)點以及本教導(dǎo)的其它特征和優(yōu)點從某些最佳模式的以下詳述和用于實行如隨附權(quán)利要求書中限定、結(jié)合附圖取得的本教導(dǎo)的其它實施例將容易地顯而易見。

附圖說明

圖1是示例性螺線錐齒輪組的示意透視圖。

圖2是示例性準(zhǔn)雙曲面螺線錐齒輪組的示意平面圖。

圖3是示例性齒輪齒的示意橫截面視圖。

圖4是示例性錐齒輪組上的選定多個齒的示意透視圖，其中齒是呈示例性嚙合。

圖5a是經(jīng)形成每個相應(yīng)的齒面與相應(yīng)的齒頂之間具有倒角的示例性齒輪齒的示意橫截面視圖。

圖5b是經(jīng)形成每個相應(yīng)的齒面與相應(yīng)的齒頂之間具有倒角的示例性齒輪齒的示意透視圖。

圖6是示例性錐齒輪組上的選定多個齒的示意透視圖，其中形成每個相應(yīng)的齒面與相應(yīng)的齒頂之間具有倒角的選定多個齒。

圖7是示例性錐齒輪組上的選定多個齒的示意正視圖，其中齒是呈示例性嚙合，且其中選定多個齒形成有介于每個相應(yīng)的齒面與相應(yīng)的齒頂之間的倒角。

圖8是詳述形成示例性錐齒輪的工藝的流程圖。

具體實施方式

雖然可關(guān)于具體應(yīng)用或行業(yè)描述本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本公開的更廣泛實用性。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識到，諸如“上面”、“下面”、“向上”、“向下”等術(shù)語是描述性地用于圖式，并且并不表示對如由所附權(quán)利要求書限定的本公開的范圍的限制。諸如“第一”或“第二”的任何數(shù)字標(biāo)記僅是說明性的，且決不旨在限制本公開的范圍。

一個圖中所示的特征可以與任何圖中所示的特征組合、為該特征取代或由該特征修飾。除非另有說明，否則沒有特征、元件或限制與任何其它特征、元件或限制互斥。另外，沒有特征、元件或限制是操作所絕對需要的。圖中所示的任何具體配置僅是說明性的且所示的具體配置并不限制權(quán)利要求書或說明書。

參考附圖，其中所有幾個視圖中的相同附圖標(biāo)記是指相同部件，提供了錐齒輪組10及其制造方法100。

錐齒輪組10可以包括第一錐齒輪12和第二錐齒輪14。第一錐齒輪12可以設(shè)置在第一錐齒輪軸線29上。第一錐齒輪12可以具有上面形成多個齒20的第一齒輪齒表面16。第一多個齒20中的每個齒均從第一錐齒輪軸線29向外且徑向延伸。第二錐齒輪14可以設(shè)置在第二錐齒輪軸線30上。第二錐齒輪14可以具有上面形成第二多個齒22的第二齒輪齒表面18。第二多個齒22中的每個齒均從第二錐齒輪軸線30向外且徑向延伸。第一多個齒20配置成與第二多個齒22接合，使得在接合時，第一多個齒20和第二多個齒22以嚙合46接合。

第一錐齒輪12和第二錐齒輪14中的每個錐齒輪均可以是螺線錐齒輪(圖1)。螺線錐齒輪通常具有帶有齒輪齒表面16、18的大體上環(huán)形齒輪主體，該齒輪齒表面包括多個徑向向外延伸的或螺旋齒輪齒20、22。第一錐齒輪12和第二錐齒輪14中的每個錐齒輪的齒輪齒20、22的形式可以是例如直線型、螺線型和準(zhǔn)雙曲面型中的一種。

第一錐齒輪12和第二錐齒輪14中的每個錐齒輪在形成為螺線錐齒輪(圖1)時可以取決于應(yīng)用而形成為右手螺線錐齒輪或左手螺線錐齒輪。在左手螺線錐齒輪中，齒的外半部以逆時針方向從穿過齒的中點的軸向平面傾斜(圖1)。在右手螺線錐齒輪中，齒的外半部以順時針方向從穿過齒的中點的軸向平面傾斜(圖2)。

另外，當(dāng)形成為螺線錐齒輪組10時，如圖1中所示，第一錐齒輪軸線29和第二錐齒輪軸線30配置成相交。此配置的示例性應(yīng)用是在車輛差速器中，其中驅(qū)動軸中的驅(qū)動方向必須轉(zhuǎn)動成基本上正交來驅(qū)動車輪。

第一錐齒輪12和第二錐齒輪14中的每個錐齒輪均可以形成為準(zhǔn)雙曲面螺線錐齒輪，如圖2中的一個示例性形式中所示。雖然準(zhǔn)雙曲面齒輪在它們的一般形式方面類似于螺線錐齒輪，但是準(zhǔn)雙曲面齒輪由于具有彎曲且傾斜的螺線齒而不同，其中該齒的螺距面是回轉(zhuǎn)雙曲面。準(zhǔn)雙曲面齒輪作用于非相交軸線上。因而，當(dāng)形成為準(zhǔn)雙曲面螺線錐齒輪12、14時，如圖2中所示，第一錐齒輪軸線29和第二錐齒輪軸線30不相交。用于此配置的示例性應(yīng)用是在大型卡車、運動型多用途車輛等中的車輛差速器，因為準(zhǔn)雙曲面螺線錐齒輪組能夠傳輸高于嚴(yán)格螺線錐齒輪組的轉(zhuǎn)矩。第一錐齒輪軸線29和第二錐齒輪軸線30的偏離越大，在第一錐齒輪12與第二錐齒輪14之間傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩就越高。

第一錐齒輪12與第二錐齒輪14中的每個錐齒輪可以經(jīng)由端面銑削工藝和端面滾銑工藝中的一種形成。在示例性實施例中，第一錐齒輪12與第二錐齒輪14中的每個錐齒輪是經(jīng)由端面銑削工藝使用多葉片端面銑削切割器等形成。因而，在一個實例中，選擇齒輪坯件或工件且相對于旋轉(zhuǎn)切割器轉(zhuǎn)動該齒輪坯或工件以制造一個齒間凹槽，且接著隨后將切割器撤回，且將齒輪坯件或工件轉(zhuǎn)位至用于切割下一個齒的適當(dāng)位置中。在另一個實例中，切割機(jī)以預(yù)定相對速度旋轉(zhuǎn)切割器和齒輪配件，且不轉(zhuǎn)位。

參考圖1至7，第一多個齒20和第二多個齒22中的每個齒可以包括齒頂26、多個嚙合表面24和至少一個倒角40。

齒頂26可以定位在第一錐齒輪軸線29和第二錐齒輪軸線30的遠(yuǎn)端，并且可以進(jìn)一步組成齒輪齒表面16、18的最外部分。齒頂26可以進(jìn)一步具有長度50。

第一多個嚙合表面24可以包括第一嚙合表面24a(圖3和5)和第二嚙合表面24b(圖3和5)，使得相應(yīng)的齒20、22的第一嚙合表面24a和第二嚙合表面24b中的每個嚙合表面均在鄰接邊緣28處鄰接齒頂26。每個嚙合表面24可以進(jìn)一步包括齒面32和齒側(cè)面34，使得齒面32在鄰接邊緣28處鄰接齒頂26。

每個齒20、22可以具有至少一個倒角40。如圖5至7中所示，每個齒20、22可以具有兩個倒角40。該至少一個倒角40可以形成在鄰接邊緣28處并且沿著齒頂長度50延伸。倒角40可以經(jīng)由在鄰接邊緣28處移除相應(yīng)的齒20、22的倒角區(qū)域42(圖5a和圖5b)而形成。倒角區(qū)域42限定為歸因于在相應(yīng)的齒20、22上形成倒角40移除的齒20、22的區(qū)域。倒角區(qū)域42可以具有四個尺寸：第一倒角區(qū)域尺寸d1(圖5b)、第二倒角區(qū)域尺寸d2(圖5b)和第三倒角區(qū)域尺寸d3(圖5a、5b和6)以及第四倒角區(qū)域尺寸d4，其對應(yīng)于齒輪齒(圖5b和6)的面寬。第一倒角區(qū)域尺寸d1可以從約0.10毫米至約0.40毫米。更具體地，第一倒角區(qū)域尺寸d1可以是約0.25毫米。第二倒角區(qū)域尺寸d2可以從約0.3毫米至約0.7毫米。更具體地，第二倒角區(qū)域尺寸d2可以約為0.5毫米。

該至少一個倒角40可以經(jīng)由各種工藝形成在相應(yīng)的齒20、22上，這些工藝包括(但不限于)自動涂刷工藝、加工工藝和手動或手工工藝中的一種。在一個示例性實施例中，通過沿著齒頂26的長度50施用自動涂刷至齒20、22的鄰接邊緣28形成該至少一個倒角40。涂刷可以是金屬涂刷。替代地，涂刷可以是具有磨耗部件的非金屬涂刷，諸如具有浸漬有磨料(諸如氧化鋁或碳化硅)的尼龍刷毛的涂刷。在另一個示例性實施例中，可以經(jīng)由加工工藝形成該至少一個倒角40。例如，可以經(jīng)由計算機(jī)化數(shù)控(cnc)機(jī)器形成該至少一個倒角40，使得計算機(jī)化數(shù)控(cnc)機(jī)器利用一組預(yù)記錄指令將相應(yīng)的倒角40切割為相應(yīng)的鄰接邊緣28處的相應(yīng)的齒20、22。

本文還提供且圖8中的流程圖中詳述形成具有齒輪齒表面16、18的錐齒輪12、14(錐齒輪組10的第一錐齒輪12和第二錐齒輪14)的方法100。該方法通常包括以下步驟：提供環(huán)形齒輪坯件；將多個徑向且向外延伸的齒輪齒20、22加工至錐齒輪12、14的齒輪齒表面16、18中；在形成于相應(yīng)的嚙合表面24與齒頂26之間的鄰接邊緣28處的每個齒上形成該至少一個倒角40；對錐齒輪12、14進(jìn)行熱處理；對錐齒輪進(jìn)行噴丸處理；以及將錐齒輪12、14精加工。

首先，在步驟101處，提供環(huán)形齒輪坯件或工件。在步驟102處，經(jīng)由端面銑削工藝將多個徑向且向外延伸的齒輪齒20、22加工至錐齒輪12、14的齒輪齒表面16、18中。即，環(huán)形齒輪坯件或工件通過多葉片端面銑削切割器等而作用。因而，在一個實例中，相對于旋轉(zhuǎn)切割器定位環(huán)形齒輪坯件或工件。接著切割器切割成坯件以制造一個齒間凹槽。接著隨后將切割機(jī)撤回，且將坯件或工件轉(zhuǎn)位至用于切割下一個齒的適當(dāng)位置中。

在步驟101和102處在每個相應(yīng)的齒20、22形成在錐齒輪12、14上之后，在步驟103處，在每個齒20、22上形成至少一個倒角40。該至少一個倒角40形成在相應(yīng)的嚙合表面24與齒頂26之間的鄰接邊緣28處?？梢越?jīng)由自動涂刷工藝在相應(yīng)的齒20、22上形成該至少一個倒角40，使得通過沿著齒頂26的長度50施用自動涂刷至齒20、22的鄰接邊緣28形成該至少一個倒角40。涂刷可以是金屬涂刷。替代地，涂刷可以是具有磨耗部件的非金屬涂刷，諸如具有浸漬有磨料(諸如氧化鋁或碳化硅)的尼龍刷毛的涂刷。

在步驟104處，錐齒輪12、14進(jìn)行熱處理工藝。熱處理涉及通常加熱或冷卻至極端溫度的使用，以實現(xiàn)諸如材料的硬化或軟化的理想結(jié)果。在此實例中，相應(yīng)的錐齒輪12、14進(jìn)行熱處理工藝以硬化相應(yīng)的材料(諸如鋼等)。熱處理技術(shù)包括退火、表層硬化、沉淀強化、回火、正火和淬火。

在步驟104處進(jìn)行熱處理工藝之后，在步驟105處，可以經(jīng)由金屬表面精加工工藝對錐齒輪12、14精加工。表面精加工可以包括廣泛范圍的工業(yè)工序，其改變制品的表面以改善外觀、粘合性或可濕性、焊接性、耐腐蝕性、抗蝕性、耐化學(xué)性、耐磨性和硬度。表面精加工還可以改性導(dǎo)電率、消除毛刺和其它表面瑕疵，并且控制響應(yīng)的齒輪齒表面16、18的摩擦元件。在一個實例中，第一錐齒輪12和第二錐齒輪14可以經(jīng)由表面精加工工藝(諸如剃齒工藝、輥壓工藝、研磨工藝、珩磨工藝和磨光工藝中的一種)進(jìn)行精加工。

在步驟106處，相應(yīng)的錐齒輪12、14進(jìn)行噴丸處理工藝。噴丸處理是用于產(chǎn)生壓縮殘留應(yīng)力層并且改性金屬和復(fù)合物的機(jī)械性質(zhì)的冷金屬加工工藝。另外，噴丸處理需要利用噴丸(即，圓形金屬、玻璃或陶瓷顆粒)沖擊表面，其中力足以產(chǎn)生塑性變形。塑性變形在噴丸表面(即，齒輪齒表面16、18)中引發(fā)殘留壓縮應(yīng)力，且在相應(yīng)的齒輪部件12、14的內(nèi)部引發(fā)拉伸應(yīng)力。對表面進(jìn)行噴丸處理將該表面塑性地展開，從而導(dǎo)致改變該表面的機(jī)械性質(zhì)。

如圖3中所示，當(dāng)錐齒輪(諸如本文所公開的第一錐齒輪12和第二錐齒輪14)進(jìn)行噴丸處理工藝時，鄰接邊緣28附近的材料的塑性變形可產(chǎn)生附加尖端36，即鄰接邊緣28處的附加材料。如圖3中所示的此附加尖端36可改變齒廓并且最終破壞第一多個齒輪齒20與第二多個齒輪齒22之間的嚙合46。破壞第一多個齒輪齒20與第二多個齒輪齒22之間的嚙合46可具有不利影響。在一個實例中，附加尖端36(諸如圖3中所示的附加尖端)可導(dǎo)致齒輪齒表面16、18非所需的磨損，其中附加尖端36接觸到嚙合齒輪的齒廓，即，齒面32和/或齒側(cè)面34。在另一個實例中，附加尖端36(諸如圖3中所示的附加尖端)可導(dǎo)致第一多個齒20與第二多個齒22之間的嚙合46未對準(zhǔn)。在又一實例中，附加尖端36(諸如圖3中所示的附加尖端)可在諸如車輛的應(yīng)用中導(dǎo)致噪聲、振動和粗糙度(nvh)問題，諸如當(dāng)附加尖端36接觸嚙合齒輪的齒輪齒表面16、18時產(chǎn)生的喀嚓聲。

緊接著繼端面銑削工藝后且在錐齒輪12、14進(jìn)行熱處理工藝和噴丸處理工藝之前，第一多個齒20與第二多個齒22中的每個齒增加該至少一個倒角40解決了這些問題。如圖5a和5b中所示，當(dāng)錐齒輪(諸如本文所公開的第一錐齒輪12和第二錐齒輪14)進(jìn)行噴丸處理工藝時，材料的塑性變形可產(chǎn)生附加尖端36，即變形至倒角40上的附加材料。即使仍然可以在噴丸處理工藝期間產(chǎn)生附加尖端36(如圖5b中所示)，圖5b的所得附加尖端36容納在倒角區(qū)域42內(nèi)。倒角區(qū)域42限定為歸因于在鄰接邊緣28處的相應(yīng)的齒20、22上形成倒角40移除的齒20、22的區(qū)域。因而，齒廓由于在倒角區(qū)域42內(nèi)形成附加尖端36而保持不變，因為附加尖端36(如圖5b中所示)在嚙合46期間將不會接觸嚙合齒輪齒。因而，倒角40的產(chǎn)生允許改善齒輪壽命和齒輪磨損以及改善關(guān)于諸如車輛的應(yīng)用中的噪聲、振動和粗糙度(nvh)估計的性能，因為嚙合46期間避免了第一多個齒20與第二多個齒22之間的喀嚓聲，這是因為如圖5b中所示的附加尖端36容納在倒角區(qū)域42內(nèi)。

詳述和圖式或圖支持并且描述本教導(dǎo)，但是本教導(dǎo)的范圍僅僅是由權(quán)利要求書限定。雖然已詳細(xì)描述了用于實行所述教導(dǎo)的某些最佳模式和其它實施例，但是也存在用于實踐所附權(quán)利要求書中限定的本教導(dǎo)的各種替代設(shè)計和實施例。