一种复合变位齿轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及齿轮传动技术领域，特别是涉及一种复合变位齿轮，该齿轮具有完整的变齿厚复合变位内齿轮结构。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
【发明内容】
[0004]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复合变位齿轮。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种复合变位齿轮，所述齿轮由若干片具有相同齿数且具有变厚齿形的圆环形齿片顺序组合构成，齿片的轮齿设置在圆环形齿片的内圆周上，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，齿片的圆环上设有若干用于固定齿片安装孔，所述齿片的齿顶圆直径、齿根圆直径及齿厚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复合变位内齿轮结构。本发明的复合变位齿轮由若干片具有变厚齿形的圆环形齿片组合构成，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变齿厚复合变位内齿轮。采用齿片组合方式构成变齿厚复合变位内齿轮，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。另夕卜，本发明通过螺钉或铆钉固定的紧固方式，可以确保齿轮的整体强度。
[0006]作为优选，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。
[0007]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，减振降噪片的厚度为内齿片厚度的16%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。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16%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。
[0008]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，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16%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。
[0009]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其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。
[0010]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；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16%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。
[0011]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16%，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16%，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。
[0012]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。
[0013]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