專利名稱：中空齒輪環和它的制造方法
技術領域：
本發明公開了一種改進的中空齒輪環以及制造該改進的中空齒輪環的方法。
背景技術：
中空齒輪環在機械技術的許多領域是常用部件。中空齒輪環，如其名字所暗示的，包括具有內圓周和外圓周的環形體，在其中一個圓周或者兩個圓周上具有齒輪結構。該齒輪結構可以包括凸出部，諸如，例如以“齒”的形式的嵌齒，或者其它結構，諸如，例如斜齒輪。形成中空齒輪環的傳統方式的例子包括連接齒輪結構至光滑的中空環的外圓周或者內圓周，或者通過機加工在中空環的外圓周或者內圓周上形成齒輪結構。第一種方法，即，連接齒輪結構至中空環的缺點是在齒輪結構和中空環之間的，它要連接的接頭隨著時間過去，通過諸如應力，磨損，蠕變，以及侵蝕腐蝕的因素會很薄弱，其可以最終引起接頭破裂。第二種方法，即，在中空環的外圓周或者內圓周上機加工齒輪結構的缺點在于內在地機加工齒輪結構引起結構上的薄弱。通常的制造中空齒輪環的傳統方法的缺點包括在制造具有足夠精度和質量的中空齒輪環方面的困難，其同時出現在齒輪以及與例如太陽輪和行星輪的齒輪設計相比的整個結構上。
發明內容
本發明的目的是提供一種中空齒輪環，其沒有已知齒輪環的上述缺點，以及也提供了制作這種中空齒輪環的至少一種方法。該目的通過本發明實現，在于它公開了一種具有外圓周和內圓周的焊接中空齒輪環。焊接中空齒輪環在它的圓周的至少其中一個上具有齒輪結構，以及具有至少一個焊接接頭。根據本發明，焊接接頭是通過閃光對接焊接形成的。因為閃光對接焊接提供了特別堅固的焊接接頭的事實，這是有利的。此外，由于本發明的中空齒輪環具有由閃光對接焊接形成的至少一個焊接接頭，齒輪結構可以在直的鋼棒上形成，其接著彎曲成環形且閃光對接焊接在一起。這意味著齒輪結構可以形成在鋼棒上或者在鋼棒中，以使得可以使用標準的齒輪制造技術，諸如，例如在線性傳輸(lineartransmission)中使用的技術，這會導致與制造中空齒輪環的傳統方法相比具有更低的成本和更高的質量。此外，使用閃光對接焊接使得使用的鋼與制造具有齒輪結構的齒輪環的傳統方法中使用的鋼相比具有更高的碳含量。因為使用閃光對接焊接的事實，具有高碳含量的鋼，例如超過O. 67%可以被用于制造本發明的齒輪環，其意味著本發明的齒輪環可以比傳統的齒輪環更堅固，或者它在質量和性能上是可以比較的，但是具有更低的成本。 在一個實施例中，齒輪結構已經通過滾軋成形，同時它在另一個實施例中已經通過機加工成形。在進一步的實施例中，齒輪結構通過機加工和滾軋組合成形。在本發明的一個實施例中，焊接中空齒輪環具有在兩個圓周上的齒輪結構，S卩，具有從外圓周面向向外的一個齒輪結構以及從環的內圓周面向向內的一個齒輪結構。在本發明的一個實施例中，焊接中空齒輪環的齒輪結構包括嵌齒，以及在另一個實施例中，它包括斜齒輪。在焊接中空齒輪環的一個該實施例中，至少一個焊接接頭位于兩個嵌齒之間或者位于兩個斜齒輪之間。本發明也公開了制造焊接中空齒輪環的方法，包括如下步驟在細長形鋼棒的第一主表面上形成第一齒輪結構；彎曲鋼棒以形成環，以使得鋼棒的兩個相對遠端部相接；通過閃光對接焊接彼此結合鋼棒的兩個相接端部。本發明也公開了制造焊接中空齒輪環的方法，其包括如下步驟在兩個或者更多個細長形鋼棒的每一個的第一主表面上形成第一齒輪結構；彎曲兩個或者更多個鋼棒以使得它們每一個形成具有第一半徑的環的環節段；通過閃光對接焊接彼此結合所述兩個或者更多個鋼棒的端部，以為了形成具有所述第一半徑的焊接中空齒輪環。在本方法的一個實施例中，鋼棒彎曲以形成環，其以如下方式齒輪結構從環節段或者環的內圓周面向向內。
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在本方法的一個實施例中，鋼棒彎曲以形成環，其以如下方式齒輪結構從環節段或者環的外圓周面向向外。在一個實施例中，所述方法額外地包括在鋼棒或者多個鋼棒的第二主表面上形成第二齒輪結構，第二主表面與鋼棒或者多個鋼棒的第一主表面相對。在一個實施例中，齒輪結構或者多個齒輪結構通過滾軋形成。在一個實施例中，齒輪結構或者多個齒輪結構通過機加工形成。在一個實施例中，齒輪結構或者多個齒輪結構通過機加工和滾軋組合形成。在一個實施例中，齒輪結構形成以包括嵌齒，同時在一個實施例中，齒輪結構形成以包括斜齒輪。在所述方法的一個實施例中，齒輪結構被形成以包括鄰接至鋼棒或者多個鋼棒的每一個端部的完整嵌齒或者斜齒輪，因此使得在兩個嵌齒或者斜齒輪之間的焊接得以執行。本發明的這些以及其他實施例，與通過本發明獲得的優點將在下文中說明。
本發明將接下來參照附圖進行更詳細地說明，在附圖中圖1a-1d示出了本發明的第一實施例；以及圖2a_2d示出了本發明的第二實施例；以及圖3a_3d示出了本發明的第三實施例；以及圖4示出了本發明的第四實施例；以及圖5示出了本發明的第五實施例；以及圖6和7示出了本發明的進一步的實施例。
具體實施例方式圖1a-1d示出了用于獲得本發明的一個實施例的焊接中空齒輪環的方法。圖1a示出了細長形的鋼棒100，其示出了彼此相對的第一主表面110和第二主表面120，其也示出了兩個相對遠端部115，125。在圖1a中的虛線畫出了形成在鋼棒100的第一主表面110上的第一齒輪結構的輪廓。在一個實施例中，第一齒輪結構通過滾軋形成在鋼棒100的第一主表面110上。在另一個實施例中，第一齒輪結構通過機加工形成在鋼棒100的第一主表面110上。在又一個實施例中，第一齒輪結構通過滾軋和機加工的結合形成在鋼棒100的第一主表面110上。形成齒輪結構的不同方式提供了不同的優點使用滾軋形成齒輪結構提供了特別堅固的齒輪結構，這是因為通過滾軋帶來的平滑和連續的材料流動。根據本發明使用機加工以形成齒輪結構式是有利的，這是因為機加工在鋼棒上實行，即，在直的結構上實行，與在環的彎曲的圓周上進行機加工相比，這使得機加工更容易且因此花費更少。通過滾軋形成的齒輪結構可以顯示不同的形式和形狀，將在后面詳細描述，但是在圖1a-1c示出的實施例中，齒輪結構被成形以包括呈“齒”形狀的嵌齒(cog) 131-138，即，具有尖的三角形結構的凸出部，該尖面向遠離齒輪結構形成于其上的鋼棒的第一主表面110。適合地，嵌齒在鋼棒的主表面上均勻的間隔開，且通過中間間隔分離開。通過本發明給出的再一個優點是，如圖1a和Ib所示，齒輪結構形成在直的鋼棒的平的表面上，其比在環形表面上成形齒輪結構更容易。圖1b示出了完成的齒輪結構，即，形成在鋼棒100的第一主表面110上交錯間隔的嵌齒131-138。如通過圖1b中的兩個箭頭所示，鋼棒110現在將彎曲以形成環，以使得鋼棒100的兩個相對遠端部115，125相遇。圖1b的箭頭指示鋼棒100沿著會引起齒輪結構從所形成的環的外圓周面向向外的方向彎曲。在本發明的另一個實施例中，鋼棒以另一個方向彎曲，以使得齒輪結構從所形成的環的內圓周面向向內。一旦鋼棒已經彎曲成環形，鋼棒100的兩個相對遠端部115，125通過閃光對接焊接彼此接合，以使得焊接接頭形成在環中。(為了完善的目的，如何實行閃光對接焊接的例子將在本文的結束部分給出。)適合地，在齒輪結構包括嵌齒的情況中，焊接接頭放置在兩個嵌齒之間，其以如下的方式完成形成齒輪結構以包括完整嵌齒131，138，鄰接鋼棒或多個鋼棒的每個端部115，125，因此使得在兩個嵌齒之間能夠實行閃光對接焊接。自然地，本發明也包括閃光對接焊接在嵌齒或者斜齒輪中執行的實施例，在這種情況下，嵌齒或者斜齒輪的其中一部分形成在那些桿端部的每一個上，這些端部接著通過閃光對接焊接結合在一起，以使得在兩個端部已經通過閃光對接焊接彼此結合之后，形成完整嵌齒或者斜齒輪。圖1c示出了通過本發明的實施例獲得的焊接中空齒輪環160。如圖1c所示，焊接中空齒輪環160顯示了外圓周140和內圓周155，也展示了在那些圓周的至少其中一個上的齒輪結構，在圖1c中示出的例子中，在外圓周140上。在該例子中的齒輪結構包括成形為交錯間隔的嵌齒131-138的齒輪結構。如圖1c所示，通過閃光對接焊接，焊接接頭151形成在已加工完的中空齒輪環160中，焊接接頭151適合地放置在兩個嵌齒131，138之間。圖1d示出了圖1c的焊接中空齒輪環160，但是在此閃光對接焊接接頭已經得以精加工,這例如可以通過機加工完成。圖2a_2d示出了通過該實施例獲得本發明方法和焊接中空齒輪環(在圖2c中示出，使用附圖標記260)的另一個實施例在圖2a和2b中示出的方法以及在圖2c中示出的加工完成的產品260在此不詳細說明，因為其與圖1a-1c非常類似，但是如所示的，齒輪結構(由圖2a中的虛線畫出輪廓)在鋼棒200的第二主表面220上適合地通過滾軋，機加工或者其結合形成，隨后，圖2b，鋼棒200彎曲成環形，鋼棒200的兩個遠端相對端部215，225通過閃光對接焊接以與關于圖1a-1c中說明的相同的方式彼此結合。以該方式獲得的中空焊接齒輪環260因此類似于圖1c的環160，但是區別在于齒輪結構從環260的內圓周255面向向內。圖2d示出了圖2c的焊接中空齒輪環260，但是在此閃光對接焊接接頭已經被精加工，這例如可以通過機加工進行。自然地，圖2c和2d的實施例260也可以如圖1a所示，通過在鋼棒100的第一主表面110上形成齒輪結構獲得，接著沿著與圖2b中的箭頭所示的方向相對的方向彎曲鋼棒。圖3a_3d示出了本發明的方法的又一個實施例以及另一個實施例的中空焊接齒輪環360是如何獲得的在該實施例中，如圖3a和3b所示，第一齒輪結構適合地通過滾軋、機加工或者其結合在鋼棒300的第一主表面310上形成，除了這樣，第二齒輪結構通過在鋼棒300的第二主表面320上滾軋形成，第一和第二主表面310，320是鋼棒300的相對主表面。因此兩個齒輪結構都通過滾軋形成。第一和第二齒輪結構被示出為包括呈“齒”形狀的嵌齒，第一齒輪結構的嵌齒示出為331’-338’以及第二齒輪結構的嵌齒示出為331-338。也在該實施例中，鋼棒300彎曲形成環形，且鋼棒300的兩個相對遠端315，325以關于圖1a-1c以及2a_2c說明的相同方式通過閃光對接焊接彼此結合。以該方式獲得的中空焊接齒輪環360因此類似于圖1c和圖2c中示出的那些，但是區別在于它展示了兩個齒輪結構，一個從環360的內圓周355向內面對，一個從環360的外圓周340向外面對。圖3d示出了圖3c的焊接中空齒輪環360，但是在此閃光對接焊接接頭已經被精加工，這例如可以通過機加工進行。在迄今說明的實施例中，已經說明和示出的齒輪結構示出為面向向內和/或面向向外的呈“齒”形的嵌齒。在圖4中示出的另一個實施例460中，齒輪結構包括嵌齒，其展示了光滑的結構，具有面對遠離焊接環的圓周的凸出部，齒輪結構位于該焊接環上。自然地，該嵌齒也可以被形成在中空焊接齒輪環的兩個圓周的任何一個上，或者在環的兩個圓周上。由閃光對接焊接形成的接頭451在圖4中示出。在圖5中示出的再一個實施例560中，齒輪結構包括斜齒輪。在該實施例中，至少一個焊接接頭位于兩個斜齒輪之間，其以與“嵌齒實施例”相同的方式適當地完成齒輪結構適合地形成為包括鄰接鋼棒每個端部的斜齒輪，因此使得在兩個斜齒輪之間實行閃光對接焊接。這與圖4中示出的“光滑嵌齒實施例”以及圖3a-3d中示出的“雙嵌齒實施例”的情況相同。由閃光對接焊接形成的焊接接頭551示出在圖5中。圖6示出了本發明的中空齒輪環的進一步的實施例600，其以與圖1-5中的實施例相同的方式獲得，但是在該實施例中，齒輪結構包括緊緊鄰接彼此放置的嵌齒630-650。由閃光對接焊接形成的焊接接頭651在圖6中示出。圖7示出了本發明的中空齒輪環的又一個實施例700，其以與圖1-6中相同的方式獲得，但是在該實施例中，齒輪結構被形成以使得包括在齒輪結構中的嵌齒731-738從外圓周140以90度角指向。自然地，在本實施例中本發明的范圍內，其它角度以及齒輪結構的其它形狀也是可以想到的。由閃光對接焊接形成的焊接接頭751示出在圖7中。圖1-3示出了通過使用一個連續的鋼棒獲得中空齒輪環的方法。然而，本發明也公開了通過使用兩個或者更多個鋼棒獲得中空齒輪環的方法，如下第一齒輪結構形成在兩個或者更多個細長形鋼棒的每一個的第一主表面上，兩個或者更多個鋼棒彎曲以使得它們每一個形成具有第一半徑的環的環形節段；兩個或者更多個鋼棒的端部通過閃光對接焊接彼此結合，從而形成具有第一半徑的焊接中空齒輪環。因此，本發明的實施例包括使用至少兩個鋼棒，其彎曲并接著結合在一起以形成中空齒輪環，該連接通過閃光對接焊接完成。所使用的兩個(或者更多個)鋼棒可以是相等的長度，其意味著它們會形成中空齒輪環的相等部分，或者它們可以是長度不同的，只要它們彎曲相同的半徑，以使得它們形成裝配在一起的“圓形節段”，雖然它們具有不同的角度長度。除了在該實施例中使用多個鋼棒，從而使得會形成更多閃光對接焊接接頭的事實，上述的用于在其中使用一個鋼棒以形成中空齒輪環的實施例的特征也可以應用于該實施例，例如齒輪結構的形式和形狀以及如何成形齒輪結構以及在中空齒輪環上它在哪被放置。使用一個或者多個圓形節段來形成本發明的中空齒輪環也可以以如下方式表示第一齒輪結構形成在至少一個細長形鋼棒的第一主表面上，該至少一個鋼棒彎曲以使得它形成具有第一半徑的圓的圓形節段，至少一個鋼棒的端部通過閃光對接焊接彼此結合，從而形成具有第一半徑的軸承環。因此，在此說明的圓形節段或者是一個整圓(360度)的一個圓形節段，或者是該圓的一部分，其裝配在一起從而在焊接時形成一個整圓。自然地，如果使用多于一個圓形節段(gp，每個圓形節段少于360度)，在其上形成齒輪結構的表面面向相同方向。閃光對接焊接已經在上面的說明中提及，一種形式的閃光對接焊接的簡短說明會因此在下文給出已經被彼此接合以使得鋼棒形成環的鋼棒的端部在兩個夾鉗之間被夾緊，上夾鉗和下夾鉗，上夾鉗是鋼的，下夾鉗是銅的。這些端部在一起，并且施加電流。電弧因此在兩個配合的表面之間產生，即，兩個端部的表面。在閃光對接焊接過程開始時，電弧間隙足夠大以甚至露出所述兩個面和清潔所述兩個面。當溫度已經達到鍛造的溫度時，施加壓力。在配合的表面之間產生閃光，這從焊接區域去掉潛在的不純和缺陷。本發明不限于上述的和在附圖中示出的實施例的例子，而是可以在附隨的權利要求的范圍內自由地變化。例如，本發明的焊接中空齒輪環可以在一個圓周上具有一種類型的齒輪結構，在另一個圓周上具有另一種類型，以使得例如是在外圓周上具有斜齒輪的齒輪結構，在內圓周上具有“齒”的齒輪結構。此外，應該指出的是通過滾軋形成的某種齒輪結構可以增強，即，通過機加工“最終完成”。然而，任何機加工在它的本質上會是小的，因此通過機加工對材料引起的任何缺點會是小的或者是可忽略的。此外，應清楚的是雖然本發明已經通過數個方法實施例進行了說明，可是本發明也包括產品，即，如專利權利要求中所列出的通過這些方法獲得的焊接中空齒輪環。
權利要求
1.一種具有外圓周(140，240，340)和內圓周(155，255，355)的焊接中空齒輪環(160，260，360，460，560)，所述焊接中空齒輪環在所述圓周的至少其中一個上具有齒輪結構(131-138，231-238，331-338，331，-338，)，以及具有至少一個焊接接頭(151，251，351，451，551)，所述齒輪環其特征在于所述至少一個焊接接頭通過閃光對接焊接形成。
2.根據權利要求1所述的焊接中空齒輪環，其中所述齒輪結構通過滾軋形成。
3.根據權利要求1所述的焊接中空齒輪環，其中所述齒輪結構通過機加工形成。
4.根據權利要求1所述的焊接中空齒輪環，其中所述齒輪結構通過機加工和滾軋的組合形成。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的焊接中空齒輪環(360)，其特征在于它具有在兩個圓周(340，355)上的齒輪結構，即，從所述外圓周(340)面向向外的一個齒輪結構(331’ -338’)以及從環的所述內圓周(355)面向向內的一個齒輪結構(331-338)。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的焊接中空齒輪環(160，260，360，460)，其中所述齒輪結構包括嵌齒(131-138，231-238，331-338，331，-338，)。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的焊接中空齒輪環(560)，其中所述齒輪結構包括斜齒輪。
8.根據權利要求6-7中任一項所述的焊接中空齒輪環(160，260，360，460，560)，其中至少一個焊接接頭(151，251，351，451，551)位于兩個嵌齒之間或者位于兩個斜齒輪之間。
9.一種制造焊接中空齒輪環(160，260，360，460，560)的方法，所述方法其特征在于它包括如下步驟 在細長形鋼棒(100，200，300)的第一主表面(110，210，310)上形成第一齒輪結構(131-138,231-238,33r -338’)； 彎曲所述鋼棒以形成環，以使得所述鋼棒的兩個相對遠端部(115，125 ;215，225 ;315，325)相遇； 通過閃光對接焊接彼此結合所述鋼棒的所述兩個相對遠端部。
10.一種制造焊接中空齒輪環(160，260，360，460，560)的方法，所述方法其特征在于它包括如下步驟 在兩個或者更多個細長形鋼棒的每一個的第一主表面上形成第一齒輪結構； 彎曲所述兩個或者更多個鋼棒以使得它們每一個形成具有第一半徑的環的環節段； 通過閃光對接焊接彼此結合所述兩個或者更多個鋼棒的端部，以為了形成具有所述第一半徑的焊接中空齒輪環。
11.根據權利要求9或10所述的方法，根據其所述鋼棒或者多個鋼棒彎曲以使得所述齒輪結構從所述環節段或者環的外圓周(140，240，340)面向向外。
12.根據權利要求9或10所述的方法，根據其所述鋼棒或者多個鋼棒彎曲以使得所述齒輪結構從所述環節段或者環的內圓周(155，255，355)面向向內。
13.根據權利要求9至12中任一項所述的方法，額外地包括在所述鋼棒或者多個鋼棒的第二主表面(320)上形成第二齒輪結構(331-338)，所述第二主表面與所述鋼棒或者多個鋼棒的第一主表面相對，通過這樣焊接中空齒輪環或者環節段獲得一個從所述環的內圓周(355)面向向內的齒輪結構(331-338)以及一個從所述環的外圓周(340)面向向外的齒輪結構(331，-338，)。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的方法，根據其所述齒輪結構或者多個齒輪結構通過滾軋形成。
15.根據權利要求9至13中任一項所述的方法，根據其所述齒輪結構或者多個齒輪結構通過機加工形成。
16.根據權利要求9至13中任一項所述的方法，根據其所述齒輪結構或者多個齒輪結構通過機加工和滾軋的組合形成。
17.根據權利要求9至16中任一項所述的方法，根據其形成所述齒輪結構以包括嵌齒。
18.根據權利要求9至17中任一項所述的方法，包括形成所述齒輪結構或者多個齒輪結構以包括斜齒輪。
19.根據權利要求17或18所述的方法，根據其所述齒輪結構或者多個齒輪結構被形成以包括鄰接所述鋼棒或者多個鋼棒的每個端部的完整嵌齒或者斜齒輪，因此使得在兩個嵌齒或者斜齒之間的閃光對接焊接(151，251，351)得以執行。
全文摘要
一種具有外圓周(140，240，340)和內圓周(155，255，355)的焊接中空齒輪環(160，260，360，460，560)，所述齒輪環在至少一個圓周上具有齒輪結構(131-138，231-238，331-338，331’-338’)，以及具有至少一個通過閃光對接焊接形成的焊接接頭(151，251，351，451，551)。該齒輪結構通過滾軋，機加工或者滾軋和機加工的結合形成。該齒輪結構可以包括嵌齒或者斜齒輪。
文檔編號B21H5/00GK103068499SQ201180039862
公開日2013年4月24日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年7月2日
發明者P.達曼, B.梁 申請人:Skf公司