[发明专利]长寿命小齿轮轴及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2012年7月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-72608号的优先权，其公开的全部内容并入本申请以供参考。

技术领域

本发明涉及一种小齿轮轴及其制造方法，更具体地，涉及一种插入小齿轮的中心并与承载器（carrier）结合的小齿轮轴。该小齿轮轴具有改良的耐久性（“长寿命”），具体地，其通过由包括一些附加原子的高碳合金钢形成小齿轮轴的外径部并且由中碳钢形成小齿轮轴的内径部而提供。

背景技术

行星齿轮一般是包括一对彼此啮合的齿轮从而当一个齿轮围绕另一齿轮的轴旋转时使两个齿轮的每一个分别转动的齿轮系统。

这些行星齿轮主要用于工程机械或车辆的自动传动器的齿轮传动装置中，并且它们一般包括：恒星齿轮；围绕所述恒星齿轮同轴地安置的环形齿轮；两个或更多个小齿轮，它们与所述恒星齿轮和所述环形齿轮啮合并围绕所述恒星齿轮旋转；和承载器，它围绕所述恒星齿轮和环形齿轮同轴地安置并支撑所述小齿轮的旋转。

此外，与所述承载器相连的小齿轮轴插入所述小齿轮的中心。由多个滚动元件组成的滚针轴承进一步安装在所述小齿轮与所述小齿轮轴之间。所述滚针轴承是指使用细而长的圆柱形辊的轴承。

在本文中，小齿轮轴起到支撑小齿轮的作用。因而，需要高尺寸稳定性、高耐久性和长寿命。通常进行使用轴承钢的热处理来制作小齿轮轴。在热处理过程中，马氏体结构和残留奥氏体结构在材料的内部形成。

由于频繁使用小齿轮轴，其尺寸会改变。这种由于小齿轮轴的使用而产生的尺寸改变是由其体积逐渐膨胀而引起的，因为包含在材料中的残留奥氏体通过外力和热量而分解。只要材料中存在奥氏体，这就是不可避免的现象。

特别地，因为小齿轮轴固定在承载器上，在其中间没有任何转动，所以当承载器转动时施加到它的力（比如离心力）朝向特定的方向。结果，小齿轮轴能够通过残留奥氏体的局部分解（即体积膨胀）而弯曲。

当小齿轮轴弯曲时，在滚针轴承与小齿轮轴之间的不均匀接触导致边缘荷载的产生。这能够导致小齿轮轴的表面的损坏和脱落。

尽管减少包含在材料中的残留奥氏体的数量可以防止小齿轮轴的弯曲，残留奥氏体对于小齿轮轴是不可或缺的结构，因为它通过为材料提供韧性并对接触疲劳抑制裂纹扩展而改善耐久性并延长寿命。

基于对残留奥氏体的数量与小齿轮轴的寿命之间的相关性的分析，发现在小齿轮轴的深处部分中残留奥氏体的数量越少并且在小齿轮轴的外层中残留奥氏体的数量越多，小齿轮轴的寿命越长。

在这种相关性的基础上，已经研究了许多通过提高其耐久性来延长小齿轮轴的寿命的方法。一种已提出的方法涉及应用多个热处理过程以便为外层提供15%～40%的残留奥氏体，并且使小齿轮轴的深处部分的残留奥氏体的数量最小化。

然而，由于复杂的制造过程，这种方法具有低生产率的问题，并且进一步增加了生产成本。

除了对于克服小齿轮轴的弯曲问题的需求以外，小齿轮轴也必须由高耐久性的材料制成。然而，已经使用在小齿轮轴中的轴承钢没有满足这些需求。这特别是由于在汽车工业中需要制造重量轻和燃料效率高的车辆，它们具有小型和高性能的并且使用低粘度传动器油的自动传动器。

于是，添加有硅、镍、钼、钒等的材料已经被提出以便提高强度和耐久性。然而，这种方法由于使用这些昂贵的附加原子而增加了生产成本。

作为本发明的相关技术而在上面提供的描述仅用来帮助理解本发明的背景技术，并不应该被解释为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。

发明内容

本发明提供具有更加持久寿命（更长寿命）的小齿轮轴及其制造方法。具体地，本发明通过以高碳合金钢形成小齿轮轴的外径部并以中碳钢形成小齿轮轴的内径部，确保耐久性和尺寸稳定性，并同时抑制小齿轮轴的弯曲。优选地，整个外径部（外层，沿着小齿轮轴的整个长度）由高碳合金钢形成，并且整个内径部（内层，沿着小齿轮轴的整个长度）由中碳钢形成。然而，也有可能但不是优选的，仅以指定的材料形成外径部和/或内径部的一部分（例如，通过以中碳钢仅沿着小齿轮轴的一部分长度形成内径部）。

根据本发明的实施方式，提供小齿轮轴及其制造方法，这通过以中碳钢形成小齿轮轴的内径部增加了注油孔等的处理效率，并同时减少了生产成本。尽管为了改善持久的寿命而通过在制造过程中应用静液力挤压步骤和单独热处理步骤而可能添加原子，本发明仍进一步保持了低材料成本。