[发明专利]一种复合式金属/树脂齿轮及其制造工艺和用途

说明书

本发明公开一种复合式金属/树脂齿轮，包括：有轮轴部和轮毂部的金属芯部；以及包围轮毂部外周部的树脂齿圈部，其特征在于所述金属芯部的轮轴部和轮毂部是通过锻造或铸造的方式一体成型的；所述树脂齿圈部包括支撑环和外齿部，支撑环由第一树脂成型于轮毂部的外周部，外齿部由第二树脂成型于支撑环的外周面。本发明的制造工艺提高了加工效率，并大幅降低了制造成本。而且根据本发明的复合式金属/树脂齿轮，具有配合传动关系好、强度高、精度高、输出扭矩高、运行平稳且噪音小等优点。

技术领域

本发明涉及齿轮技术领域，特别涉及金属/树脂复合齿轮技术领域，更具体地涉及一种复合式金属/树脂齿轮及其制造工艺和用途。

背景技术

齿轮传动是传递机械动力和运动的一种主要形式，齿轮传动效率高、传动比稳定、结构紧凑，因而应用广泛。国际上，动力传动齿轮装置正向轻量化、高速化、标准化方向发展。

金属齿轮由于传递误差造成的啮合和由于齿隙造成的撞齿等原因，存在振动和噪音的问题。与金属齿轮相比，树脂齿轮不仅生产成本低、成型工艺好、生产效率高，还具有质量轻、传动稳定、吸振降噪及耐磨性好等优点。在齿轮的一些应用领域，有用树脂齿轮替代金属齿轮的发展趋势。然而，树脂齿轮最重要的缺点是强度相对较低。运用树脂齿轮时，面临的关键问题之一就是强度是否满足需要。

随着高强度、高耐磨等高性能树脂的推出，进一步推动树脂齿轮向高负荷方向发展，应用领域进一步拓宽。目前，树脂齿轮已广泛应用于汽车、家电、办公用品等领域。在汽车领域电子助力转向系统(EPS)中应用的树脂齿轮是以树脂齿轮代替金属齿轮的成功案例。

EPS齿轮是汽车电子助力转向器中的主要传动部件。随着汽车行业的飞速发展，对EPS齿轮的要求也越来越高。要求齿轮振动和噪音低、能够阻抗扭矩和轴向力、具有耐久性和抗疲劳性，尤其是对尺寸稳定性和精度的要求越来越高。为提高承载能力，EPS齿轮一般使用包括内部金属轮毂和外部树脂齿圈的金属/树脂复合齿轮。

现有技术中，金属/树脂复合齿轮的制造工艺通常是：先制作中心设置有轴孔的金属轮毂；通过树脂注塑成形于金属轮毂的外周部形成齿部；在轮毂中心的轴孔中安装轮轴部，轮轴部与轮毂部紧密过盈压配实现固定，从而通过轮轴部的转动带动树脂齿轮旋转。

然而，由于轮轴部与轮毂部之间是通过紧密配合关系固定，如果轮轴部的旋转速度过快，轮轴部与轮毂部之间的紧密配合关系可能无法达到轮轴部带动树脂齿轮的要求而导致树脂齿轮容易发生位置偏移，从而无法实现传动的关系。

而且，轮轴部与轮毂部配合处需要先进行滚花、再感应淬火处理，且轮毂部的轴孔加工精度要求高、难度大。轮轴部和轮毂部在进行压配过程中的装配精度要求高，轮轴部轴线与轮毂部的端面不能完全保证处于垂直的关系，轮轴部与轮毂部之间的配合力也需要测试。因而，制造工艺复杂、难度大、成本较高。

此外，金属/树脂复合齿轮的齿部是通过注塑成型得到的，成型后再进行轮轴部和轮毂部的压配，由于存在装配误差，齿的精度只能到达10级。

另一方面，由于树脂强度低、硬度低、耐热性差，容易导致树脂齿轮因结构设计不合理而失效。而且，由于金属和树脂在机械性能和热胀冷缩等物理性能上有较大的不同，因而，对于金属/树脂复合齿轮而言，为满足阻抗扭矩和轴向力的要求，合理的结构设计是非常重要的。

另外，现有的树脂齿轮的齿部通常通过树脂注塑成形于刚性结构的铁芯外周面，通过一种树脂注射成形制成的树脂齿轮，在齿轮的强度方面还有进一步改进的空间。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种配合传动关系好、强度高、精度高、输出扭矩高、运行平稳且噪音小的复合式金属/树脂齿轮，以克服轮轴部与轮毂部配合不紧密、装配精度低、制造工艺复杂、难度大、成本高、齿的精度低、齿轮强度不足等缺陷。