[發明專利]長壽命小齒輪軸及其制造方法

在審

• 申請號: 201210592702.4
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103527612A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 姜旻佑
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: F16C3/02
• 分類號: F16C3/02;C22C38/46;C21D8/00;C23F17/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;李巍

相關申請的交叉引用

本申請根據35U.S.C.§119要求于2012年7月4日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2012-72608號的優先權，其公開的全部內容并入本申請以供參考。

技術領域

本發明涉及一種小齒輪軸及其制造方法，更具體地，涉及一種插入小齒輪的中心并與承載器（carrier）結合的小齒輪軸。該小齒輪軸具有改良的耐久性（“長壽命”），具體地，其通過由包括一些附加原子的高碳合金鋼形成小齒輪軸的外徑部并且由中碳鋼形成小齒輪軸的內徑部而提供。

背景技術

行星齒輪一般是包括一對彼此嚙合的齒輪從而當一個齒輪圍繞另一齒輪的軸旋轉時使兩個齒輪的每一個分別轉動的齒輪系統。

這些行星齒輪主要用于工程機械或車輛的自動傳動器的齒輪傳動裝置中，并且它們一般包括：恒星齒輪；圍繞所述恒星齒輪同軸地安置的環形齒輪；兩個或更多個小齒輪，它們與所述恒星齒輪和所述環形齒輪嚙合并圍繞所述恒星齒輪旋轉；和承載器，它圍繞所述恒星齒輪和環形齒輪同軸地安置并支撐所述小齒輪的旋轉。

此外，與所述承載器相連的小齒輪軸插入所述小齒輪的中心。由多個滾動元件組成的滾針軸承進一步安裝在所述小齒輪與所述小齒輪軸之間。所述滾針軸承是指使用細而長的圓柱形輥的軸承。

在本文中，小齒輪軸起到支撐小齒輪的作用。因而，需要高尺寸穩定性、高耐久性和長壽命。通常進行使用軸承鋼的熱處理來制作小齒輪軸。在熱處理過程中，馬氏體結構和殘留奧氏體結構在材料的內部形成。

由于頻繁使用小齒輪軸，其尺寸會改變。這種由于小齒輪軸的使用而產生的尺寸改變是由其體積逐漸膨脹而引起的，因為包含在材料中的殘留奧氏體通過外力和熱量而分解。只要材料中存在奧氏體，這就是不可避免的現象。

特別地，因為小齒輪軸固定在承載器上，在其中間沒有任何轉動，所以當承載器轉動時施加到它的力（比如離心力）朝向特定的方向。結果，小齒輪軸能夠通過殘留奧氏體的局部分解（即體積膨脹）而彎曲。

當小齒輪軸彎曲時，在滾針軸承與小齒輪軸之間的不均勻接觸導致邊緣荷載的產生。這能夠導致小齒輪軸的表面的損壞和脫落。

盡管減少包含在材料中的殘留奧氏體的數量可以防止小齒輪軸的彎曲，殘留奧氏體對于小齒輪軸是不可或缺的結構，因為它通過為材料提供韌性并對接觸疲勞抑制裂紋擴展而改善耐久性并延長壽命。

基于對殘留奧氏體的數量與小齒輪軸的壽命之間的相關性的分析，發現在小齒輪軸的深處部分中殘留奧氏體的數量越少并且在小齒輪軸的外層中殘留奧氏體的數量越多，小齒輪軸的壽命越長。

在這種相關性的基礎上，已經研究了許多通過提高其耐久性來延長小齒輪軸的壽命的方法。一種已提出的方法涉及應用多個熱處理過程以便為外層提供15%～40%的殘留奧氏體，并且使小齒輪軸的深處部分的殘留奧氏體的數量最小化。

然而，由于復雜的制造過程，這種方法具有低生產率的問題，并且進一步增加了生產成本。

除了對于克服小齒輪軸的彎曲問題的需求以外，小齒輪軸也必須由高耐久性的材料制成。然而，已經使用在小齒輪軸中的軸承鋼沒有滿足這些需求。這特別是由于在汽車工業中需要制造重量輕和燃料效率高的車輛，它們具有小型和高性能的并且使用低粘度傳動器油的自動傳動器。

于是，添加有硅、鎳、鉬、釩等的材料已經被提出以便提高強度和耐久性。然而，這種方法由于使用這些昂貴的附加原子而增加了生產成本。

作為本發明的相關技術而在上面提供的描述僅用來幫助理解本發明的背景技術，并不應該被解釋為包括在本領域技術人員已知的相關技術中。

發明內容

本發明提供具有更加持久壽命（更長壽命）的小齒輪軸及其制造方法。具體地，本發明通過以高碳合金鋼形成小齒輪軸的外徑部并以中碳鋼形成小齒輪軸的內徑部，確保耐久性和尺寸穩定性，并同時抑制小齒輪軸的彎曲。優選地，整個外徑部（外層，沿著小齒輪軸的整個長度）由高碳合金鋼形成，并且整個內徑部（內層，沿著小齒輪軸的整個長度）由中碳鋼形成。然而，也有可能但不是優選的，僅以指定的材料形成外徑部和/或內徑部的一部分（例如，通過以中碳鋼僅沿著小齒輪軸的一部分長度形成內徑部）。

根據本發明的實施方式，提供小齒輪軸及其制造方法，這通過以中碳鋼形成小齒輪軸的內徑部增加了注油孔等的處理效率，并同時減少了生產成本。盡管為了改善持久的壽命而通過在制造過程中應用靜液力擠壓步驟和單獨熱處理步驟而可能添加原子，本發明仍進一步保持了低材料成本。