齒形鏈專利技術綜述

李迅 劉定凱

摘 要：為了研究齒形鏈的專利發展現狀，本文以CNABS和DWPI數據庫為基礎，通過檢索、統計和分析，獲得齒形鏈領域專利的全球和中國申請量年度分布及變化，專利地域分布，以及重要分支的技術演進路線，梳理了齒形鏈技術的發展方向。

關鍵詞：齒形鏈;專利;技術路線

中圖分類號：TH132.45文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）09-0102-03

1 引言

齒形鏈是一種應用廣泛的重要機械基礎件，主要用在高速、重載、低噪音、大中心距的工況下，其傳動性能優于齒形帶傳動、齒輪傳動以及滾子鏈傳動。齒形鏈的幾個比較突出的特點是：噪音小，可靠性高，運動精度高。由于齒形鏈傳動具有諸多優點，因此其在汽車發動機、變速器、分動箱、摩托車、叉車、汽輪機、飛機以及在其他高速傳動中得到了越來越廣泛地應用[1-3]。

2 國內外齒形鏈的專利現狀分析

2.1 申請量年度分布及變化

圖1顯示了中外各年的申請量，從圖1中可以看出，齒形鏈的專利申請始于1902年，1902—1930年為技術萌芽期，在這期間全球范圍內申請了一定數量的專利，但總體數量較少。1931—1985年為緩慢發展期，由于之前的齒形鏈能夠滿足當時的機械傳動需求，因此，這段時期對齒形鏈的改進力度有所下降。從1985年開始，隨著制造業水平的不斷提高，各種機械對機械傳動的傳動精度，可靠性要求的不斷提高，齒形鏈的發展進入了一個嶄新的階段。1985—2005年，全球申請量逐年快速增加，總體呈現出上升的趨勢。這一時期齒形鏈技術迎來了發展的高潮，各國技術人員不斷從精度、可靠性、降噪、耐磨等方面對齒形鏈進行改進，推動了齒形鏈技術的發展。2005年至2016年，齒形鏈的申請量保持在相對穩定水平。由于國內相關研究起步較晚，在2000年以前，中國基本沒有齒形鏈專利的申請，然而近年來，隨著中國經濟的高速發展，國內企業的知識產權保護意識也大大增強，國內很多高校、科研機構都對齒形鏈展開了研究。因此，國內的申請量也開始快速增長，進一步反映了中國近年來經濟水平的迅速發展造成了巨大市場需求。

2.2 申請量地域分布

專利申請的地域分布能夠在一定程度上反映出各國在該領域的技術研發實力以及相關企業的產品策略。為此對齒形鏈相關專利的申請人所在國家和地區產權組織分布進行了排名統計，如圖2所示，由圖中可以直接看出，前五位分別為日本、美國、中國、德國以及歐專局。從具體的份額比例來看，這五個國家和地區組織已經占據了專利申請的90%以上，以上數據表明上述五個國家和地區組織是齒形鏈技術最主要的技術原發和創新市場，這些國家的相關企業主導了齒形鏈技術的動向和發展。

2.3 專利技術發展演進

一個技術領域隨著時間的變化其技術自身的進步、更新和迭代，往往在不同時期會呈現出不同的側重點和發展脈絡。本文通過對齒形鏈技術在不同時間節點的專利文獻進行梳理和分析，獲得了圖3所示的該領域的技術路線演進圖。齒形鏈的發展主要經歷了三個發展階段。

第一階段：（1985年之前）為齒形鏈的緩慢發展階段，齒形鏈技術發展較早，但在1985年之前主要是對圓銷式齒形鏈和滾銷式齒形鏈的改進，集中于對齒形鏈的耐磨，降噪，傳動力矩等性能進行不斷改進。英國專利GB191203505A通過在銷孔內設置套筒，減小對銷軸的磨損。美國專利US3213699A為滾銷式齒形鏈，每個銷部分具有圓柱形搖擺表面，與另一個銷部分的所述搖擺表面搖擺接合，由此穿過所述擺動接觸線的所述負載平面被限制為切向的單個連續平面空隙，能夠防止銷釘的磨損或者其他的橫向延遲并且橫向振動。美國專利US4130026 A的滾銷為六邊形，樞軸部分包括各自的銷和搖臂具有三個交替并接合的凸面和三個凹面彼此之間，銷和搖桿的凸表面在搖擺中相遇互相參與，因為弧形凹座被設計成與接頭部分的弧形凸出搖擺面同心，所以連桿孔壁與銷或搖桿座之間的力始終與搖擺面之間的力保持一致，從而使磨損最小化或微動孔壁和接頭元件之間的界面。

第二階段：（1985—2005年）為齒形鏈的快速發展階段，在這個階段，由于制造業的高速發展，機械領域對于傳動精度、速度等要求的不斷提高，齒形鏈開始從單面嚙合向雙面嚙合發展，從單相傳動到復相傳動發展，傳統齒形鏈也在從齒形設計、材料選擇等方面進行改進，以提高齒形鏈的耐磨性、降低傳動噪音并且能適應惡劣工況。日本專利JP特開平10-169723A提供了一種改進的無聲鏈，在每個銷的表面上形成至少一種選自包括CrC，TiC，VC和NbC的硬金屬碳化物的硬質層。因此，與傳統的無聲鏈相比，銷孔內表面的磨損和插入其中的銷的磨損可以最小化，并且基于磨損的伸長率減小，從而允許長時間保持高精度使用。美國專利US5427580A公開了一種復相傳動鏈，橫跨鏈條寬度的一組鏈節由多個兩個齒形鏈節和單個齒形鏈節形成，一列鏈路可以包括多個兩齒鏈節，也可以包括多個單齒鏈節，修改鏈節齒與鏈輪齒的沖擊模式來改變沖擊聲譜。通過調整或修改在特定的瞬間或時間增量期間接觸鏈輪的鏈節的定時或質量，由鏈條和鏈輪接觸產生的撞擊聲可以進一步減小。

第三階段：（2005年以后）為齒形鏈的穩定發展階段，在該階段各國技術人員繼續對各種齒形鏈的嚙合方式、嚙合機理等理論進行研究，進一步提高了各類齒形鏈的性能，同時也促進了齒形鏈行業的發展。美國專利US2010311530A1為齒形鏈的連桿的外側面的切線與切線相交的垂直線之間的有效外側面角度小于或等于29度，有效內側面角度也小于或等于29度，這些鏈節可以組裝成一個鏈條并通過多個銷連接，這些銷是成對的搖桿和稱為搖桿的第二銷，它們被設計成在搖桿上搖擺，通過這種設置能夠降低傳動噪音。日本專利JP特開2006-2811是一種雙面嚙合齒形鏈，其是以鏈齒突出到鏈條的正反兩面的方式，將具有一對鏈齒及一對銷孔、且在形成有該鏈齒的一側的相反側具有平坦的背面的鏈板組合成手指交叉狀，并利用連結銷連結成環狀而成的，提高了構成兩面嚙合型無聲鏈條的最外側的外側鏈板的鏈節中央部的強度，能夠提高兩面嚙合型無聲鏈條的旋轉疲勞強度。中國專利CN104728376A公開了一種復相多軸傳動齒形鏈，是由第一鏈條、第二鏈條組成，根據不同需要，設置所需相數n，第一鏈條與第一從動鏈輪嚙合過程中，鏈板的內側圓弧齒廓與第一從動鏈輪鏈輪齒廓嚙合。隨著鏈輪的旋轉，鏈板減少嚙合，鏈板的外側直線齒廓開始和鏈輪齒廓進行嚙合，鏈板內外齒廓交替與鏈輪嚙合，復相傳動減小多邊形效應產生的振動和噪聲，能夠傳遞較大的動力和扭矩，采用內外復合嚙合機制的鏈板，減小鏈板和鏈輪的沖擊和系統的多邊形效應，可實現復相多軸傳動。

3 結語

本文對齒形鏈技術領域的相關專利申請進行了檢索、分析，從申請年度、地域入口進行了統計分析，進一步發掘出該領域的核心專利，并繪制了齒形鏈的專利技術發展演進圖表，從專利申請的時間軸上體現出技術上的各個發展階段，大致梳理了齒形鏈技術的發展方向。

參考文獻：

[1] 孟繁忠.我國鏈傳動行業的發展歷程、技術研究現狀與展望[J].機械傳動，2016，40（11）：1-7.

[2] 葉斌等，王洪軍，王丹.齒形鏈傳動在汽車變速箱及分動箱中的應用[J].機械傳動，2012，36（01）：14-16.

[3] 朱美琳，付振明，陳偉.齒形鏈在高速重載發動機上的正時傳動應用研究[J].鐵道機車車輛，2011，31（S1）：253-255.