李迅 劉定凱

摘 要：為了研究齒形鏈的專利發(fā)展現(xiàn)狀，本文以CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)檢索、統(tǒng)計(jì)和分析，獲得齒形鏈領(lǐng)域?qū)＠娜蚝椭袊?guó)申請(qǐng)量年度分布及變化，專利地域分布，以及重要分支的技術(shù)演進(jìn)路線，梳理了齒形鏈技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：齒形鏈;專利;技術(shù)路線

中圖分類號(hào)：TH132.45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）09-0102-03

1 引言

齒形鏈?zhǔn)且环N應(yīng)用廣泛的重要機(jī)械基礎(chǔ)件，主要用在高速、重載、低噪音、大中心距的工況下，其傳動(dòng)性能優(yōu)于齒形帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)以及滾子鏈傳動(dòng)。齒形鏈的幾個(gè)比較突出的特點(diǎn)是：噪音小，可靠性高，運(yùn)動(dòng)精度高。由于齒形鏈傳動(dòng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此其在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、分動(dòng)箱、摩托車、叉車、汽輪機(jī)、飛機(jī)以及在其他高速傳動(dòng)中得到了越來(lái)越廣泛地應(yīng)用[1-3]。

2 國(guó)內(nèi)外齒形鏈的專利現(xiàn)狀分析

2.1 申請(qǐng)量年度分布及變化

圖1顯示了中外各年的申請(qǐng)量，從圖1中可以看出，齒形鏈的專利申請(qǐng)始于1902年，1902—1930年為技術(shù)萌芽期，在這期間全球范圍內(nèi)申請(qǐng)了一定數(shù)量的專利，但總體數(shù)量較少。1931—1985年為緩慢發(fā)展期，由于之前的齒形鏈能夠滿足當(dāng)時(shí)的機(jī)械傳動(dòng)需求，因此，這段時(shí)期對(duì)齒形鏈的改進(jìn)力度有所下降。從1985年開(kāi)始，隨著制造業(yè)水平的不斷提高，各種機(jī)械對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)精度，可靠性要求的不斷提高，齒形鏈的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。1985—2005年，全球申請(qǐng)量逐年快速增加，總體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。這一時(shí)期齒形鏈技術(shù)迎來(lái)了發(fā)展的高潮，各國(guó)技術(shù)人員不斷從精度、可靠性、降噪、耐磨等方面對(duì)齒形鏈進(jìn)行改進(jìn)，推動(dòng)了齒形鏈技術(shù)的發(fā)展。2005年至2016年，齒形鏈的申請(qǐng)量保持在相對(duì)穩(wěn)定水平。由于國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，在2000年以前，中國(guó)基本沒(méi)有齒形鏈專利的申請(qǐng)，然而近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)也大大增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)很多高校、科研機(jī)構(gòu)都對(duì)齒形鏈展開(kāi)了研究。因此，國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量也開(kāi)始快速增長(zhǎng)，進(jìn)一步反映了中國(guó)近年來(lái)經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展造成了巨大市場(chǎng)需求。

2.2 申請(qǐng)量地域分布

專利申請(qǐng)的地域分布能夠在一定程度上反映出各國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)實(shí)力以及相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品策略。為此對(duì)齒形鏈相關(guān)專利的申請(qǐng)人所在國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)權(quán)組織分布進(jìn)行了排名統(tǒng)計(jì)，如圖2所示，由圖中可以直接看出，前五位分別為日本、美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)以及歐專局。從具體的份額比例來(lái)看，這五個(gè)國(guó)家和地區(qū)組織已經(jīng)占據(jù)了專利申請(qǐng)的90%以上，以上數(shù)據(jù)表明上述五個(gè)國(guó)家和地區(qū)組織是齒形鏈技術(shù)最主要的技術(shù)原發(fā)和創(chuàng)新市場(chǎng)，這些國(guó)家的相關(guān)企業(yè)主導(dǎo)了齒形鏈技術(shù)的動(dòng)向和發(fā)展。

2.3 專利技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域隨著時(shí)間的變化其技術(shù)自身的進(jìn)步、更新和迭代，往往在不同時(shí)期會(huì)呈現(xiàn)出不同的側(cè)重點(diǎn)和發(fā)展脈絡(luò)。本文通過(guò)對(duì)齒形鏈技術(shù)在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和分析，獲得了圖3所示的該領(lǐng)域的技術(shù)路線演進(jìn)圖。齒形鏈的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

第一階段：（1985年之前）為齒形鏈的緩慢發(fā)展階段，齒形鏈技術(shù)發(fā)展較早，但在1985年之前主要是對(duì)圓銷式齒形鏈和滾銷式齒形鏈的改進(jìn)，集中于對(duì)齒形鏈的耐磨，降噪，傳動(dòng)力矩等性能進(jìn)行不斷改進(jìn)。英國(guó)專利GB191203505A通過(guò)在銷孔內(nèi)設(shè)置套筒，減小對(duì)銷軸的磨損。美國(guó)專利US3213699A為滾銷式齒形鏈，每個(gè)銷部分具有圓柱形搖擺表面，與另一個(gè)銷部分的所述搖擺表面搖擺接合，由此穿過(guò)所述擺動(dòng)接觸線的所述負(fù)載平面被限制為切向的單個(gè)連續(xù)平面空隙，能夠防止銷釘?shù)哪p或者其他的橫向延遲并且橫向振動(dòng)。美國(guó)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(gè)交替并接合的凸面和三個(gè)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?yàn)榛⌒伟甲辉O(shè)計(jì)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(dòng)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(fā)展階段，在這個(gè)階段，由于制造業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域?qū)τ趥鲃?dòng)精度、速度等要求的不斷提高，齒形鏈開(kāi)始從單面嚙合向雙面嚙合發(fā)展，從單相傳動(dòng)到復(fù)相傳動(dòng)發(fā)展，傳統(tǒng)齒形鏈也在從齒形設(shè)計(jì)、材料選擇等方面進(jìn)行改進(jìn)，以提高齒形鏈的耐磨性、降低傳動(dòng)噪音并且能適應(yīng)惡劣工況。日本專利JP特開(kāi)平10-169723A提供了一種改進(jìn)的無(wú)聲鏈，在每個(gè)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(zhì)層。因此，與傳統(tǒng)的無(wú)聲鏈相比，銷孔內(nèi)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(zhǎng)率減小，從而允許長(zhǎng)時(shí)間保持高精度使用。美國(guó)專利US5427580A公開(kāi)了一種復(fù)相傳動(dòng)鏈，橫跨鏈條寬度的一組鏈節(jié)由多個(gè)兩個(gè)齒形鏈節(jié)和單個(gè)齒形鏈節(jié)形成，一列鏈路可以包括多個(gè)兩齒鏈節(jié)，也可以包括多個(gè)單齒鏈節(jié)，修改鏈節(jié)齒與鏈輪齒的沖擊模式來(lái)改變沖擊聲譜。通過(guò)調(diào)整或修改在特定的瞬間或時(shí)間增量期間接觸鏈輪的鏈節(jié)的定時(shí)或質(zhì)量，由鏈條和鏈輪接觸產(chǎn)生的撞擊聲可以進(jìn)一步減小。

第三階段：（2005年以后）為齒形鏈的穩(wěn)定發(fā)展階段，在該階段各國(guó)技術(shù)人員繼續(xù)對(duì)各種齒形鏈的嚙合方式、嚙合機(jī)理等理論進(jìn)行研究，進(jìn)一步提高了各類齒形鏈的性能，同時(shí)也促進(jìn)了齒形鏈行業(yè)的發(fā)展。美國(guó)專利US2010311530A1為齒形鏈的連桿的外側(cè)面的切線與切線相交的垂直線之間的有效外側(cè)面角度小于或等于29度，有效內(nèi)側(cè)面角度也小于或等于29度，這些鏈節(jié)可以組裝成一個(gè)鏈條并通過(guò)多個(gè)銷連接，這些銷是成對(duì)的搖桿和稱為搖桿的第二銷，它們被設(shè)計(jì)成在搖桿上搖擺，通過(guò)這種設(shè)置能夠降低傳動(dòng)噪音。日本專利JP特開(kāi)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(duì)鏈齒及一對(duì)銷孔、且在形成有該鏈齒的一側(cè)的相反側(cè)具有平坦的背面的鏈板組合成手指交叉狀，并利用連結(jié)銷連結(jié)成環(huán)狀而成的，提高了構(gòu)成兩面嚙合型無(wú)聲鏈條的最外側(cè)的外側(cè)鏈板的鏈節(jié)中央部的強(qiáng)度，能夠提高兩面嚙合型無(wú)聲鏈條的旋轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度。中國(guó)專利CN104728376A公開(kāi)了一種復(fù)相多軸傳動(dòng)齒形鏈，是由第一鏈條、第二鏈條組成，根據(jù)不同需要，設(shè)置所需相數(shù)n，第一鏈條與第一從動(dòng)鏈輪嚙合過(guò)程中，鏈板的內(nèi)側(cè)圓弧齒廓與第一從動(dòng)鏈輪鏈輪齒廓嚙合。隨著鏈輪的旋轉(zhuǎn)，鏈板減少嚙合，鏈板的外側(cè)直線齒廓開(kāi)始和鏈輪齒廓進(jìn)行嚙合，鏈板內(nèi)外齒廓交替與鏈輪嚙合，復(fù)相傳動(dòng)減小多邊形效應(yīng)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，能夠傳遞較大的動(dòng)力和扭矩，采用內(nèi)外復(fù)合嚙合機(jī)制的鏈板，減小鏈板和鏈輪的沖擊和系統(tǒng)的多邊形效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)相多軸傳動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)齒形鏈技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)進(jìn)行了檢索、分析，從申請(qǐng)年度、地域入口進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步發(fā)掘出該領(lǐng)域的核心專利，并繪制了齒形鏈的專利技術(shù)發(fā)展演進(jìn)圖表，從專利申請(qǐng)的時(shí)間軸上體現(xiàn)出技術(shù)上的各個(gè)發(fā)展階段，大致梳理了齒形鏈技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟繁忠.我國(guó)鏈傳動(dòng)行業(yè)的發(fā)展歷程、技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)械傳動(dòng)，2016，40（11）：1-7.

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

[3] 朱美琳，付振明，陳偉.齒形鏈在高速重載發(fā)動(dòng)機(jī)上的正時(shí)傳動(dòng)應(yīng)用研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2011，31（S1）：253-255.