齿形链专利技术综述

李迅 刘定凯

摘 要：为了研究齿形链的专利发展现状，本文以CNABS和DWPI数据库为基础，通过检索、统计和分析，获得齿形链领域专利的全球和中国申请量年度分布及变化，专利地域分布，以及重要分支的技术演进路线，梳理了齿形链技术的发展方向。

关键词：齿形链;专利;技术路线

中图分类号：TH132.45文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）09-0102-03

1 引言

齿形链是一种应用广泛的重要机械基础件，主要用在高速、重载、低噪音、大中心距的工况下，其传动性能优于齿形带传动、齿轮传动以及滚子链传动。齿形链的几个比较突出的特点是：噪音小，可靠性高，运动精度高。由于齿形链传动具有诸多优点，因此其在汽车发动机、变速器、分动箱、摩托车、叉车、汽轮机、飞机以及在其他高速传动中得到了越来越广泛地应用[1-3]。

2 国内外齿形链的专利现状分析

2.1 申请量年度分布及变化

图1显示了中外各年的申请量，从图1中可以看出，齿形链的专利申请始于1902年，1902—1930年为技术萌芽期，在这期间全球范围内申请了一定数量的专利，但总体数量较少。1931—1985年为缓慢发展期，由于之前的齿形链能够满足当时的机械传动需求，因此，这段时期对齿形链的改进力度有所下降。从1985年开始，随着制造业水平的不断提高，各种机械对机械传动的传动精度，可靠性要求的不断提高，齿形链的发展进入了一个崭新的阶段。1985—2005年，全球申请量逐年快速增加，总体呈现出上升的趋势。这一时期齿形链技术迎来了发展的高潮，各国技术人员不断从精度、可靠性、降噪、耐磨等方面对齿形链进行改进，推动了齿形链技术的发展。2005年至2016年，齿形链的申请量保持在相对稳定水平。由于国内相关研究起步较晚，在2000年以前，中国基本没有齿形链专利的申请，然而近年来，随着中国经济的高速发展，国内企业的知识产权保护意识也大大增强，国内很多高校、科研机构都对齿形链展开了研究。因此，国内的申请量也开始快速增长，进一步反映了中国近年来经济水平的迅速发展造成了巨大市场需求。

2.2 申请量地域分布

专利申请的地域分布能够在一定程度上反映出各国在该领域的技术研发实力以及相关企业的产品策略。为此对齿形链相关专利的申请人所在国家和地区产权组织分布进行了排名统计，如图2所示，由图中可以直接看出，前五位分别为日本、美国、中国、德国以及欧专局。从具体的份额比例来看，这五个国家和地区组织已经占据了专利申请的90%以上，以上数据表明上述五个国家和地区组织是齿形链技术最主要的技术原发和创新市场，这些国家的相关企业主导了齿形链技术的动向和发展。

2.3 专利技术发展演进

一个技术领域随着时间的变化其技术自身的进步、更新和迭代，往往在不同时期会呈现出不同的侧重点和发展脉络。本文通过对齿形链技术在不同时间节点的专利文献进行梳理和分析，获得了图3所示的该领域的技术路线演进图。齿形链的发展主要经历了三个发展阶段。

第一阶段：（1985年之前）为齿形链的缓慢发展阶段，齿形链技术发展较早，但在1985年之前主要是对圆销式齿形链和滚销式齿形链的改进，集中于对齿形链的耐磨，降噪，传动力矩等性能进行不断改进。英国专利GB191203505A通过在销孔内设置套筒，减小对销轴的磨损。美国专利US3213699A为滚销式齿形链，每个销部分具有圆柱形摇摆表面，与另一个销部分的所述摇摆表面摇摆接合，由此穿过所述摆动接触线的所述负载平面被限制为切向的单个连续平面空隙，能够防止销钉的磨损或者其他的横向延迟并且横向振动。美国专利US4130026 A的滚销为六边形，枢轴部分包括各自的销和摇臂具有三个交替并接合的凸面和三个凹面彼此之间，销和摇杆的凸表面在摇摆中相遇互相参与，因为弧形凹座被设计成与接头部分的弧形凸出摇摆面同心，所以连杆孔壁与销或摇杆座之间的力始终与摇摆面之间的力保持一致，从而使磨损最小化或微动孔壁和接头元件之间的界面。

第二階段：（1985—2005年）为齿形链的快速发展阶段，在这个阶段，由于制造业的高速发展，机械领域对于传动精度、速度等要求的不断提高，齿形链开始从单面啮合向双面啮合发展，从单相传动到复相传动发展，传统齿形链也在从齿形设计、材料选择等方面进行改进，以提高齿形链的耐磨性、降低传动噪音并且能适应恶劣工况。日本专利JP特开平10-169723A提供了一种改进的无声链，在每个销的表面上形成至少一种选自包括CrC，TiC，VC和NbC的硬金属碳化物的硬质层。因此，与传统的无声链相比，销孔内表面的磨损和插入其中的销的磨损可以最小化，并且基于磨损的伸长率减小，从而允许长时间保持高精度使用。美国专利US5427580A公开了一种复相传动链，横跨链条宽度的一组链节由多个两个齿形链节和单个齿形链节形成，一列链路可以包括多个两齿链节，也可以包括多个单齿链节，修改链节齿与链轮齿的冲击模式来改变冲击声谱。通过调整或修改在特定的瞬间或时间增量期间接触链轮的链节的定时或质量，由链条和链轮接触产生的撞击声可以进一步减小。

第三阶段：（2005年以后）为齿形链的稳定发展阶段，在该阶段各国技术人员继续对各种齿形链的啮合方式、啮合机理等理论进行研究，进一步提高了各类齿形链的性能，同时也促进了齿形链行业的发展。美国专利US2010311530A1为齿形链的连杆的外侧面的切线与切线相交的垂直线之间的有效外侧面角度小于或等于29度，有效内侧面角度也小于或等于29度，这些链节可以组装成一个链条并通过多个销连接，这些销是成对的摇杆和称为摇杆的第二销，它们被设计成在摇杆上摇摆，通过这种设置能够降低传动噪音。日本专利JP特开2006-2811是一种双面啮合齿形链，其是以链齿突出到链条的正反两面的方式，将具有一对链齿及一对销孔、且在形成有该链齿的一侧的相反侧具有平坦的背面的链板组合成手指交叉状，并利用连结销连结成环状而成的，提高了构成两面啮合型无声链条的最外侧的外侧链板的链节中央部的强度，能够提高两面啮合型无声链条的旋转疲劳强度。中国专利CN104728376A公开了一种复相多轴传动齿形链，是由第一链条、第二链条组成，根据不同需要，设置所需相数n，第一链条与第一从动链轮啮合过程中，链板的内侧圆弧齿廓与第一从动链轮链轮齿廓啮合。随着链轮的旋转，链板减少啮合，链板的外侧直线齿廓开始和链轮齿廓进行啮合，链板内外齿廓交替与链轮啮合，复相传动减小多边形效应产生的振动和噪声，能够传递较大的动力和扭矩，采用内外复合啮合机制的链板，减小链板和链轮的冲击和系统的多边形效应，可实现复相多轴传动。

3 结语

本文对齿形链技术领域的相关专利申请进行了检索、分析，从申请年度、地域入口进行了统计分析，进一步发掘出该领域的核心专利，并绘制了齿形链的专利技术发展演进图表，从专利申请的时间轴上体现出技术上的各个发展阶段，大致梳理了齿形链技术的发展方向。

参考文献：

[1] 孟繁忠.我国链传动行业的发展历程、技术研究现状与展望[J].机械传动，2016，40（11）：1-7.

[2] 叶斌等，王洪军，王丹.齿形链传动在汽车变速箱及分动箱中的应用[J].机械传动，2012，36（01）：14-16.

[3] 朱美琳，付振明，陈伟.齿形链在高速重载发动机上的正时传动应用研究[J].铁道机车车辆，2011，31（S1）：253-255.