CN106334832B - 旋转元件的制造方法、连接结构以及转向设备 - Google Patents

旋转元件的制造方法、连接结构以及转向设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了旋转元件的制造方法、旋转元件与旋转轴之间的连接结构以及转向设备，旋转元件包括筒形配装部，筒形配装部具有一对周向端部从而在周向端部之间形成轴向狭缝，筒形配装部以锯齿配合的方式配装于旋转轴，所述制造方法包括：通过夹紧夹具(30)夹紧配装部(21，21M)使得配装部(21，21M)弹性地变形成椭圆形状；通过使用具有椭圆形截面的工具形成以椭圆形状布置的内锯齿(27)，内锯齿(27)形成在弹性变形成椭圆形状的配装部(21，21M)的内周表面(21b)上；以及解除夹紧夹具(30)的夹紧使得内锯齿(27)的布置从椭圆形状变成正圆形状。

Description

旋转元件的制造方法、连接结构以及转向设备
技术领域
本发明涉及旋转元件的制造方法、旋转元件与旋转轴之间的连接结构以及转向设备。
背景技术
已经提出了与外轴和内轴之间的连接结构相关的技术，其中，过盈配装部分和转动配装部分交替地布置在具有外锯齿或内锯齿的连接部中的圆周上(例如，参见日本专利申请公报No.2012-21594(JP 2012-21594 A))。此外，已经提出了与旋转轴和万向节节叉之间的连接部相关的技术，其中，外锯齿部的齿顶部分的顶部的周向方向上的形状为部分弧形形状或为直线形状，并且在顶部中在轴向方向上设置有非均匀部(例如，参见日本专利申请公报No.2013-133898(JP 2013-133898 A))。
发明内容
通常，当与旋转轴连接的配装部中形成内锯齿时，配装部以预定夹紧力被夹紧。然而，配装部在被施加夹紧力的状态下变形成椭圆形状使得配装部在夹紧方向上变扁平。当通过使用外周上的加工齿以正圆形状布置的拉刀等在变形成椭圆形状的配装部的内周表面上形成内锯齿之后解除夹紧时，配装部从变形状态恢复，从而使得内锯齿未以正圆形状布置。
当旋转轴的外周表面上的以正圆形状布置的外锯齿与配装部的内周表面上的以非正圆形状布置的内锯齿相接合时，齿接触变差，从而导致耐久性的下降。本发明提供了一种旋转元件的制造方法、通过该制造方法制造的旋转元件与旋转轴之间的连接结构、以及包括该连接结构的转向设备，其中，该旋转元件能够在配装部的内周表面上设置以正圆形状布置的内锯齿并且具有优异的耐久性。
本发明的第一方面涉及一种旋转元件的制造方法，所述旋转元件包括筒形配装部，所述筒形配装部具有一对周向端部从而在所述周向端部之间形成轴向狭缝，所述筒形配装部以锯齿配合的方式配装于旋转轴，并且所述制造方法包括：通过夹紧夹具夹紧所述配装部使得所述配装部弹性地变形成在朝向所述轴向狭缝的预定径向方向上扁平化的椭圆形状；通过使用具有短径位于所述预定径向方向上的椭圆形截面的工具形成以椭圆形状布置的内锯齿，所述内锯齿形成在被所述夹紧夹具夹紧从而弹性变形成椭圆形状的所述配装部的内周表面上；以及解除所述夹紧夹具的夹紧使得所述内锯齿的布置从所述椭圆形状变成正圆形状。
在上述方面中，内锯齿通过使用具有短径位于预定径向方向上的椭圆截面的工具在制造阶段的配装部的内周表面上形成为以椭圆形状布置。配装部被夹紧成在该预定径向方向上是扁平的。当在这之后解除夹紧时，能够获得以正圆形状布置的内锯齿。这使得能够在内锯齿与外锯齿相接合时获得良好的齿接触，从而使得能够提高旋转元件的耐久性。
在上述方面中，由被所述夹紧夹具夹紧的所述配装部的所述内周表面形成的椭圆的长径与短径之间的差值可以等于由所述工具形成的椭圆的长径与短径之间的差值。
在上述构型中，通过使用具有与制造阶段的配装部被夹紧时的椭圆的扁平度(长径与短径之间的差值)一致的扁平度的椭圆形工具形成以椭圆形状布置的内锯齿。因而，这使得能够在解除夹紧之后获得具有接近正圆的布置的内锯齿。
在上述方面中，由所述工具形成的椭圆的长径与短径之间的差值可以大于由被所述夹紧夹具夹紧的所述配装部的所述内周表面形成的椭圆的长径与短径之间的差值的偏差量。
在上述构型中，制造阶段的配装部被夹紧时的扁平度趋于在给定偏差量内变化。对此，通过使用具有大于该偏差量的扁平度的椭圆形工具形成内锯齿。因而，这使得能够在解除夹紧之后获得具有更接近正圆的布置的内锯齿。
根据本发明的第二方面的连接结构包括：通过根据上述方面的制造方法制造的旋转元件；以及旋转轴，该旋转轴具有设置在旋转轴的外周表面上的外锯齿，旋转轴以锯齿配合的方式配装于配装部。
在上述方面中，改善了外锯齿与内锯齿之间的齿接触并且提高了其耐久性。
根据本发明的第三方面的转向设备包括上述方面的连接结构。旋转元件为万向节的万向节节叉。旋转轴为中间轴。
根据上述方面，能够提高耐久性。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1A是示出了根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的步骤中的夹紧步骤的工艺过程图；
图1B是示出了根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的步骤中的预制孔加工步骤的工艺过程图；
图1C是示出了根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的步骤中的内锯齿加工步骤的工艺过程图；
图1D是示出了在根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的步骤中的内锯齿加工步骤中使用的工具的示意性截面图；
图1E是示出了根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的步骤中的夹紧解除步骤的工艺过程图；
图2是通过根据第一实施方式的制造方法制造的作为旋转元件的万向节节叉的立体图；
图3A是示出了旋转元件的耐久次数与要实现该耐久次数所必须的制成的配装部的扁平度(对应于差值Δ1A)之间的关系的图示；
图3B是示出了在第一实施方式中夹紧夹具的夹紧力与配装部被夹紧时的制造阶段的配装部的扁平度(对应于差值Δ1B)之间的关系的图示；
图4是根据本发明的第二实施方式的旋转元件与旋转轴之间的连接结构的示意性侧视图；以及
图5是根据本发明的第三实施方式的转向设备的示意图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施方式。图2是通过根据本发明的第一实施方式的制造方法制造的作为旋转元件的万向节节叉20的立体图。如图2中所示，作为旋转元件的万向节节叉20包括沿轴向方向X延伸的配装部21以及从配装部21延伸的一对夹板22、23。配装部21呈具有C形截面的筒形形状，并且沿轴向方向X延伸。也就是说，配装部21包括一对周向端部25、26，所述一对周向端部25、26划分出在两者之间沿轴向方向X延伸的轴向狭缝24。
配装部21包括外周表面21a和内周表面21b。在配装部21的内周表面21b上形成有以正圆形状布置的内锯齿27。尽管此处未示出，但旋转轴***配装部21中。在旋转轴的外周表面上以正圆形状布置有外锯齿。当配装部21的直径减小时，旋转轴配装成被配装部21固定。配装部21具有延伸穿过轴向狭缝24的第一径向方向R1和垂直于第一径向方向R1的第二径向方向R2。
从配装部21的一对周向端部25、26以与第一径向方向R1平行的方式延伸有一对夹板22、23。在一个夹板22中形成有螺栓***孔28。在另一夹板23中形成有螺纹孔29。螺栓***孔28的中心轴线C1和螺纹孔29的中心轴线C2置于相同的轴线上。当紧固螺栓(未示出)穿过螺栓***孔28而旋拧到螺纹孔29中时，使一对夹板22、23彼此靠近。因此，配装部21的直径弹性地减小，从而使得旋转轴配装成被固定在配装部21内。
一对臂70设置成从配装部21的在轴向方向X上的一端(与连接旋转轴的一侧相反的一端)沿轴向方向X延伸。十字接头的一对轴部(未示出)连接至臂70。图1A至图1E为示出了根据本发明的第一实施方式的旋转元件的制造方法的工艺过程图。
如图1A至图1E中所示，制造方法依次包括夹紧步骤(参见图1A)、预制孔加工步骤(参见图1B)、内锯齿加工步骤(参见图1C、图1D)以及夹紧解除步骤(参见图1E)。在夹紧步骤中，如图1A中所示，制造阶段的万向节节叉20M中的制造阶段的配装部21M通过夹紧夹具30以夹紧力F夹紧以使得配装部21M在第一径向方向R1上变扁平。此时，制造阶段的配装部21M和一对夹板22、23在夹紧夹具30的第一夹紧部31与第二夹紧部32之间一起被夹紧。
也就是说，夹紧夹具30包括第一夹紧部31和位于底侧的第二夹紧部32，其中，第一夹紧部31按压一对夹板22、23的顶端，在底侧接纳配装部21M的外周表面21a。底侧是与一对夹板22、23相反的一侧(在第一径向方向R1上与一对夹板22、23相反的一侧)。当夹紧夹具30的夹紧力沿第一径向方向R1施加至制造阶段的配装部21M时，制造阶段的配装部21M弹性变形成在第一径向方向R1上扁平的椭圆形状。应当指出的是，能够以分体的方式提供分别按压所述一对夹板22、23的一对构件作为第一夹紧部31。
如图1B中所示，在预制孔加工步骤中，通过使用钻40作为工具，在制造阶段的配装部21M的内周表面21b上形成具有正圆形状的预制孔U。形成预制孔U以形成内锯齿。如图1C中所示，在内锯齿加工步骤中，通过使用拉刀50在制造阶段的配装部21M的内周表面21b上形成以椭圆形状布置的内锯齿27。预制孔U形成在制造阶段的配装部21M的内周表面21b上。如图1D中所示，拉刀50用作具有短径S2位于第一径向方向R1上并且长径L2位于第二径向方向S2上的椭圆形截面的工具。
现在参照图1A，在制造阶段的配装部21M在夹紧步骤中被夹紧时，通过配装部21M的内周表面21b形成的椭圆的长径L1与短径S1之间的差值Δ1B(Δ1B＝L1-S1)随着夹紧步骤中的夹紧力的变大而变大。在本实施方式中，椭圆的长径与短径之间的差值被称为椭圆的扁平度。现在参照图1C，在内锯齿加工步骤中，在制造阶段的配装部21M被夹紧成变形为椭圆形状的状态下通过具有椭圆形截面的拉刀50执行内锯齿加工。因此，优选的是通过拉刀50的截面形成的椭圆的扁平度等于制造阶段的配装部21M在被夹紧状态下的扁平度。
有鉴于此，在本实施方式中，如图1C中所示，以拉刀50作为工具形成的椭圆的长径L2与短径S2之间的差值Δ2(扁平度Δ2＝L2-S2)设定成等于在夹紧步骤中由制造阶段的配装部21M的内周表面21b形成的椭圆的长径L1与短径S1之间的差值Δ1B(扁平度)(也就是说，建立方程式Δ1B＝Δ2)。
在图1E中所示的夹紧解除步骤中，解除了夹紧夹具30的夹紧。当去除夹紧力时，弹性变形成椭圆形状的配装部21M恢复成正圆形状的配装部21。伴随这种情况，在配装部21的内周表面21b上获得了以正圆形状布置的内锯齿27。在本实施方式中，通过使用具有短径S2位于第一径向方向R1上的椭圆形截面的拉刀50作为工具，在制造阶段的配装部21M的内周表面21b上形成以椭圆形状布置的内锯齿27。制造阶段的配装部21M被夹紧成在第一径向方向R1(预定的径向方向)上扁平。在此之后，通过解除夹紧，能够获得以正圆形状布置的内锯齿27。
这使得能够在内锯齿27与作为配对物的外锯齿(未示出)接合时获得良好的齿接触，从而使得能够提高旋转元件(万向节节叉20)的耐久性。由于耐久性提高了，因此能够尽可能多地降低内锯齿27或作为其配对物的外锯齿的尺寸精度。具体地，通过具有椭圆形截面的拉刀50形成以椭圆形状布置的内锯齿27，该椭圆形截面具有与制造阶段的配装部21M被夹紧时的扁平度(对应于差值Δ1B)一致的扁平度(对应于差值Δ2)。因而，这使得能够在解除夹紧之后获得具有接近正圆的布置的内锯齿27。
图3A是示出了制造完成后的旋转元件(万向节节叉20)的配装部21的扁平度(对应于差值Δ1A)与当在旋转元件(万向节节叉20)连接至旋转轴的状态下施加预定往复转向扭矩时的耐久次数N之间的关系的图示。如图3A中所示，随着制造完成后的配装部21的扁平度(差值Δ1A)变大，耐久次数趋于逐渐减小。例如，对照图3A中所示的特性线，为了实现目标耐久次数N1，需要将制造完成后的配装部21的扁平度(差值Δ1A)设定为不高于值E1(Δ1A≤ΔE1)。
随后，图3B示出了夹紧夹具30的夹紧力F与配装部21M被夹紧时的制造阶段的配装部21M的扁平度(对应于差值Δ1B)之间的关系。如图3B中所示，在作为旋转元件的万向节节叉20的每个部分的尺寸精度的变化等的影响下，夹紧夹具30的夹紧力F在偏差量F2(变化量)内变化。因此，在配装部21M被夹紧时的制造阶段的配装部21M扁平度(对应于差值Δ1B)趋于在偏差量E2内变化。
因此，制造完成后的配装部21的扁平度(差值Δ1A)以与图3B中所示的在配装部21M被夹紧时的制造阶段的配装部21M的扁平度(差值Δ1B)的偏差量E2基本相等的偏差量变化。因此，为了使制造完成后的配装部21的扁平度Δ1A不超过值E1，优选的是制造阶段的配装部21M的扁平度Δ1B的偏差量E2小于值E1(E2＜E1)。反过来，优选的是值E1大于偏差量E2。
优选的是通过拉刀50形成的椭圆的扁平度(对应于差值Δ2)最大程度地大于制造阶段的配装部21M的扁平度Δ1B的偏差量E2(E2＜Δ2)。在这种情况下，通过具有考虑制造阶段的配装部21M被夹紧时的扁平度(差值Δ1B)的偏差量E2的扁平度的椭圆形拉刀50形成以椭圆形状布置的内锯齿。因而，这使得能够在解除夹紧之后获得具有接近正圆的布置的内锯齿27。更具体地，解除夹紧之后的配装部21的扁平度(差值Δ1A)变得不超过实现目标耐久次数N1所必须的值E1(Δ1A≤E1)。因而，通过根据第一实施方式的制造方法制造的万向节节叉20应用于根据本发明的第二实施方式的旋转元件与旋转轴之间的连接结构P，如图4的示意图示出的。此外，连接结构P应用于根据第三实施方式的转向设备1，如图5的示意图示出的。
如图5中所示，转向设备1包括：转向轴3，转向轴3的一端(轴向上端)连接至转向构件2比如方向盘；以及转向操作机构A，转向操作机构A依次经由第一万向节4、中间轴5以及第二万向节6与转向轴3连接。转向操作机构A例如为与转向构件2的操控协同地使转向轮11转向的齿条小齿轮机构。转向操作机构A包括：作为输入轴的小齿轮轴7，该小齿轮轴7经由第二万向节6连接至中间轴5；以及作为输出轴的齿条轴8。设置在小齿轮轴7中的小齿轮7a与设置在齿条轴8中的齿条8a相接合。
转向构件2的转动依次经由转向轴3、第一万向节4、中间轴5以及第二万向节6传递至转向操作机构A。齿条轴8通过轴承(例如，作为滑动轴承的齿条衬套12等)支承在固定于车身的壳体9内以沿着轴向方向W1直线往复运动。齿条轴8的两个端部相对于壳体9朝向外侧突出，并且齿条轴8的端部连接至相应的横拉杆10。每个横拉杆10经由对应的转向节臂(未示出)连接至对应的转向轮11。
当操作转向构件2使转向轴3旋转时，这种旋转通过小齿轮7a和齿条8a转换成齿条轴8沿着轴向方向W1的运动。由此，获得了转向轮11的转向。如图4中所示，第二万向节6包括第一万向节节叉61(对应于通过第一实施方式的制造方法制造的万向节节叉20)、第二万向节节叉62以及十字接头63。十字接头63将第一万向节节叉61连接至第二万向节节叉62。
中间轴5的端部5a连接至第一万向节节叉61的配装部21。也就是说，旋转元件与旋转轴之间的连接结构P应用于作为旋转元件的第一万向节节叉61与作为旋转轴的中间轴5之间的连接结构。中间轴5的端部5a的外周上形成有与配装部21的内锯齿27啮合的外锯齿MS。
紧固螺栓B的螺纹轴Ba***配装部21的螺栓***孔28中。螺纹轴Ba旋拧入螺纹孔(对应于图2中的螺纹孔29，此处未示出)。小齿轮轴7的端部7b固定至第二万向节节叉62。在连接结构P和转向设备1中，改善了外锯齿MS与内锯齿27之间的齿接触并且提升了其耐久性。
根据本发明的旋转元件的制造方法可以应用于具有内周表面上形成有内锯齿的配装部的其他旋转元件以及万向节节叉20的制造方法。此外，根据本发明的旋转元件与旋转轴之间的连接结构可以应用于转向设备1中的转向轴3与第一万向节4的万向节节叉之间的连接结构，或转向设备1中的小齿轮轴7与第二万向节6的第二万向节节叉62之间的连接结构。
另外，本发明可以在本发明的权利要求的范围内进行各种修改。

Claims (5)

1.一种旋转元件的制造方法，所述旋转元件包括筒形配装部，所述筒形配装部具有一对周向端部，在所述周向端部之间形成有轴向狭缝，所述筒形配装部以锯齿配合的方式配装于旋转轴，所述制造方法的特征在于包括：
通过夹紧夹具(30)夹紧所述配装部(21，21M)而使得所述配装部(21，21M)弹性地变形成在朝向所述轴向狭缝(24)的预定径向方向上扁平化的椭圆形状；
通过使用具有短径位于所述预定径向方向上的椭圆形截面的工具形成以椭圆形状布置的内锯齿(27)，所述内锯齿(27)形成在被所述夹紧夹具(30)夹紧从而弹性变形成椭圆形状的所述配装部(21，21M)的内周表面(21b)上；以及
解除所述夹紧夹具(30)的夹紧而使得所述内锯齿(27)的布置从所述椭圆形状变成正圆形状。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中：
由被所述夹紧夹具(30)夹紧的所述配装部(21，21M)的所述内周表面(21b)形成的椭圆的长径与短径之间的差值等于由所述工具形成的椭圆的长径与短径之间的差值。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中：
由所述工具形成的椭圆的长径与短径之间的差值大于由被所述夹紧夹具(30)夹紧的所述配装部(21，21M)的所述内周表面(21b)形成的椭圆的长径与短径之间的差值的偏差量。
4.一种连接结构，其特征在于包括：
具备筒形配装部的旋转元件；以及
旋转轴，所述旋转轴具有设置在所述旋转轴的外周表面上的外锯齿(MS)，所述旋转轴以锯齿配合的方式配装于所述配装部(21，21M)，
所述筒形配装部具有一对周向端部，在所述周向端部之间形成有轴向狭缝，所述筒形配装部以锯齿配合的方式配装于旋转轴，
所述旋转元件是通过如下方法制造的：
通过夹紧夹具(30)夹紧所述配装部(21，21M)而使得所述配装部(21，21M)弹性地变形成在朝向所述轴向狭缝(24)的预定径向方向上扁平化的椭圆形状；
通过使用具有短径位于所述预定径向方向上的椭圆形截面的工具形成以椭圆形状布置的内锯齿(27)，所述内锯齿(27)形成在被所述夹紧夹具(30)夹紧从而弹性变形成椭圆形状的所述配装部(21，21M)的内周表面(21b)上；以及
解除所述夹紧夹具(30)的夹紧而使得所述内锯齿(27)的布置从所述椭圆形状变成正圆形状。
5.一种转向设备，其特征在于包括：
根据权利要求4所述的连接结构，其中，
所述旋转元件为万向节的万向节节叉(20，20M)；并且
所述旋转轴为中间轴(5)。
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