CN108290600A - 制造齿杆的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造齿杆的方法，包括使第一和第二杆部件的轴向端部互相结合，并且在第二杆部件上形成动力传递部。第一杆部件具有齿部。当第二杆部件为中空时，方法还可以包括将第二杆部件的沿着轴向的一部分的壁增厚，以与第一杆部件同轴。当第二杆部件具有比第一杆部件大的直径时，方法还可以包括切削第二杆部件的轴向上的一部分的外径，以与第一杆部件同轴。动力传递部形成在第二杆部件的已经增厚了壁并且/或者已经切削了外径的部分上。

Description

制造齿杆的方法

技术领域

本发明涉及一种制造齿杆的方法。

背景技术

双齿轮式齿杆是一种在诸如汽车这样的车辆的转向装置中使用的齿杆，在两个位置处具有齿部，每个齿部具有多个齿杆齿。一个齿部与车辆的转向轴的转向齿轮啮合，并且另一个齿部与辅助机构的辅助齿轮啮合。一些双齿轮式齿杆被设计为使得两个位置处的齿部依据车辆的转向轴与辅助机构之间的位置关系而具有绕着轴的角度差。

JP2014-124767A公开了一种制造双齿轮式齿杆的方法，其中具有齿部的第一杆部件以及与第一杆部件同轴布置的第二杆部件通过绕着中心轴彼此相对旋转而被摩擦焊接，并且然后通过切削使另一个齿部形成在第二杆部件上。通过在第一杆部件与第二杆部件互相结合之后使齿部形成在第二杆部件上，提高了第一杆部件的齿部与第二杆部件的齿部之间的角度差的精度。

在该齿杆的制造方法中，当存在第二杆部件相对于第二杆部件已经结合的第一杆部件的错位或倾斜时，齿杆的直线度降低。

发明内容

本发明的例示方面提高了通过将第二杆部件结合到具有齿部的第一杆部件而形成的齿杆的形状精度，所述齿部具有多个齿杆齿。

根据本发明的例示方面，提供一种制造齿杆的方法。方法包括：使第一杆部件的轴向端部与第二杆部件的轴向端部互相结合，所述第一杆部件和所述第二杆部件是中空部件，并且所述第一杆部件沿着轴向具有齿部，并且所述齿部具有多个齿杆齿，将已经结合至所述第一杆部件的所述第二杆部件的沿着轴向的至少一部分的壁增厚，使得所述第二杆部件的所述一部分与所述第一杆部件同轴，并且在所述第二杆部件的壁增厚部分上形成动力传递部。

根据本发明的另一例示方面，提供另一种制造齿杆的方法。方法包括：使第一杆部件的轴向端部与第二杆部件的轴向端部互相结合，所述第一杆部件沿着轴向具有齿部，所述齿部具有多个齿杆齿，并且所述第二杆部件具有比所述第一杆部件大的直径，切削已经结合至所述第一杆部件的所述第二杆部件的轴向上的至少一部分的外径，使得所述第二杆部件的所述一部分与所述第一杆部件同轴，并且在所述第二杆部件的已经切削了外径的所述一部分上形成动力传递部。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的转向装置的实例的前视图。

图2是安装在转向装置中的齿杆的前视图。

图3是根据本发明的第一实施例的齿杆的截面图。

图4是图示出制造齿杆的步骤的示意图。

图5是图示出制造齿杆的另一步骤的示意图。

图6是图示出制造齿杆的另一步骤的示意图。

图7是图示出制造齿杆的另一步骤的示意图。

图8是根据本发明的第二实施例的齿杆的截面图。

图9是图示出制造图8的齿杆的步骤的示意图。

图10是图示出制造图8的齿杆的另一步骤的示意图。

图11是图示出制造图8的齿杆的另一步骤的示意图。

图12是图示出制造图8的齿杆的又一步骤的示意图。

图13是图示出齿杆的变形的实例的示意图。

图14是根据本发明的第二实施例的齿杆的修改例的截面图。

具体实施方式

图1图示出根据本发明的实施例的转向装置1的实例。

转向装置1具有齿杆壳体2和容纳在齿杆壳体2中从而能够在轴向上滑动的齿杆10。

拉杆3经由接头连接到齿杆10的各端。车辆的车轮通过齿杆10的移动经由拉杆3以及拉杆3所连接的转向机构而旋转。

转向齿轮箱4设置在齿杆壳体2的一个轴向端部处。形成在待连接至转向轴的输入轴5上的转向齿轮(未示出)容纳在转向齿轮箱4中。辅助齿轮箱6设置在齿杆壳体2的另一轴向端部处。由辅助机构的电机7驱动的辅助齿轮(未示出)容纳在辅助齿轮箱6中。

具有与转向齿轮啮合的多个齿杆齿的第一齿部20和具有与辅助齿轮啮合的多个齿杆齿的第二齿部21形成在齿杆10上。

输入轴5的转向齿轮通过方向盘的旋转操作旋转，从而在第一齿部20处与转向齿轮啮合的齿杆10在轴向上移动。依据方向盘的转向力控制的辅助机构的电机7的驱动力经由与第二齿部21啮合的辅助齿轮传递到齿杆10，从而辅助了齿杆10通过方向盘的旋转操作的移动。

图2图示出齿杆10的构造。

齿杆10具有：第一杆部件11，在该第一杆部件11上，具有多个齿杆齿的第一齿部20与转向齿轮啮合；以及第二杆部件12，在该第二杆部件12上，具有多个齿杆齿的第二齿部21与辅助齿轮啮合，并且第一杆部件11的轴端与第二杆部件12的轴端互相结合。

在例示的实例中，第一杆部件11形成为截面为圆形的中空部件，并且由诸如碳钢JIS-S45C这样的金属材料制成。例如，形成为中空部件的第一杆部件11的第一齿部20的齿杆齿如下所述地形成。

首先，在中空部件的长度方向上的待设置齿部的部分(后文中，齿形成部)上设置平坦的齿形成表面。例如，通过使用冲压成形模具使中空部件的齿形成部变形而形成齿形成表面。

接着，将中空部件放置在包括齿形成模具的形成模具中，该齿形成模具压靠齿形成表面并且包围中空部件的整个齿形成部，并且将心轴***到中空部件中。中空部件的齿形成表面处的材料通过从内部***的心轴而塑性变形，并且被推入到压靠齿形成表面的齿形成模具内。通过将***的心轴更换为尺寸逐渐增大的心轴来重复该塑性加工，从而在中空部件上形成了与齿形成模具对应的多个齿杆齿。

图3图示出根据本发明的第一实施例的齿杆10的截面。在第一实施例中，第二杆部件12也形成为截面为圆形的中空部件，并且由诸如碳钢JIS-S45C这样的金属材料制成。第二杆部件12的第二齿部21的齿杆齿如后文详细描述地形成，例如，通过在第二杆部件12结合至第一杆部件11之后的切削形成。

第一杆部件11的第一齿部20的齿杆齿的轮廓可以与第二杆部件12的第二齿部21的齿杆齿的轮廓相同或不同，并且可以组合恒定传动比(CGR)和可变传动比(VGR)。

图4至7图示出根据第一实施例的制造齿杆10的步骤。

如图4所示，将已经形成有第一齿部20的第一杆部件11与坯件第二杆部件12同轴布置。在例示的实例中，坯件第二杆部件12的外径比第一杆部件11的外径大。然而，坯件第二杆部件12的外径可以与第一杆部件11的外径相同，或者小于第一杆部件11的外径。在例示的实例中，坯件第二杆部件12的内径与第一杆部件11的内径相同。然而，坯件第二杆部件12的内径可以与第一杆部件11的内径不同。

在例示的实例中，例如通过切削将第二杆部件12的在第一杆部件11侧的轴向端部12a(结合端部)预先形成为与第一杆部件11的与结合端部12a对置的轴向端部11a(结合端部)具有相同的内径和相同的外径的环状。当坯件第二杆部件12的外径小于第一杆部件11的外径时，可以在第二杆部件12的结合端部12a提前预进行镦锻，从而使得结合端部12a的外径等于或大于结合端部11a的外径。当坯件第二杆部件12的内径大于第一杆部件11的内径时，可以预先锻制第二杆部件12的结合端部12a，从而使得结合端部12a的内径等于或小于结合端部11a的内径。

如图5所示，使第二杆部件12朝着第一杆部件11移动，并且使第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的各自的端面互相抵接。然后，使第一杆部件11绕着其中心轴旋转。

结合端部11a和结合端部12a的金属结构通过互相抵接的第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的各自端面的相对旋转产生的摩擦热而改变，并且压力施加到各端面，从而结合端部11a与结合端部12a彼此压力焊接。

由于结合端部12a预成形为具有与结合端部11a相同的内径和相同的外径的环形，所以在第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的摩擦焊接期间，结合端部11a的绕其压力摩擦面的塑性流动量和结合端部12a的绕其压力摩擦面的塑性流动量变为基本彼此相等，从而结合端部11a与结合端部12a之间的连结变得更加牢固。

在第一杆部件11与第二杆部件12互相结合的状态下，在某些情况下，例如由于通过制造设备和在摩擦焊接期间压力焊接面的压力分布导致的装配误差，可能发生第二杆部件12相对于第一杆部件11的错位或倾斜。

因此，如图6所示，修正第二杆部件12以与第一杆部件11同轴。第二杆部件12的该修正包括第二杆部件12的壁增厚。在例示的实例中，坯件第二杆部件12的壁具有比第一杆部件11大的外径，通过在使坯件第二杆部件的轴向长度基本不变的同时减小坯件第二杆部件12的直径以使得第二杆部件12具有与第一杆部件11相同的外径来增厚坯件第二杆部件12的壁。例如，可以通过使用绕着第二杆部件12的外周旋转并且在径向上冲击第二杆部件12的多个模具锻制第二杆部件12以改变第二杆部件12的截面形状，来进行第二杆部件12的壁增厚。当坯件第二杆部件12的外径等于或小于第一杆部件11的外径时，可以通过缩短第二杆部件12的轴向长度来增厚第二杆部件12的壁。可以增厚第二杆部件12的壁，使得第二杆部件12的外径与第一杆部件11的外径不同。在例示的实例中，沿着第二杆部件12的除了结合端部12a之外的部分的整个轴向长度增厚第二杆部件12的壁。也可以是仅沿着第二杆部件12的沿着轴向一部分增厚第二杆部件12的壁，所述一部分包括要在后面的步骤中形成第二齿部21的区域。

然后，如图7所示，通过使用拉床等进行切削而在第二杆部件12的一部分上形成齿杆齿，以形成第二齿部21，并且可选地可以在第二齿部21上进行诸如淬火这样的热处理。可以在壁增厚与齿切削之间，在第二杆部件12上进行诸如磨削这样的表面精加工。

因为第一杆部件11和第二杆部件12都是中空的，所以如上所述地制造的齿杆10的重量能够减轻。

通过增加第二杆部件12的壁厚，能够可靠地获得第二杆部件12的形成有第二齿部21的预定部分的壁厚，从而能够增大第二齿部21的齿杆齿的形状自由度。更进一步，通过进行第二杆部件12的壁增厚，能够将第二杆部件12修正为与第一杆部件11同轴，并且还能够增加齿杆10的直线度。

图8图示出根据本发明的第二实施例的齿杆10的截面。

根据第二实施例的齿杆10的第二杆部件12形成为截面为圆形并且由诸如碳钢JIS-S45C这样的金属材料制成的实心部件。形成为实心部件的第二杆部件12的第二齿部21的齿杆齿例如通过切削形成。

第一杆部件11也可以形成为实心部件，并且形成为实心部件的第一杆部件11的第一齿部20的齿杆齿例如通过切削形成。

图9至12图示出根据第二实施例的齿杆10的制造步骤。

如图9所示，已经形成有第一齿部20的第一杆部件11与坯件第二杆部件12布置为彼此同轴。坯件第二杆部件12的外径比第一杆部件11的外径大。

在例示的实例中，例如通过切削将第二杆部件12的在第一杆部件11侧的轴向端部12a(结合端部)预先形成为与第一杆部件11的与结合端部12a对置的轴向端部11a(结合端部)具有相同形状，即相同的内径和相同的外径的环状。当第一杆部件11是实心部件时，第二杆部件12的结合端部12a预先形成为与结合端部11a具有相同形状，即相同外径的柱状。

如图10所示，使第二杆部件12朝着第一杆部件11移动，并且使第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的各自的端面互相抵接。然后，将第一杆部件11绕着其中心轴旋转。

结合端部11a和结合端部12a的金属结构通过互相抵接的第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的各自端面的相对旋转产生的摩擦热而改变，并且压力施加到端面，从而结合端部11a与结合端部12a彼此压力焊接。

由于结合端部12a预先形成为具有与结合端部11a相同的形状，所以在第一杆部件11的结合端部11a与第二杆部件12的结合端部12a的摩擦焊期间，结合端部11a的绕其压力摩擦面的塑性流动量与结合端部12a的绕其压力摩擦面的塑性流动量变为基本彼此相等，从而结合端部11a与结合端部12a之间的连结变得更加牢固。

如图11所示，在第二实施例中，通过外径切削将第二杆部件12修正为与第一杆部件11同轴。在例示的实例中，沿着第二杆部件12的整个轴向长度进行外径切削，使得第二杆部件12与第一杆部件11同轴，并且沿着第二杆部件12的整个轴向长度具有与第一杆部件11相同的外径。然而，第二杆部件12可以形成为具有与第一杆部件11的外径不同的外径。可以仅沿着第二杆部件12的轴向上的包括在后续步骤中形成第二齿部21的区域的那部分进行外径切削，从而仅第二杆部件12的包括形成第二齿部21的区域的那部分形成为与第一杆部件11同轴。

然后，如图12所示，通过使用拉床等进行切削而将齿杆齿形成在第二杆部件12的给定部分上，以形成第二齿部21，并且可选地可以在第二齿部21上进行诸如淬火这样的热处理。可以在外径切削与齿切削之间，在第二杆部件12上进行诸如磨削这样的表面精加工。

因为通过如图11所示的外径切削使第二杆部件12形成为与第一杆部件11同轴，所以如上所述地制造的齿杆10具有提高的直线度。

图11所示的外径切削还去除了坯件第二杆部件12的表层中残余的内部应力。

通常通过拉伸工艺制造充当坯件第二杆部件12的实心部件。这种实心部件具有在其表层中残余的内部拉应力，以及在其深层中残余的内部压应力。内部拉应力在靠近表层的位置处更大，并且内部压应力在靠近深层的位置处更大。在表层与深层之间的中间层中残余的内部拉应力或内部压应力比表层中残余的内部应力和深层中残余的内部应力小。

通过切削第二杆部件12的外径，去除了材料的表层，并且露出了应力比表层小的中间层。第二齿部21的齿杆齿形成在该中间层上。因此，即使当通过齿切削和热处理释放内部应力时，也抑制了由于应力的释放导致的第二杆部件12的变形。

在第二杆部件12由于内部应力的释放而变形时，如图13所示，能够以绕着其中心轴的扭转为例。在产生第二杆部件12的扭转的情况下，第二齿部21上的齿杆齿的节距改变，齿杆齿与齿轮的啮合劣化，并且存在传递效率可能劣化的危险。通过进行外径切削去除坯件第二杆部件12的表层中残余的内部应力，对于抑制可能引起传递效率劣化的第二杆部件12的扭转是特别有效的。

例如，考虑第二杆部件12相对于第一杆部件11的可能的错位或倾斜以及坯件第二杆部件12中残余的内部应力的分布，来设定用于外径切削的坯件第二杆部件12的切削下料。优选的切削下料的实例为直径的1mm至2mm。

如上所述，通过进行外径切削将结合至第一杆部件11的第二杆部件12形成为与第一杆部件11同轴，并且然后，在第二杆部件12的受到外径切削的部分处形成第二齿部21的齿杆齿，从而能够提高齿杆10的直线度，能够抑制第二杆部件12的变形，并且能够提高齿杆10的形状精度。

虽然在上述实例中已经将第二杆部件12描述为具有比第一杆部件11大的直径的实心部件，但是第二杆部件可以为具有比第一杆部件11大的直径的中空部件，如图14所示。

同样利用中空的第二杆部件12，通过切削已经结合至第一杆部件11的第二杆部件12的至少一部分的外径以使第二杆部件12的所述至少一部分与第一杆部件11同轴，并且通过在第二杆部件12的已经受到外径切削的部分上形成包括齿杆齿、螺纹槽等在内的动力传递部，能够制造齿杆。

根据第一实施例的制造方法在图6所示的壁增厚处理与图7所示的齿切削处理之间可以包括：以第一杆部件11的中心轴为基准的第二杆部件12的外径的切削。该附加步骤进一步提高了齿杆10的直线度，并且去除了在坯件第二杆部件12的表层中残余的内部应力。

通常也通过拉伸工艺制造中空部件。因此，中空部件也具有在其表层中残余的内部拉应力和在其深层中残余的内部压应力，并且在表层与深层之间的中间层中残余的拉应力或内部压应力比表层中残余的内部应力和深层中残余的内部应力小。

虽然在上述实例中已经将形成在第二杆部件12上的动力传递部描述为具有多个齿杆齿的第二齿部21，但是动力传递部不限于这样的齿部，并且可以是滚珠丝杠的螺纹槽。

本申请基于均在2015年11月4日提交的日本专利申请No.2015-217043和2015-217044，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (10)

1.一种制造齿杆的方法，所述方法包括：

使第一杆部件的轴向端部与第二杆部件的轴向端部互相结合，所述第一杆部件和所述第二杆部件是中空部件，并且所述第一杆部件沿着轴向具有齿部，并且所述齿部具有多个齿杆齿，

将已经结合至所述第一杆部件的所述第二杆部件的沿着轴向的至少一部分的壁增厚，使得所述第二杆部件的所述一部分与所述第一杆部件同轴，以及

在所述第二杆部件的壁增厚部分上形成动力传递部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过锻制结合至所述第一杆部件的所述第二杆部件的所述至少一部分，使所述第二杆部件的所述至少一部分的壁增厚，使得所述第二杆部件的所述一部分与所述第一杆部件同轴。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在切削所述第二杆部件的所述壁增厚部分的外径使得所述第二杆部件的所述壁增厚部分与所述第一杆部件同轴之后，形成所述动力传递部。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括在形成在所述第二杆部件上的所述动力传递部上进行热处理。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的方法，其中，通过摩擦焊接使所述第一杆部件与所述第二杆部件互相结合，所述摩擦焊接包括使所述第一杆部件与所述第二杆部件绕着所述第一杆部件的中心轴而相对彼此旋转。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在使所述第二杆部件的所述轴向端部预先成形为具有与所述第一杆部件的所述轴向端部相同的内径和相同的外径的环状形状的状态下，通过所述摩擦焊接使所述第一杆部件与所述第二杆部件互相结合。

7.一种制造齿杆的方法，所述方法包括：

使第一杆部件的轴向端部与第二杆部件的轴向端部互相结合，所述第一杆部件沿着轴向具有齿部，所述齿部具有多个齿杆齿，并且所述第二杆部件具有比所述第一杆部件大的直径，

切削已经结合至所述第一杆部件的所述第二杆部件的轴向上的至少一部分的外径，使得所述第二杆部件的所述一部分与所述第一杆部件同轴，以及

在所述第二杆部件的已经切削了外径的所述一部分上形成动力传递部。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：在形成在所述第二杆部件上的所述动力传递部上进行热处理。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，通过摩擦焊接使所述第一杆部件与所述第二杆部件互相结合，所述摩擦焊接包括使所述第一杆部件与所述第二杆部件绕着所述第一杆部件的中心轴而相对彼此旋转。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在使所述第二杆部件的所述轴向端部预先成形为具有与所述第一杆部件的所述轴向端部相同的形状的状态下，通过所述摩擦焊接使所述第一杆部件与所述第二杆部件互相结合。