CN103287478A - 一种转向机扭杆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转向机扭杆及其制造方法，包括长条圆柱状的杆体，所述的杆体的一端为输入轴安装部，另一端为齿轮轴安装部，所述的输入轴安装部以及齿轮轴安装部均设置有花键；扭杆材料经过原材料、探伤、去氧化皮、磨削、滚花键、调质处理、磨削、喷丸处理、探伤9个步骤后，得到成品的扭杆。本发明解决了转向机扭杆采用销子与其他部件连接造成的截面比较小，承载剪切应力能力比较弱和削弱传动件强度的问题，同时还提高了扭杆的疲劳强度，改善了扭杆滞弹性。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车转向机制造领域，尤其是一种汽车转向机扭杆及其制造方法。
背景技术
当前，无论是液压助力系统中的转向机上转向控制阀还是电动助力转向系统中的转向助力轴，扭杆都是其中重要的构成零件。在转向控制阀中，扭杆的前端由销子与转向齿连接，后端通过销子与输入轴连接。转动方向盘时，与方向盘连接输入轴通过扭杆带动小齿轮转动，扭杆在使用过程中受到周期扭转的交变应力。因为销子的截面比较小，而工作又是承受剪切应力，承载能力比较弱；安装销要开孔，会进一步削弱传动件的强度，同时定位销在使用时还带来了精度的匹配问题。
在转向系统中，扭杆利用其弹性变形来吸收和释放能量，这就要求扭杆具有较高疲劳强度。另外，机械物体受到不足以达到其屈服强度的扭力作用时将发生弹性变形，并且满足胡克定律；当外力撤消或者将外力反向作用时，变形的机械物体将沿着另外一条曲线返回，这种加载和反向加载时应力应变曲线不一致的情况叫做机械物体的滞弹现象。金属材料的滞弹尤其比较明显，对于精密仪器和机械中重要的传感元件的测量精度有着很大的影响，金属材料组织越不均匀，其滞弹性现象就越明显。
在液压转向体统中，扭力杆发生扭转变形时，控制阀阀体与转阀阀杆之间将发生相对转动，使两阀的通道口相互连通，扭力杆的变形角度就越大，转阀中工作油液通道的截口面积就越大，助力就越大。反之，则越小。
在电动助力转向系统中，当转向盘转动时，与转向轴相连的转矩传感器不断地测出作用于转向轴上的力矩，并将力矩转换为电信号，车速传感器产生车速信号，ECU根据这两个信号，经过运算处理后，向离合器和电动机发车发出控制指令，即输出一个适合的电流，在离合器结合的同时，是电动机产生一个转矩，转矩经过减速机构减速增距后，施加在输出轴上，输出轴的下端与齿轮齿条转向器总成中的小齿轮相连，于是由电动机发出的转矩最后通过齿轮齿条转向器施加到汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向助力转矩传感器用于检测作用于转向盘上转矩信号的大小。目前采用较多的是扭杆式电位计传感器，它是在转向轴位置加一根扭杆，通过扭杆检测输入轴与输出轴的相对扭转位移得到扭矩。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种转向机扭杆及其制造方法，解决了转向机扭杆采用销子与其他部件连接造成的截面比较小，承载剪切应力能力比较弱和削弱传动件强度的问题，同时还提高了扭杆的疲劳强度，改善了扭杆滞弹性。
本发明所采用的技术方案为：一种转向机扭杆，包括长条圆柱状的杆体，所述的杆体的一端为输入轴安装部，另一端为齿轮轴安装部，所述的输入轴安装部以及齿轮轴安装部均设置有花键。
为了便于安装，本发明所述的花键前端设置有导向安装角，且两端的花键长度相等；所述的花键的外径与杆体的外径相等。
同时，本发明还提供了一种转向机扭杆的制造方法，包括以下步骤：
（1）原材料：按照扭杆设计的直径直接购买成品的Grade4142号钢棒料，并按扭杆的实际长度要求切割成一定长度的纲棒；
（2）去氧化皮：采用高速喷丸机去除表面的氧化皮；
（3）探伤：采用横向和纵向两种涡流探伤设备对切割成一定程度的棒料进行100%探伤，裂纹深度大于40μm判定为不合格品；
（4）磨削：采用普通磨削设备，表面粗糙度达到1.6±0.1μm；
（5）滚花键：根据设计的花键尺寸，在扭杆的两端加工出符合要求的花键齿；
（6）调质处理：淬火并高温回火，850+/-10℃X30min油冷，零件随着炉升温600后保温2H后空冷；
（7）磨削：采用精磨设备，表面粗糙度达到0.8±0.1μm；
（8）强力喷丸处理：强力喷丸的钢球直径为0.8mm，时间为10分钟，在扭杆表面形成残余应力层，提高扭杆的疲劳寿命；
（9）热力喷丸处理：扭杆加热到300+/-10℃，采用钢球直径为0.4mm钢球进行喷丸处理，喷丸同时左右转动扭杆至其工作时的扭转角度，左右各扭转3次即可，以提高扭杆的抗蠕变性；
（10）探伤：磁粉探伤，
（11）包装：包装时对扭杆进行防锈处理。
由于在材料学中，金属材料都有一种特性，即，在受外力是，先弹性变形，此时如果力消失，会恢复原装；若受力到一定程度，再产生塑料形变，此时不可恢复。而本发明的调质处理的目的是为了增强表面硬度以及抗拉强度，调质处理后，扭杆得到均匀的回火马氏体组织，大大改善了扭杆的弹滞性，提高了扭杆的传递扭矩的精度；这样在做喷丸处理时可以做到应力分散的效果。
本发明的有益效果是：采用花键连接，其传递扭矩大，且对中性好，便于安装和拆卸；调质处理后提高后扭杆的硬度，便于将扭杆压入输入轴和齿轮轴中；同时调质处理也改善了扭杆材料组织的均匀性，改善了扭杆的滞弹性；采用强力喷丸+热力喷丸的方式，在扭杆表面到芯部形成了残余应力，提高了扭杆工作时的疲劳强度和抗蠕变性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为扭杆制造完成后扭杆表面残余力的示意图；
图3为扭杆在工作时剪切应力的示意图；
图4为扭杆材料的弹滞性曲线；
图5为扭杆经过调质处理后弹滞性曲线；
图中：1-扭杆；11-输入轴安装部；12-齿轮轴安装部。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种转向机扭杆，包括长条圆柱状的杆体，所述的杆体的一端为输入轴安装部，另一端为齿轮轴安装部，所述的输入轴安装部以及齿轮轴安装部均设置有花键；花键前端设置有导向安装角，且两端的花键长度相等；花键的外径与杆体的外径相等。
本发明所采用的扭杆材料为SAEC J404，Grade4142号钢，其最小抗拉强度为1032MPa，硬度为34～40HRC，屈服强度为896MPa，此材料存在一定的扭转刚度和弹滞性。
扭杆材料经过以下9个步骤后得到成品扭杆：
（1）原材料：按照扭杆设计的直径直接购买成品的Grade4142号钢棒料，并按扭杆的实际长度要求切割成一定长度的纲棒；
（2）去氧化皮：采用高速喷丸机去除表面的氧化皮；
（3）探伤：采用横向和纵向两种涡流探伤设备对切割成一定程度的棒料进行100%探伤，裂纹深度大于40μm判定为不合格品；
（4）磨削：采用普通磨削设备，表面粗糙度达到1.6±0.1μm；
（5）滚花键：根据设计的花键尺寸，在扭杆的两端加工出符合要求的花键齿；
（6）调质处理：淬火并高温回火，850+/-10℃X30min油冷，零件随着炉升温600后保温2H后空冷；调质处理后，扭杆得到均匀的回火马氏体组织，大大改善了扭杆的弹滞性，提高了扭杆的传递扭矩的精度。
（7）磨削：采用精磨设备，表面粗糙度达到0.8±0.1μm；
（8）强力喷丸处理：强力喷丸的钢球直径为0.8mm，时间为10分钟，在扭杆表面形成残余应力层，提高扭杆的疲劳寿命；
（9）热力喷丸处理：扭杆加热到300+/-10℃，采用钢球直径为0.4mm钢球进行喷丸处理，喷丸同时左右转动扭杆至其工作时的扭转角度，左右各扭转3次即可，以提高扭杆的抗蠕变性；
（10）探伤：磁粉探伤，
（11）包装：包装时对扭杆进行防锈处理。
喷丸处理分为强力喷丸和热喷丸两个步骤，强力喷丸的钢球直径为0.8mm，电机电流大于45A，热喷丸的温度控制在300+/-10℃，采用直径为0.4mm钢球，电机电流大于35A。
经过喷丸处理后，扭杆表面有残余应力，为负值，扭杆表面至芯部存在着残余应力如图2所示。
扭杆安装到转向机中后，在使用过程受到的交变剪切应力如图3所示，两者相互抵消，提高了扭杆的疲劳强度，延长了扭杆的使用寿命。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (3)
1.一种转向机扭杆，包括长条圆柱状的杆体，其特征在于：所述的杆体的一端为输入轴安装部，另一端为齿轮轴安装部，所述的输入轴安装部以及齿轮轴安装部均设置有花键。
2.如权利要求1所述的一种转向机扭杆，其特征在于：所述的花键前端设置有导向安装角，且两端的花键长度相等；所述的花键的外径与杆体的外径相等。
3.一种如权利要求1所述的转向机扭杆的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）原材料：按照扭杆设计的直径直接购买成品的Grade4142号钢棒料，并按扭杆的实际长度要求切割成一定长度的纲棒；
（2）去氧化皮：采用高速喷丸机去除表面的氧化皮；
（3）探伤：采用横向和纵向两种涡流探伤设备对切割成一定程度的棒料进行100%探伤，裂纹深度大于40μm判定为不合格品；
（4）磨削：采用普通磨削设备，表面粗糙度达到1.6±0.1μm；
（5）滚花键：根据设计的花键尺寸，在扭杆的两端加工出符合要求的花键齿；
（6）调质处理：淬火并高温回火，850+/-10℃X30min油冷，零件随着炉升温600后保温2H后空冷；
（7）磨削：采用精磨设备，表面粗糙度达到0.8±0.1μm；
（8）强力喷丸处理：强力喷丸的钢球直径为0.8mm，时间为10分钟，在扭杆表面形成残余应力层，提高扭杆的疲劳寿命；
（9）热力喷丸处理：扭杆加热到300+/-10℃，采用钢球直径为0.4mm钢球进行喷丸处理，喷丸同时左右转动扭杆至其工作时的扭转角度，左右各扭转3次即可，以提高扭杆的抗蠕变性；
（10）探伤：磁粉探伤，
（11）包装：包装时对扭杆进行防锈处理。
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