CN107406093A - 齿条和该齿条的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种齿条(1、21、31)，包括具有有齿区段(2、12、22)的轴部件(S1)。有齿区段(2、12、22)具有多个齿条齿(3、13、23)，并且在轴部件(S1)的沿纵向的整个长度的一部分上延伸。轴部件(S1)具有在包括有齿区段(2、12、22)的轴部件(S1)的整个长度上延伸的磨削精加工的外周面。一种齿条(1、21、31)的制造方法，包括：通过塑性加工形成有齿区段(2、12、22)，和磨削外周面以提高形状精度。

Description

齿条和该齿条的制造方法

技术领域

本发明涉及一种在例如车辆的齿轮齿条式转向装置中使用的齿条，并且涉及该齿条的制造方法。

背景技术

通过在杆部件的沿着纵向的一部分上形成多个齿条齿而制造在齿轮齿条式转向装置等中使用的齿条。可以通过切削或锻造形成齿条齿(例如，参见JPH3-138042A)。锻造法比切割的生产率高，并且此外，能够制造可变间距的齿条齿。

作为轻量化的替代品，还已知使用管部件代替实心杆部件的中空齿条(例如，参见JP2004-351468A)。通过在管部件的沿着纵向的一部分上设置平坦面、使齿模挤压该平坦面、并且在该状态下将芯轴插入到管部件内而形成中空齿条。通过将芯轴插入到管部件内，设置平坦面的管壁被芯轴挤压，使得该管壁进入齿模，从而形成齿条齿。

还存在在双齿轮电动动力转向装置中使用的齿条。通过利用压力焊接将杆部件与形成有齿条齿的管部件的一端同轴接合，并且然后通过切削以在被接合的杆部件上形成齿条齿而制造该齿条(例如，参见JP2014-124767A)。

在转向装置中，齿条的有齿区段的在与形成齿条齿的一侧相反的一侧上的外表面由齿条引导部以可滑动方式支撑，并且该有齿区段通过偏压齿条引导部的弹簧而挤压小齿轮。

在齿条的有齿区段处，利用芯轴通过诸如锻造或压制这样的塑性加工而形成齿条齿，齿条的所述有齿区段由于残余的加工应力可能并不具有良好的诸如直线度和外径这样的形状精度。由齿条引导部可滑动地支撑的有齿区段的形状精度影响转向装置的操作。因此，期望有齿区段的形状精度的提高。

在转向装置的小型化的要求下，存在将齿条制造得短，即，将齿条的与其有齿区段相邻的轴区段缩短的趋势。像在双齿轮齿条中一样，这使得在将轴部件接合于形成有齿条齿的另一个轴部件的情况下，难以仅利用不具有低形状精度的有齿区段的轴区段进行定心(centering)，这可能导致轴部件的接合精度的降低。

为了提高接合精度，可以将要与形成有齿条齿的轴部件接合的轴部件设置为具有比形成有齿条齿的轴部件大的直径，并且在接合之后，可以进行切削，以与形成有齿条齿的轴部件一致。然而，因为切削所需的时间和所使用材料的浪费，所以这将增加成本。

发明内容

本发明的示例性方面提供了具有提高的形状精度的齿条。

根据本发明的一个示例性方面，一种齿条包括具有塑性成型的有齿区段的轴部件。该有齿区段具有多个齿条齿，并且在所述轴部件的沿纵向的整个长度的一部分上延伸。所述轴部件包括磨削精加工的外周面，该外周面在包括所述有齿区段的所述轴部件的整个长度上延伸。

根据本发明的另一个示例性方面，提供了一种齿条的制造方法。该方法包括：在轴部件的沿纵向的整个长度的一部分上通过塑性加工形成具有多个齿条齿的有齿区段；和在包括所述有齿区段的所述轴部件的整个长度上磨削所述轴部件的外周面。

根据下面的描述、附图和权利要求，本发明的其它方面和优点将是明显的。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的齿条的截面图。

图2A是图示出图1的齿条的制造方法的一个实例的截面图。

图2B是图示出该方法的实例的另一个截面图。

图2C是图示出该方法的实例的另一个截面图。

图3是图示出在图1的齿条的制造中的磨削的一个实例的图。

图4是图示出图1的齿条的磨削余量的截面图。

图5是根据本发明的另一个实施例的齿条的截面图。

图6是根据本发明的另一个实施例的齿条的平面图。

图7A是图示出图6的齿条的制造方法的实例的图。

图7B是图示出图6的齿条的制造方法的实例的另一个图。

图7C是图示出图6的齿条的制造方法的实例的另一个图。

图8是根据本发明的另一个实施例的齿条的平面图。

图9是根据本发明的另一个实施例的齿条的平面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。

图1图示出根据本发明的实施例的齿条1。

齿条1是由圆管状的轴部件形成的中空齿条，并且具有：有齿区段2，其形成有多个齿条齿3；以及轴区段4，其存在于有齿区段2在轴部件的纵向上的两侧。各个轴区段4的内周面形成有螺纹部5，该螺纹部5要用于连接于转向装置中的球形接头。

图2A至3图示出中空齿条1的制造方法的一个实例。

例如，由轴部件形成中空齿条1，所述轴部件是由诸如S45C这样的碳钢制成并且厚度基本均匀的钢管。首先，在沿轴部件的纵向延伸并且将要成为有齿区段2的部分(在下文中，称为齿形成部)中，预先形成平坦的齿形成面7。例如，通过利用成型模具压扁轴部件的齿形成部的压制成型而形成齿形成面7(参见图2A)。

然后，将轴部件置于成型模具101中。成型模具101包括顶模102、底模103、和齿模104，并且被构造为遍及整个周边地包围轴部件的齿形成部。使齿模104挤压轴部件的齿形成面7。

然后，将芯轴105插入到置于成型模具101中的轴部件内。轴部件的设置齿形成面7的管壁被插入的芯轴105从其内表面侧挤压，并且进入挤压齿形成面7的齿模104。利用逐渐增大的芯轴105重复进行该塑性加工，从而形成与齿模104的形状一致的多个齿条齿3。同时，齿形成部的除了齿形成面7之外的外周面成型为具有与底模103的形状一致的弧状截面(参见图2B)。

例如，通过成型精度优秀的冷塑性加工形成齿条齿3。可选择地，可以通过其中能够使得管壁的每次操作的变形量大的温(通常是600℃至900℃)加工或热(通常高于900℃)加工来形成齿条齿3。还能够在初始阶段进行温塑性加工或热塑性加工，并且在稍后的阶段进行冷塑性加工。

然后，例如，通过车削加工，在轴部件的轴区段4的端部分别形成螺纹部5(参见图2C)。

随后，为了提高要与小齿轮啮合的齿条齿3以及在转向装置中的齿条引导部上滑动的有齿区段2的耐久性，使有齿区段2经受诸如淬火或喷丸这样的表面处理，从而矫正了由于塑性加工诸如用于预先形成齿形成面7的和使用芯轴形成齿条齿3的压制成型以及淬火而产生的轴部件的弯曲。

然后，如图3所示，遍及轴部件的纵向的整个长度(包括有齿区段2)对该轴部件的外周面进行磨削。在图示出的实例中，磨削是无心磨削。轴部件由支撑刃110从上下方向上的下侧支撑，并且被夹持在调整轮111与磨石112之间，该调整轮111设置在支撑刃110的一侧并且与平行于支撑刃110延伸，该磨石112设置在支撑刃110的与调整轮111相反的一侧并且平行于支撑刃110延伸。在通过调整轮111的旋转而使轴部件旋转的同时，在纵向上进给轴部件，从而磨削轴部件的外周面。作为磨削的结果，轴部件成型为在其纵向的整个长度上(包括有齿区段2)具有规定的外径。

要对轴部件的外周面进行的磨削不限于无心磨削，并且可以是例如外圆磨削，其中，在两端受到支撑的轴部件绕其中心轴旋转的同时，使磨石在该轴部件的纵向上移动。

由于包括有齿区段2的轴部件将要遍及其纵向的整个长度经受磨削，如图4所示，所以齿形成部的通过利用芯轴的塑性加工而成型为具有弧状截面的外周面形成为具有这样的外径：该外径包括要通过磨削去除的磨削余量(图4中的阴影部分)，并且比在磨削之后得到的外径大。

根据以上述方式制造的中空齿条1，由于有齿区段2经受磨削，所以去除了由于塑性加工诸如用于初步形成齿形成面7和使用芯轴形成齿条齿3的压制成型产生的加工应力以及淬火应力，从而提高了有齿区段2的诸如直线度和外径这样的形状精度。

此外，由于遍及轴部件的在纵向的整个长度对包括有齿区段2的该轴部件进行磨削，所以相对于位于有齿区段2的两侧的轴区段4，能够提高齿条齿3的诸如直线度和外径这样的形状精度。

虽然以上已经描述了中空齿条1作为一个实例，但是本发明还能够应用于实心齿条。

图5所示的实心齿条11由具有圆形截面的杆状轴部件形成。像上述的中空齿条1一样，实心齿条11具有：有齿区段12，其形成有多个齿条齿13；以及轴区段14，其存在于有齿区段12在轴部件的纵向上的两侧。各个轴区段14的端部形成有螺纹部15，该螺纹部15要用于连接于转向装置中的球形接头。

为了制造实心齿条11，使用成型模具通过锻造而在轴部件的齿形成面中形成齿条齿13，该成型模具遍及整个周边地包围轴部件的齿形成部，并且具有要挤压齿形成面的齿模。同时，齿形成部的外周面成型为具有与成型模具的形状一致的弧状截面。

然后，通过例如车削加工在轴部件的轴区段14的端部中分别形成螺纹部15。随后，如在上述齿条1的情况中一样，使有齿区段12经受诸如淬火或喷丸这样的表面处理，从而矫正由于用于形成齿条齿的锻造和淬火而引起的轴部件的弯曲。

然后，遍及轴部件的纵向的整个长度(包括有齿区段12)对轴部件的外周面进行磨削，从而将轴部件成型为遍及其纵向的整个长度(包括有齿区段12)具有规定的外径。由于包括有齿区段12的轴部件将要遍及其纵向的整个长度经受磨削，所以齿形成部的通过上述锻造而成型为具有弧状截面的外周面成型为具有这样的外径：该外径包括要通过磨削去除的磨削余量，并且比在磨削之后得到的外径大。

以上述方式制造实心齿条11。在以上述方式制造的实心齿条11中，由于有齿区段12经受磨削，所以消除了由于用于形成齿条齿13的锻造(塑性加工)而产生的加工应力以及淬火应力，从而提高了有齿区段12的诸如直线度和外径这样的形状精度。

此外，由于遍及轴部件在纵向的整个长度对包括有齿区段12的轴部件进行磨削，所以相对于位于有齿区段12的两侧的轴区段14，能够提高有齿区段12的诸如直线度和外径这样的形状精度。

图6图示出根据本发明的另一个实施例的齿条21。齿条21包括图1的齿条1。

齿条21被构造为在双齿轮电动动力转向装置中使用。齿条21包括轴部件S1(中空齿条1)以及杆状的延长轴部件S2，该延长轴部件S2具有圆形截面，并且以与轴部件S1同轴的状态接合于轴部件S1的一个轴区段4的端部。像轴部件S1一样，延长轴部件S2具有包括多个齿条齿23的有齿区段22。

图7A至7C图示出齿条21的制造方法的一个实例。

用于齿条21的制造机器120装配有：固定于地板等的夹持机构121、用于旋转地驱动旋转台122的驱动单元123、装接于旋转台122的卡盘机构124、和诸如拉床(broachingmachine)这样的加工装置125。

已经预先在轴部件S1中形成了具有齿条齿3的有齿区段2，并且已经遍及包括有齿区段2的轴部件S1的纵向的整个长度对该轴部件S1的外周面进行了磨削。轴部件S1由夹持机构121保持。延长轴部件S2由卡盘机构124保持。不预先在延长轴部件S2中形成有齿区段22，并且在将延长轴部件S2接合于轴部件S1之后，通过加工装置125在延长轴部件S2中形成有齿区段22。

夹持机构121和卡盘机构124被构造为支撑轴部件S1和延长轴部件S2，使得它们的中心轴线互相一致。如上所述，由于已经提高了已经经受磨削的轴部件S1的形状精度，所以能够使用包括有齿区段2的足够长的部分将轴部件S1相对于夹持机构121定心。结果，将轴部件S1和延长轴部件S2高精度地互相同轴地布置。

然后，使由卡盘机构124保持的延长轴部件S2朝着由夹持机构121保持的轴部件S1移动，并且轴部件S1和延长轴部件S2的端部互相进行接触(参见图7A)。

然后启动驱动单元123，从而使延长轴部件S2绕其中心轴旋转。因为轴部件S1和延长轴部件S2的各自的端部由于摩擦热而金相结构改变，并且此外受到压力，因此轴部件S1与延长轴部件S2互相接合(参见图7B)，所述摩擦热由轴部件S1与延长轴部件S2的互相接触的端面之间的相对旋转所产生。

在轴部件S1与延长轴部件S2的接合之后，取消延长轴部件S2的由卡盘机构124的保持，并且利用加工装置125在延长轴部件S2中形成具有齿条齿23的有齿区段22(参见图7C)。

以上述方式制造齿条21。在以上述方式制造的实心齿条21中，由于因为已经遍及轴部件S1的整个长度对已经形成有有齿区段2的轴部件S1进行了磨削而因此提高了轴部件S1的形状精度，所以能够将轴部件S1与延长轴部件S2高精度地互相同轴地布置。具有相同外径的轴部件S1和延长轴部件S2的使用使得不需要在接合之后切削延长轴部件S2。结果，不需要用于切削的时间和精力并且不产生材料的浪费，从而降低了成本。

在以上实例中，在将延长轴部件S2接合于轴部件S1之后，在延长轴部件S2中形成有齿区段22。如下可选的制造方法是可能的：其中，预先在延长轴部件S2中形成有齿区段22，并且在上述的摩擦压力焊接中，当延长轴部件S2的有齿区段22相对于轴部件S1的有齿区段2的绕着该轴部件S1与该延长轴部件S2的中心轴的角度具有期望值时，立即停止驱动单元123。

此外，虽然在以上实例中，延长轴部件32形成有具有齿条齿23的有齿区段22，但是形成在有齿区段22中的不限于齿条齿，并且可以是例如滚珠螺旋24(参见图8)。

图9图示出根据本发明的另一个实施例的齿条31。齿条31包括图5的实心齿条11。

齿条31包括轴部件S1(实心齿条11)和圆管状的延长轴部件S2，该延长轴部件S2以与轴部件S1同轴的状态接合于轴部件S1的一个轴区段14的端部。从而，齿条31比整体由杆状轴部件形成并且具有长度相同的齿条轻。如在上述齿条21的情况中一样，轴部件S1与延长轴部件S2通过摩擦压力焊接而互相接合。

并且，在齿条31中，由于因为已经遍及整个长度对已经形成有有齿区段12的轴部件S1进行磨削因而提高了轴部件S1的形状精度，所以能够将轴部件S1与延长轴部件S2高精度地互相同轴地布置。具有相同外径的轴部件S1与延长轴部件S2的使用使得不需要在接合之后切削延长轴部件S2。结果，不需要用于切削的时间和精力并且不产生材料的浪费，从而降低了成本。

本申请基于2015年3月23日提交的日本专利申请No.2015-059793，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (6)

1.一种包括轴部件的齿条，其中，所述轴部件包括：

塑性成型的有齿区段，该有齿区段具有多个齿条齿，该有齿区段在所述轴部件的纵向上的整个长度的一部分上延伸；和

磨削精加工的外周面，该外周面在包括所述有齿区段的所述轴部件的整个长度上延伸。

2.根据权利要求1所述的齿条，还包括延长轴部件，该延长轴部件接合于所述轴部件的一端且与所述轴部件同轴。

3.一种齿条的制造方法，包括：

通过在轴部件的纵向上的整个长度的一部分上塑性加工而形成具有多个齿条齿的有齿区段；和

在包括所述有齿区段的所述轴部件的整个长度上磨削所述轴部件的外周面。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述塑性加工包括将所述有齿区段形成为具有如下外径：该外径包括要在所述磨削中被磨削的磨削余量。

5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括在所述磨削之后，将延长轴部件与所述轴部件同轴地接合于所述轴部件的一端。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述磨削包括将所述轴部件的所述外周面磨削成具有与所述延长轴部件相同的外径。