CN110446648A - 齿条杆的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种制造具有第一齿条和第二齿条的齿条杆的方法。第一齿条和第二齿条具有绕所述齿条杆的轴的角位置差。方法包括：在单个中空的轴部件(11)的外周上形成第一平坦表面(Fl)和第二平坦表面(F2)，第一平坦表面(Fl)和第二平坦表面(F2)之间设置角位置差；以及在与第一齿条和第二齿条对应的一个以上齿模具(209)挤压第一平坦表面和第二平坦表面的状态下，通过将一个以上的芯轴(203)压配合到中空的轴部件内而在第一平坦表面上形成第一齿条且在第二齿条表面上形成第二齿条。

Description

齿条杆的制造方法
技术领域
本发明涉及一种齿条杆的制造方法，该齿条杆待用于车辆的齿轮齿条转向装置。
背景技术
现有技术的齿条杆为在诸如汽车这样的车辆的转向装置中使用的双小齿轮齿条杆。双小齿轮齿条杆在两个位置处具有齿条，一个齿条设置为与转向轴的转向小齿轮啮合，并且另一个齿条设置为与辅助机构的辅助小齿轮啮合。双小齿轮齿条杆可以由一个实心轴部件制成，或者通过连接中空的第一轴部件与实心的或中空的第二轴部件而制成(见，例如，JP2014-124767A和JP2014-234882A)。
取决于车辆中转向轴和辅助机构之间的位置关系，齿条可以设置在绕齿条杆的轴具有不同的角位置的两个位置处。当由一个实心轴部件制造齿条杆时，齿条可以通过例如NC切割形成于具有不同的角位置的两个位置处。
JP2014-124767A公开了一种齿条杆，其通过连接中空的第一轴部件与实心的第二轴部件而形成。第一轴部件和第二轴部件可以分别具有预先形成的齿条，并且在它们的端面互相对接的状态下同轴地布置，并且第一轴部件与第二轴部件相对于彼此旋转用以摩擦压力焊接。第一轴部件与第二轴部件的相对旋转停止，使得在第一轴部件与第二轴部件的各自的齿条之间设置期望的角位置差。
JP2014-234882A公开了一种通过连接中空的第一轴部件和中空的第二轴部件而形成的齿条杆。第一轴部件和第二轴部件可以分别具有预先形成的齿条，并且在它们具有期望的角位置差的状态下同轴地布置于连结部件的两侧。随后旋转连结部件，使得第一轴部件与连结部件以及第二轴部件与连结部件互相摩擦压力焊接。通过在以固定的方式保持第一轴部件和第二轴部件的同时旋转连结部件，提高了第一轴部件和第二轴部件的各自的齿条之间的角位置差的精度。
使轴部件的至少一部分中空能够减轻获得的齿条杆的重量。然而，利用上述现有技术的齿条杆的制造方法，需要第一轴部件和第二轴部件的连接以及精加工结合的部分的额外步骤，并且还必须保证结合强度。
发明内容
本发明的例示方面提供一种具有提高的生产率的轻量齿条杆的制造方法。
根据本发明的例示方面，提供一种制造具有第一齿条和第二齿条的齿条杆的方法。第一齿条和第二齿条设置为在轴向上互相远离，在所述第一齿条与所述第二齿条之间设置有绕所述齿条杆的轴的角位置差。所述方法包括：在单个中空的轴部件的第一端部的外周上形成在所述轴向上延伸的第一平坦表面；在所述中空的轴部件的第二端部的外周上的相对于所述第一平坦表面具有所述角位置差的位置处形成在所述轴向上延伸的第二平坦表面；在对应于所述第一齿条的齿模具挤压所述第一平坦表面，以使得所述中空的轴部件的在所述第一平坦表面处的材料向所述齿模具塑性变形的状态下，通过穿过在所述中空的轴部件的所述第一端部侧的所述中空的轴部件的第一开口将芯轴压配合到所述中空的轴部件中，形成所述第一齿条；以及在对应于所述第二齿条的相同齿模具或者不同齿模具挤压所述第二平坦表面，以使得所述中空的轴部件的在所述第二平坦表面处的材料向所述相同齿模具或者所述不同齿模具塑性变形的状态下，通过穿过在所述中空的轴部件的所述第二端部侧的所述中空的轴部件的第二开口将相同芯轴或者不同芯轴压配都所述中空的轴部件中，形成所述第二齿条。
附图说明
图1是转向装置的实例的前视图。
图2是图1的转向装置的齿条杆的立体图。
图3是在图2的齿条杆的制造中使用的压力机的实例的前视图。
图4是图3的压力机的另一个前视图，示出轴部件的初步成型。
图5是初步成型的轴部件的立体图。
图6是的压力机的另一个前视图，示出轴部件的初步成型。
图7是初步成型的轴部件的另一个立体图。
图8是压力机的一部分的俯视图。
图9是压力机的一部分的侧视图。
图10是的压力机的一部分的另一个侧视图，示出轴部件的初步成型。
图11是在图2的齿条杆的制造中使用的齿成形机的前视图。
图12是图11的齿成形机的一部分的放大图。
图13是的齿成形机的另一个放大图，示出在轴部件上形成齿的步骤。
图14是的齿成形机的另一个放大图，示出在轴部件上的齿的形成。
图15是的齿成形机的另一个放大图，示出在轴部件上的齿的形成。
图16是的齿成形机的另一个放大图，示出在轴部件上的齿的形成。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施例。图1示出转向装置1的实例。
转向装置1包括齿条壳体2以及齿条杆10，齿条杆10容纳在齿条壳体2的内部以能够在轴向上滑动。
连接杆3经由接头结合至齿条杆10的各个端部，并且根据齿条杆10的运动，车辆的车轮经由连接杆3和连接杆3所结合的转向机构而转向。
转向齿轮箱4设置在齿条壳体2的一个轴端部处。待结合至转向轴的输入轴5上形成的转向小齿轮(未示出)容纳在转向齿轮箱4的内部。辅助齿轮箱6设置于齿条壳体2的另一轴端部。待由辅助机构的电机7驱动的辅助小齿轮(未示出)容纳在辅助齿轮箱6的内部。
在齿条杆10上形成有：第一齿条20，其具有被构造为与转向小齿轮啮合的多个齿条齿；以及第二齿条21，其具有被构造为与辅助小齿轮啮合的多个齿条齿。
响应于方向盘的转向操作，输入轴5的转向小齿轮转动，并且通过第一齿条20而与转向小齿轮啮合的齿条杆10在轴向上移动。然后，根据方向盘的转向力等控制的辅助机构的电机7的驱动力经由与第二齿条21啮合的辅助小齿轮传递至齿条杆10，并且辅助了齿条杆10的根据方向盘的转向操作的运动。
图2示出齿条杆10。
通过使用具有圆形截面的由诸如碳钢(例如，JIS-S45C)这样的金属材料制成的单个中空的轴部件11而形成齿条杆10。在轴部件11的一个轴端部(以下，第一端部)处设置了第一齿条20，其具有被构造为与转向小齿轮啮合的齿条齿，并且在轴部件11的另一轴端部(以下，第二端部)处设置了第二齿条21，其具有被构造为与辅助小齿轮啮合的齿条齿。
第一齿条20和第二齿条21设置为在轴部件11的轴向上互相远离，并且在第一齿条20与第二齿条21之间设置有绕轴部件11的中心轴A的角位置差。不特别限定该第一齿条20与第二齿条21之间的绕中心轴A的角位置差，并且可以在例如，0°至90°的范围内。第一齿条20和第二齿条21的各自的齿条齿的齿廓可以是相同或者互不相同的。在附图中示出的实例中，第一齿条20和第二齿条21均具有恒定传动比(CGR)，其意味着齿条齿距恒定，然而，第一齿条20和第二齿条21两者可以具有意味着齿距在轴向上变化的可变的传动比(VGR)。另外，各个第一齿条20和第二齿条21的齿条齿方向(齿宽方向)都垂直于轴部件11的轴向，然而，该方向可以斜向于轴部件11的轴向。
以下列的方式制造齿条杆10。
首先，具有圆形截面的单个中空的轴部件11的轴端部通过冲压加工被按压和平坦化，并且在轴部件11的轴向上延伸的平坦表面形成于轴部件11的轴端部的外表面。该初步成型施加于轴部件11的第一端部和第二端部两者，并且因此，形成对应于第一齿条20的第一平坦表面和对应于第二齿条21的第二平坦表面。
接着，齿模具挤压平坦表面，并且在齿模具挤压平坦表面的状态下，芯轴压配合到轴部件中。通过将芯轴压配合到轴部件中，在轴部件的平坦表面处的轴部件的材料通过芯轴塑性变形并且进入齿模具。每次将芯轴替换为更大的芯轴而重复芯轴的压配合，使得齿模具的轮廓能够转变并且使齿条齿形成在平坦表面上。对轴部件11的第一端部和第二端部分别进行齿成形以形成第一齿条20和第二齿条21。
图3示出用于轴部件11的初步成型的压力机的实例。
压力机100包括：基部101；冲压模102，该冲压模102具有互相面对的可动模103和固定模104；驱动单元105，该驱动单元105在面对固定模104的方向(以下，上下方向)上移动可动模103；以及一对卡盘106，该一对卡盘106可移除地保持轴部件11。
一对卡盘106布置于同一线上，并且在一对卡盘106所布置的同一线与轴部件11的中心轴A匹配的状态下，轴部件11由一对卡盘106绕中心轴A可旋转地保持。被一对卡盘106保持的轴部件11的一个轴端部放置在固定模104上。
第一初步成型
首先，如图4所示，轴部件11的第一端部放置于固定模104。通过下移可动模103，放置于固定模104的轴部件11的第一端部与可动模103的平坦成型表面103a进行接触，并且轴部件11的第一端部的与成型表面103a接触的部分被按压和平坦化。由此，如图5所示，第一平坦表面F1形成于轴部件11的第一端部的外表面。
第二初步成型
随后，如图6所示，将轴部件11暂时地从一对卡盘106移除，并且将轴部件11的第二端部放置于固定模104。以与第一初步成型步骤相同的方式，轴部件11的第二端部的与可动模103的成型表面103a接触的部分被按压和平坦化。从而，如图7所示，第二平坦表面F2形成于轴部件11的第二端部的外表面。
第二平坦表面F2形成于相对于第一平坦表面F1绕轴部件11的中心轴A的旋转角度θ的位置处。该旋转角度θ等同于齿条杆10的第一齿条20与第二齿条21之间设定的角位置差，并且通过使用夹具而获得。
图8和图9例示压力机100的一部分。
压力机100进一步包括夹具，用于设定第一平坦表面F1与第二平坦表面F2之间的角位置差θ。夹具包括第一夹具107和第二夹具108。
第一夹具107安装于基部101上的预定位置，并且同样安装于相同基部101上的冲压模102与第一夹具107之间的位置关系是固定的。然后，在第二初步成型步骤中，在轴部件11的第二端部放置于冲压模102的固定模104的状态下，第一夹具107布置于轴部件11的第一端部的侧面。该第一夹具107具有布置为与可动模103的成型表面103a垂直的基准面107a。
第二夹具108被构造为与第一夹具107分离，并且包括接触表面108a和定位表面108b，第一夹具107的基准面107a与接触表面108a接触，轴部件11的第一平坦表面F1与定位表面108b进行接触。接触表面108a和定位表面108b之间的角度设定为90°+θ。
图10示出如何使用第一夹具107和第二夹具108设定第二平坦表面F2相对于第一平坦表面F1的角位置。
在第二初步成型步骤中，在轴部件11的第二端部放置于固定模104并且轴部件11由一对卡盘106保持的状态下，第二夹具108的接触表面108a与布置于轴部件11的第一端部的侧面的第一夹具107的基准面107a进行接触。在接触表面108a与基准面107a接触的状态下，第二夹具108布置于轴部件11上方，并且第二夹具108的定位表面108b相对于可动模103的成型表面103a倾斜角度θ，并且布置为面对轴部件11。
然后，第二夹具108沿着第一夹具107的基准面107a向轴部件11移动，轴部件11绕中心轴A旋转，并且第二夹具108的定位表面108b和轴部件11的第一平坦表面F1互相平行地进行互相接触。第二夹具108的定位表面108b布置为相对于可动模103的成型表面103a倾斜角度θ，并且定位表面108b所接触的轴部件11的第一平坦表面F1也布置为相对于成型表面103a倾斜角度θ。
在轴部件11的第一平坦表面F1布置为相对于可动模103的成型表面103a倾斜角度θ的状态下，例如，通过锁定一对卡盘106，阻碍轴部件11的转动，并定位轴部件11。然后，进行上述第二初步成型步骤以定位轴部件11，并且因此，第二平坦表面F2形成于轴部件11的第二端部的外表面。
形成于轴部件11的第二端部的第二平坦表面F2变得平行于可动模103的成型表面103a，并且另一方面，形成于轴部件11的第一端部的第一平坦表面F1布置为相对于成型表面103a倾斜角度θ，因此，在第一平坦表面F1与第二平坦表面F2之间设定角位置差θ。
由此，使用具有布置为相对于冲压模102的成型表面103a倾斜角度θ的定位表面108b的夹具，通过在上述第二初步成型步骤中使夹具的定位表面108b与第一平坦表面F1接触而定位轴部件11，例如，与通过编码器检测一对卡盘106的旋转角并且随后定位轴部件11的情况相比，能够容易地且高精度地设定第一平坦表面F1与第二平坦表面F2之间的角位置差θ。
此外，由于夹具分为固定至轴部件11的侧面位置的第一夹具107和被构造为与第一夹具107分离的第二夹具108，并且定位表面108b设置于第二夹具108，所以当在上述第一初步成型步骤和第二初步成型步骤中将轴部件11配合到一对卡盘106时，通过退回第二夹具108，轴部件11能够容易地配合至一对卡盘106，并且当在上述第二初步成型步骤中定位轴部件11时，通过使第二夹具108与固定的第一夹具107接触，能够容易地且高精度地重制定位表面108b相对于成型表面103a的倾斜角θ。
接着，描述在轴部件11的齿成形。
图11和图12例示了用于在轴部件11形成齿的齿成形机的实例。
齿成形机200包括：基部201；模具202；待插入轴部件11中的多个芯轴203；保持多个芯轴203的芯轴保持器204；推动芯轴203的第一推杆205a和第二推杆205b；以及驱动第一推杆205a的第一驱动单元206a和驱动第二推杆205b的第二驱动单元206b。芯轴保持器204、第一推杆205a以及第一驱动单元206a布置于第二推杆205b和第二驱动单元206b的跨过模具202的相反侧。
模具202包括上模207和下模208。上模207通过图中未示出的合模机构而在上下方向上移动，并且轴部件11被上模207和下模208夹置。齿模具209可移除地配合到上模207，并且齿模具209具有形成为与待形成在轴部件11上的齿条齿对应的齿形状的成型表面。
芯轴保持器204具有贯穿芯轴保持器204的与由模具202保持的轴部件11的轴向平行的多个保持腔210，并且芯轴203容纳在各个保持腔210中。由芯轴保持器204保持的多个芯轴203具有互不相同的大小(外径)。芯轴保持器204被图中未示出保持器驱动单元旋转驱动。每次芯轴保持器204被旋转驱动，多个保持腔210中的一个保持腔都布置在由模具202保持的轴部件11的中心轴A上。
第一推杆205a与模具202夹置芯轴保持器204，并且第一推杆205a布置于通过模具202保持的轴部件11的中心轴A。当第一推杆205a受第一驱动单元206a驱动时，第一推杆205a和芯轴保持器204的多个保持腔210之中的布置于轴部件11的中心轴A上的一个保持腔210中所容纳的芯轴203通过轴部件11的轴向上的一侧的末端开口插入到轴部件11内。
在第一推杆205a的跨过模具202的相反侧，第二推杆205b布置于通过模具202保持的轴部件11的中心轴A上。当第二推杆205b被第二驱动单元206b驱动时，第二推杆205b通过轴部件11的轴向上的另一侧的末端开口插入轴部件11中。
在下文的描述中，将轴部件11的形成有第一平坦表面F1的第一端部侧的末端开口称为第一端开口11A，并且将轴部件11的形成有第二平坦表面F2的第二端部侧上的末端开口称为第二端开口11B。
图13至图16例示使用齿成形机200的齿成形的步骤。
第一齿成形
首先，如图13所示，轴部件11设定在模具202中，使得轴部件11的第一端开口11A朝向芯轴保持器204定向，并且第一平坦表面F1布置为面对装接至上模207的齿模具209的成型表面，并且轴部件11由模具202的上模207和下模208夹置。
然后，第一推杆205a由第一驱动单元206a驱动，并且容纳在芯轴保持器204中的多个芯轴203中的一个芯轴203通过轴部件11的第一端开口11A压配合到轴部件11中。芯轴203被压配合在第一平坦表面F1的全长上。
随后，如图14所示，第二推杆205b受到第二驱动单元206b驱动，并且通过轴部件11的第二端开口11B插入到轴部件11中。压配合到轴部件11中的芯轴203由第二推杆205b推回，通过轴部件11的第一端开口11A从轴部件11取出，并且再次容纳在芯轴保持器204的保持腔210中。这样，在芯轴203在第一平坦表面F1的全长上往复运动的过程中，挤压齿模具209的成型表面的轴部件11的第一平坦表面F1的材料通过芯轴203朝向模具209塑性变形。
每次从容纳在芯轴保持器204中的多个芯轴203中选择更大的一个芯轴203替换压配到轴部件11中的芯轴203，并且通过重复芯轴203在第一平坦表面F1的全长上的往复运动，轴部件11的第一平坦表面F1处的轴部件11的材料朝向齿模具209塑性变形并且逐渐进入齿模具209的成型表面，并且形成于成型表面的齿廓转变为形成第一齿条20的齿条齿。
第二齿成形
接着，将模具202打开一次，并且如图15所示，轴部件11放置在模具202中，使得轴部件11的第二端开口11B朝向芯轴保持器204定向，并且第二平坦表面F2布置为面对装接至上模207的齿模具209的成型表面，并且轴部件11由模具202的上模207和下模208夹置。
然后，第一推杆205a由第一驱动单元206a驱动，并且容纳在芯轴保持器204中的多个芯轴203中的一个芯轴203通过轴部件11的第二端开口11B压配合到轴部件11中。芯轴203插过第二平坦表面F2的全长。
随后，如图16所示，第二推杆205b受到第二驱动单元206b驱动，并且通过轴部件11的第一端开口11A插入到轴部件11中。压配合到轴部件11中的芯轴203由第二推杆205b推回，通过轴部件11的第二端开口11B从轴部件11取出，并且再次容纳在芯轴保持器204的保持腔210中。这样，在芯轴203在第二平坦表面F2的全长上往复运动的过程中，在轴部件11的第二平坦表面F2处的挤压齿模具209的成型表面的轴部件11的材料通过芯轴203朝向齿模具209塑性变形。
每次从容纳在芯轴保持器204中的多个芯轴203中选择的更大的一个芯轴203替换压配到轴部件11中的芯轴203，并且通过重复芯轴203在第二平坦表面F2的全长上的往复运动，轴部件11的第二平坦表面F2的材料朝向齿模具209塑性变形并且逐渐进入齿模具209的成型表面，并且形成于成型表面的齿廓转变为形成第二齿条21的齿条齿。
在第一齿形成步骤中，使用多个芯轴203和与第一齿条20的齿条齿的齿轮廓对应的齿模具209。在第二齿形成步骤中，使用多个芯轴203和与第二齿条21的齿条齿的齿形对应的齿模具209。第一齿形成步骤和第二齿形成步骤一个接一个地进行。即，可以先进行第一齿形成步骤，或者可以先进行第二齿形成步骤。
根据上述齿条杆10的制造方法，高精度地设定通过第一初步成型步骤形成的第一平坦表面F1与通过第二初步成型步骤形成的第二平坦表面F2之间的角位置差θ。由此，通过第一齿形成步骤形成于第一平坦表面F1的第一齿条20与通过第二齿形成步骤形成于第二平坦表面F2的第二齿条21之间的角位置差也是高精度的。
由于在第一齿条20与第二齿条21之间具有高精度的角位置差的齿条杆10能够由单个中空的轴部件11形成，所以其相比于由完全实心的轴部件形成的齿条杆或者由部分中空的轴部件形成的齿条杆的重量更轻。此外，相比于通过连接分别具有单独形成的齿条齿的两个轴部件而形成的齿条杆，生产率能够提高。
本申请基于2017年3月16日提交的日本专利申请No.2017-051737，该专利的全文作为参考并入本申请。

Claims (3)

1.一种齿条杆的制造方法，该齿条杆具有设置为在轴向上互相远离的第一齿条和第二齿条，在所述第一齿条与所述第二齿条之间设置有绕所述齿条杆的轴的角位置差，所述方法包括：
在单个中空的轴部件的第一端部的外周上形成在所述轴向上延伸的第一平坦表面；
在所述中空的轴部件的第二端部的外周上的相对于所述第一平坦表面具有所述角位置差的位置处形成在所述轴向上延伸的第二平坦表面；
在对应于所述第一齿条的齿模具挤压所述第一平坦表面，以使得所述中空的轴部件的在所述第一平坦表面处的材料朝向所述齿模具塑性变形的状态下，通过穿过在所述中空的轴部件的所述第一端部侧的所述中空的轴部件的第一开口将芯轴压配合到所述中空的轴部件中，形成所述第一齿条；以及
在对应于所述第二齿条的相同齿模具或者不同齿模具挤压所述第二平坦表面，以使得所述中空的轴部件的在所述第二平坦表面处的材料向所述相同齿模具或者所述不同齿模具塑性变形的状态下，通过穿过在所述中空的轴部件的所述第二端部侧的所述中空的轴部件的第二开口将相同芯轴或者不同芯轴压配合到所述中空的轴部件中，形成所述第二齿条。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二平坦表面的形成包括通过冲压模的平坦成型表面而使所述中空的轴部件的第二端部平坦化，
其中，所述第二端部的平坦化包括将所述中空的轴部件保持为夹具的定位表面与所述第一平坦表面进行接触的状态，所述定位表面被布置为以与所述角位置差相等的预定角度相对于所述冲压模的平坦成型表面倾斜。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述夹具包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具具有布置为与所述冲压模的平坦成型表面垂直的基准面，并且所述第二夹具具有定位表面和布置为与所述基准面接触的接触表面，其中，通过使所述第二夹具的接触表面与所述第一夹具的基准面接触，将所述第二夹具的定位表面布置为相对于所述冲压模的平坦成型表面倾斜预定角度。
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