CN111201096B - 齿条杆制造方法和齿条杆 - Google Patents

Abstract

通过在齿成形模具压靠轴部件的齿基部的外表面的情况下将多个芯轴依次插入到中空的轴部件中，使得芯轴在高度方向上的尺寸逐级增大并且使得芯轴的按压部在宽度方向上的尺寸逐级减小，制造齿条杆(14)。制造的齿条杆(14)具有第一加工表面(15)和第二加工表面(16)，两者以凹入的方式形成于齿基部的内表面并且在轴向上延伸。第二加工表面形成于第一加工表面在齿宽方向上的中央部处。

Description

齿条杆制造方法和齿条杆

技术领域

本发明涉及一种齿条杆制造方法和齿条杆。

背景技术

用于齿轮齿条型转向装置的齿条杆的实例包括：具有实心轴部件的齿条杆，在该实心轴部件上通过切割而形成齿；和中空齿条杆，该中空齿条杆具有中空的轴部件以减轻重量。

可以通过以下方式制造中空齿条杆。首先，通过局部压扁轴部件，使平坦的齿基部形成于中空的轴部件。然后，将齿成形模具按压至齿基部的外表面上。进一步地，在齿成形模具按压至齿基部上的状态下，将芯轴插入到轴部件中。当芯轴插入到轴部件中时，轴部件的齿基部的材料通过芯轴而被塑性加工并且进入齿成形模具的槽内。进一步地，通过逐级增大芯轴的大小而重复芯轴的插入，使得齿成形模具的齿形被转印到轴部件的齿基部以形成多个齿。

根据该中空齿条杆制造方法而形成的齿的齿宽与芯轴的插入次数相关。一般地，齿宽随着插入次数增加而变得更宽。然而，随着插入次数增加，齿成形模具的寿命缩短，并且制造成本增加。根据现有技术的中空齿条杆的制造方法，超声振动施加于齿成形模具以实现芯轴的插入次数的减少和齿宽的扩大(见，例如，JP2013-006189A)。

然而，该现有技术的中空齿条杆制造方法要求用于施加超声振动的装置。

发明内容

本发明的例示方面提供一种齿条杆和制造方法，其在减少芯轴插入次数的情况下容易地增大齿宽。

根据本发明的例示方面，提供齿条杆的制造方法。所述方法包括：将齿成形模具压靠中空的轴部件的齿基部的外表面，所述齿基部是平坦的且在所述轴部件的轴向上延伸；以及通过使齿基部的材料朝着齿成形模具塑性流动而在齿基部上形成齿。齿的形成包括在齿成形模具压靠齿基部的外表面的情况下将多个芯轴依次插入轴部件中。各个芯轴均具有按压部，该按压部被构造为在插入到所述轴部件时接触齿基部的内表面。所述多个芯轴包括第一芯轴和待在第一芯轴插入所述轴部件之后插入到所述轴部件中的第二芯轴。在与齿基部垂直的高度方向上，所述第二芯轴的尺寸大于所述第一芯轴的尺寸。在与所述轴向和所述高度方向均垂直的宽度方向上，所述第二芯轴的按压部的尺寸比所述第一芯轴的按压部的尺寸小。

根据本发明的另一个例示方面，齿条杆具有中空的轴部件。中空的轴部件包括：齿基部，该齿基部在轴部件的轴向上延伸；齿，该齿形成于齿基部的外表面；以及第一加工表面和第二加工表面，两者以凹入的方式形成于所述齿基部的内表面并且在所述轴向上延伸，第二加工表面形成于第一加工表面的在齿宽方向上的中央部处。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的齿条杆的实例的平面图。

图2是图1的齿条杆的纵向截面图。

图3A是示出图1的齿条杆的制造方法的一个步骤的示图。

图3B是示出所述方法的另一个步骤的示图。

图3C是示出所述方法的另一个步骤的示图。

图4是用于所述方法的芯轴的侧视图。

图5是图4的芯轴的前视图。

图6是沿图1的线VI-VI截取的截面图。

图7是参考例的齿条杆的截面图。

图8是图1的齿条杆的变形例的截面图。

图9是示出评估测试例的齿宽的示图。

图10是示出测试例的齿宽的评价结果的曲线图。

具体实施方式

图1和2例示了根据本发明的实施例的齿条杆的实例。

齿条杆10由诸如钢的金属材料制成。齿条杆10包括：具有轴端11a、11b的筒状中空的轴部件11，轴端11a、11b分别具有开口；和在轴向上延伸的平坦的齿基部12，并且齿13形成在齿基部12外表面上。例如，用于与接头连接的内螺纹在两侧上形成在端部11a、11b的内周部中，转向装置的横拉杆连接至所述接头中。

在该实例中，齿13的齿宽方向垂直于轴部件11的轴向，并且齿13的节距恒定。然而，齿13的齿宽方向可以相对于轴部件11的轴向倾斜。例如，齿13的节距可以在齿基部12的中央部变得相对窄并且在齿基部12的两端部变得相对宽。

图3A至3C例示了齿条杆10的制造方法。

首先，如图3A所示，筒状中空的轴部件11通过按压加工被向内局部挤压，并且预先形成在轴部件11的轴向上延伸的平坦的齿基部12。

接着，如图3B所示，轴部件11被模具20的上模21和下模22保持，并且装接至上模21处的齿成形模具23压靠轴部件11的齿基部12的外表面。此外，容纳在芯轴保持器24中的多个芯轴25中的一个芯轴25被第一推杆26推动而插入到轴部件11中。随后，如图3C所示，插入到轴部件11中的芯轴25被第二推杆27推回以从轴部件11排出并且恢复容纳于芯轴保持器24中。

在芯轴25沿着齿基部12的全长推入和推回的过程期间，齿基部12的材料通过芯轴25塑性变形并朝着压靠齿基部12的齿成形模具23塑性流动。选自容纳于芯轴保持器24中的多个芯轴25以插入轴部件11内的芯轴的在与齿基部12垂直的高度方向的尺寸逐渐增大，与此同时重复芯轴25相对于轴部件11的插入。由此，齿基部12的材料逐渐进入齿成形模具23的成型表面，并且齿成形模具23的成型表面的齿形被转印，使得齿13形成于齿基部12。

图4和5例示芯轴25的一个示例。

芯轴25是由金属材料制成的棒状部件，并且以芯轴25的中心轴大致平行于轴部件11的中心轴的状态将芯轴25插入到轴部件11中。芯轴25包括按压部30和支撑部31。当芯轴25插入到轴部件11中时，按压部30接触齿基部12的内表面。支撑部31在与芯轴25的中心轴垂直的截面中形成为弧状，并且支撑部31的曲率半径r与轴部件11的内半径(内径D的一半)几乎相同。当芯轴25插入到轴部件11中时，支撑部31接触齿基部12的相反侧上的弧状背表面14(见图2)，轴部件11的中心轴夹置在齿基部12与弧状背表面14之间。

按压部30是基本平坦的，但是具有设置于按压部30的表面的多个突起32a、32b、32c。突起32a、32b、32c可以形成为具有距离表面相同的高度h。或者，在齿形成步骤中将芯轴25插入到轴部件11中时布置于插入方向上的后侧的突起32c可以形成为比布置于插入方向上的前侧的突起32a高，或者中央的突起32b可以形成为比两侧的突起32a、32c高。芯轴25的在高度方向上的尺寸H定义为从截面中支撑部31的弧的中点到突起32a、32b、32c中的最高一个突起的顶部的距离。

关于与芯轴25的轴向和高度方向垂直的宽度方向，突起32a、32b、32c的尺寸W基本相同。下文，将突起32a、32b、32c的尺寸W描述为按压部30的宽度。齿形成步骤中待插入轴部件11中的多个芯轴25具有两个以上不同宽度W的按压部30。芯轴25依次插入到轴部件11中，使得芯轴25的高度H逐级增大，并且使得按压部30的宽度W逐级减小。

所有芯轴25被构造为使得无论芯轴25的高度H和按压部30的宽度W，按压部30的在按压部30宽度方向上的两侧处的角部30a、30b都位于圆C1内，该圆C1以支撑部31的曲率中心O作为圆C1的中心且支撑部31的曲率半径r作为圆C1的半径。

图6示出齿条杆10的截面的一个示例。

在图6中，使用了按压部30的宽度W为W1的一个以上芯轴25A和按压部30的宽度W为W2的一个以上芯轴25B(W1>W2)。图6是如下的实例：其中，在齿形成步骤中，相对于轴部件11首先插入芯轴25A，并且随后插入芯轴25B。齿基部12的内表面形成有在轴部件11的轴向上延伸的第一加工表面15和第二加工表面16。

第一加工表面15是通过首先插入的芯轴25A的相对宽的按压部30形成的凹入加工表面。第二加工表面16是通过随后插入的芯轴25B的相对窄的按压部30形成的凹入加工表面。第二加工表面16形成于第一加工表面15相对于齿宽方向的中央部。沿着随后插入的芯轴25B的两侧的侧表面并且朝着轴部件11内部突出的小突起17形成于在第二加工表面16的齿宽方向上两侧上残留的第一加工表面15与第二加工表面16之间的边界处。

在待插入到轴部件11中的芯轴25均被构造为其中按压部30的宽度W为W1的芯轴25A的情况下，如图7所示，按压部30的在按压部30宽度方向上的两侧处的角部可能与轴部件11的端部11a的内周部干涉。换言之，第一加工表面15的齿宽方向上的两侧处的角部15a、15b可能延伸至轴部件11的内径圆(inner diameter circle)C2的外部。在此情况下，轴部件11的端部11a的内周部可能损坏并且可能阻碍例如用于连接接头的内螺纹的形成。

鉴于此，通过使芯轴25的按压部30的宽度W按插入轴部件11中的顺序而逐级变小，能够避免按压部30的在按压部30相对于按压部30宽度方向上的两侧处的角部与轴部件11的端部11a的内周部之间的干涉。换言之，第一加工表面15和第二加工表面16位于轴部件11的内径圆C2内部。此外，齿基部12的材料通过最先插入的芯轴25A的相对宽的按压部30而在宽的范围上被塑性加工，以容易地扩大齿13的齿宽并且减少获得期望的齿宽所需的芯轴25的插入次数。此外，能够延长齿成形模具23的寿命。

可以使用其中按压部30的宽度W为三个以上的不同类型的多个芯轴25。例如，除了芯轴25A和芯轴25B，可以另外使用其中按压部30的宽度W为W3(W1>W2>W3)的一个以上芯轴25C。在插入芯轴25B之后将芯轴25C插入轴部件11中的情况下，如图8所示，第三加工表面18形成为在第二加工表面16相对于齿宽方向的中央部处凹入。

下文，描述测试例。

在第一测试例中，齿条杆10被制造为使得在齿形成步骤中，将十九个芯轴25插入到具有38mm外径和26.5mm内径的轴部件11中。其中按压部30的宽度W为20.35mm的芯轴用作全部十九个芯轴25。此外，按插入到轴部件11中的顺序，编号1的芯轴25的高度H为19.04mm，编号19的芯轴25的高度H为22.70mm，并且高度以0.4mm至0.05mm的间隔增大。

类似于第一测试例，在第二测试例中，齿条杆10被制造为使得在齿形成步骤中，将十七个芯轴25插入到轴部件11中。按插入到轴部件11中的顺序，其中按压部30的宽度W为22.3mm的芯轴用作编号1至13的芯轴25，并且按压部30的宽度W为20.35mm的芯轴用作编号14至17的芯轴25。编号1的第一个芯轴25的高度H为19.04mm，编号17的芯轴25的高度H为22.60mm，并且高度以0.4mm至0.05mm的间隔增大。

通过销接触长度而分别评估第一测试例的齿条杆10和第二测试例的齿条杆10的齿13的齿宽。作为评价目标的齿13在齿基部12的轴向上的一端侧上为六个齿(齿编号1至6)，在齿基部12的轴中央部为两个齿(齿编号11和12)，并且在齿基部12轴向的另一端侧上为六个齿(齿编号17至22)。此外，如图9所示，销接触长度指在将具有4.5mm的直径的销规40插入相邻的两个齿13之间时，齿13与销规40之间的接触部的长度L。在利用销接触长度的评估中，在齿13中评估比齿末稍更靠近与齿轮接合的部分这样的部分的齿宽。评估能够被考虑为适应于实际情形的评估。

图10示出第一测试例和第二测试例的齿宽的评估结果。

如图10所示，齿形成步骤的初始阶段插入的芯轴25的按压部30的宽度W比齿形成步骤的随后阶段中插入的芯轴25的按压部30的宽度W更宽。关于评估的所有齿13，插入十七个芯轴25的第二测试例的齿条杆10的齿宽比插入具有相同宽度W的按压部30的十九个芯轴25的第一测试例的齿条杆10的齿宽更宽。

根据上述结果，通过顺次插入具有两个以上不同宽度W的按压部30的多个芯轴25，该芯轴25的按压部30的宽度W按插入轴部件11的顺序而逐级减小，换言之，通过使齿形成步骤的初始阶段中插入的芯轴的按压部30的宽度W比齿形成步骤的随后阶段中插入的芯轴的按压部30的宽度W更宽，齿13的宽度能够容易地变大并且获得期望齿宽所需的芯轴25的插入次数减少。

本申请基于2017年10月10日提交的日本专利申请No.2017-196921，该专利的全文作为参考并入本申请。

Claims (2)

1.一种齿条杆的制造方法，所述方法包括：

将齿成形模具压靠中空的轴部件的齿基部的外表面，所述齿基部是平坦的且在所述轴部件的轴向上延伸；以及

通过使所述齿基部的材料朝着所述齿成形模具塑性流动而在所述齿基部上形成齿，

其中，所述齿的所述形成包括，在使所述齿成形模具压靠所述齿基部的所述外表面的情况下，将多个芯轴依次插入所述轴部件中，

其中，每个所述芯轴均具有按压部，该按压部被构造为在插入到所述轴部件内时接触所述齿基部的内表面，

其中，所述多个芯轴包括第一芯轴和在所述第一芯轴插入所述轴部件之后插入到所述轴部件中的第二芯轴，

其中，在与所述齿基部垂直的高度方向上，所述第二芯轴的尺寸大于所述第一芯轴的尺寸，并且

其中，在与所述轴向和所述高度方向均垂直的宽度方向上，所述第二芯轴的按压部的尺寸比所述第一芯轴的按压部的尺寸小。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个所述芯轴均具有支撑部，该支撑部具有与所述轴部件的内半径相同的曲率半径，并且

其中，所述按压部的在所述按压部的宽度方向上的两侧处的角部位于一圆的内部，所述圆以所述支撑部的曲率中心作为所述圆的中心并且以所述支撑部的曲率半径作为所述圆的半径。

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