DE112008001105B4

DE112008001105B4 - Kugelumlaufspindel und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112008001105B4
Application number: DE112008001105.2T
Authority: DE
Inventors: Koji Tateishi; Hirakazu Yoshida
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: US20160169356A1; JP2008275095A; US9289828B2; US20100043582A1; WO2008139702A1; DE112008001105T5

Abstract

Kugelumlaufspindel, aufweisend:
- eine Mutter (1), die an ihrem Innenumfang (1a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (2) ausgebildet ist;
- eine Spindelwelle (3), die an ihrem Außenumfang (3a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (4) ausgebildet ist und in die Mutter (1) eingeführt ist; und
- eine Anzahl von Kugeln (7), die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute (2) bzw. (4) der Mutter (1) bzw. der Spindelwelle (3) ausgebildet ist, rollbar enthalten sind,
wobei die Mutter (1) aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist, und dass die Kugelrollnut (2) ohne jegliche Nachbearbeitung durch Schneiden ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen oberflächengehärtet ist,
dadurch gekennzeichnet, das s
die Spindelwelle (3) aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist und die Kugelrollnut (4) durch Walzen ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen ohne jede Nachbearbeitung oberflächengehärtet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindel, die mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist, in der eine große Anzahl von Kugeln rollen, zur Benutzung für eine Servolenkungsvorrichtung, ein elektrisches Stellglied usw., und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die Kugelumlaufspindel ist ein mechanisches Element, das eine Kugelumlaufspindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist, eine Kugelumlaufspindelmutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist, und eine Anzahl von Kugeln umfasst, welche innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute ausgebildet ist, rollbar enthalten sind, und dazu geeignet ist, eine Drehbewegung einer Kugelumlaufspindelwelle oder einer Kugelumlaufspindelmutter in eine axiale Translationsbewegung der Kugelumlaufspindelmutter oder der Kugelumlaufspindelwelle umzuwandeln.
Gewöhnlich ist die Kugelrollnut der Kugelumlaufspindelmutter an ihrem Innenumfang durch Schneiden und Schleifen ausgebildet. Das heißt, zunächst wird eine vorbereitete Bohrung in einem Rohling durch Bohren ausgebildet und die wendelförmige Kugelrollnut am Umfang der vorbereiteten Bohrung durch Schneiden unter Benutzung eines Drehmeißels ausgebildet. Dann wird nach dem Durchführen einer Wärmebehandlung, wie etwa Aufkohlen, ein Außenumfang des Rohlings mit einer Rundschleifmaschine geschliffen, und schließlich wird die Oberfläche der Kugelrollnut, die durch Schneiden ausgebildet ist, unter Benutzung eines Schleifsteins geschliffen.
In letzter Zeit wurden für eine Kugelumlaufspindel zum Gebrauch in Stellgliedern von Kraftfahrzeugen verschiedene Arten von Kugelumlaufspindeln vorgeschlagen, um den Forderungen nach einer Preissenkung für Kugelumlaufspindeln zu genügen. Wie in 7 gezeigt, wurde ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Kugelumlaufspindelmutter vorgeschlagen, umfassend einen Schritt des Bohrens eines vorgegebenen Innenumfangs (Bohrung) in der Mitte eines Rohlings (Schritt P1), einen Schritt des Fertigbearbeitens von Außen- und Innenumfängen des Rohlings unter Benutzung eines Drehmeißels (Schritt P2), einen Schritt des Einführens eines Gewindeschneidewerkzeugs in den Innenumfang und Schneidens der Kugelrollnut darin (Schritt P3), einen Schritt des Wärmebehandelns (Aufkohlens) der Kugelrollnut zum Ausbilden einer vorgegebenen gehärteten Schicht (Schritt P4) und einen Schritt des Kugelstrahlens unter Benutzung von Stahlkugeln nach der Wärmebehandlung (Schritt P5).
Der Einsatz dieses Herstellungsverfahrens des Stands der Technik macht es unnötig, das Schleifen der Kugelrollnut unter Benutzung einer herkömmlichen Schleifscheibe durchzuführen, und ermöglicht dadurch, die Herstellungskosten zu senken. Zudem ermöglicht er außerdem, die Erzeugung abnormaler Schichten, wie etwa einer Korngrenzenoxidationschicht, auf der Oberfläche der Kugelrollnut durch Nutzung des Kugelstrahlvorgangs auszuschließen und Oberflächenmerkmale, wie etwa Oberflächenhärte und restliche Druckbeanspruchung usw., zu verbessern, wodurch Einwirkungen auf die Lebensdauer einer Kugelumlaufspindel genommen sind.
Patentschrift 1: Japanische Patentauslegeschrift Nr. 90570/2005 .
Aus einem weiteren Dokument, der US 2005/0 172 487 A1 , ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Kugelrollnut der Mutter nach dem Schneiden durch Aufkohlen (ohne Vakuum) und anschließendem Elektropolieren oberflächenbehandelt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Es besteht jedoch das Problem, dass ein Bereich in der Kugelrollnut erzeugt wäre, der nicht direkt durch Medien wie etwa Stahlkugeln getroffen würde, die bei dem Kugelstrahlvorgang bei dessen Durchführung benutzt werden, wie in 8 schematisch gezeigt. Es ist daher notwendig, Medien wieder unter Umkehrung der Auswurfrichtung auszuwerfen. Dieser zusätzliche Auswurfvorgang erhöht nicht nur die Herstellungskosten, sondern bewirkt außerdem Unterschiede in den Oberflächenmerkmalen zwischen Bereichen, die zweimal bzw. einmal von Medien getroffen werden, und dadurch eine Minderung der Genauigkeit der Kugelrollnut.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelumlaufspindel und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen, das die Erzeugung einer Korngrenzenoxidationsschicht reduzieren kann und eine verbesserte Beständigkeit aufweist.
MITTEL ZUR PROBLEMLÖSUNG
Zum Lösen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 eine Kugelumlaufspindel bereitgestellt, aufweisend eine Mutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist; eine Spindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist und in die Mutter eingeführt ist; und eine Anzahl von Kugeln, die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute der Mutter bzw. der Spindelwelle ausgebildet ist, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist, und dass die Kugelrollnut ohne jegliche Nachbearbeitung durch Schneiden ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen oberflächengehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist und die Kugelrollnut durch Walzen ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen ohne jede Nachbearbeitung oberflächengehärtet ist.
Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ist es, da die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist und die Kugelrollnut ohne jegliche Nachbearbeitung durch Schneiden ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen oberflächengehärtet ist, möglich, einen Oberflächenzustand mit weiß-silberner Farbe nach der Härtungsbehandlung ähnlich wie vor der Härtungsbehandlung beizubehalten und Oxidationskomponenten abzusondern. Dadurch ist keine abnormale Oberflächenstruktur und erweichte Schicht unter Unterdrückung der Erzeugung der Korngrenzenschicht im Vergleich zu gebräuchlichem Gasaufkohlen erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, eine Kugelumlaufspindel bereitzustellen, deren Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit verbessert ist und die eine ausgezeichnete Beständigkeit aufweist.
Es ist in Anspruch 1 definiert, dass die Spindelwelle aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist, und dass die Kugelrollnut durch Walzen ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen ohne jede Nachbearbeitung oberflächengehärtet ist. Dies macht es möglich, eine Kugelumlaufspindel bereitzustellen, deren Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit verbessert ist und die eine ausgezeichnete Beständigkeit aufweist.
Gemäß Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel, aufweisend eine Mutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird; eine Spindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird und in die Mutter eingeführt wird; und eine Anzahl von Kugeln, die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute der Mutter bzw. der Spindelwelle ausgebildet wird, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt wird, und dass die Kugelrollnut durch Schritte des Schneidens unter Benutzung eines universellen Drehmeißels und des Vakuumaufkohlens ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtgestaltung der Kugelrollnut unter Benutzung eines universellen Drehmeißels mit einer Schneidkante, deren Spitzenradius kleiner als ein Krümmungsradius der Kugelrollnut ist, durch Bewegen des universellen Drehmeißels mehrmals um eine wirksame Länge der Kugelrollnut und durch anschließendes jeweiliges Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels entlang einer Kreisbogenrichtung einer Querschnittgestaltung der Kugelrollnut ausgebildet wird.
Der Einsatz des Verfahrens der vorliegenden Erfindung macht es möglich, die Erzeugung einer abnormalen Oberflächenstruktur, wie etwa Korngrenzenoxidationsschicht und erweichte Schicht, im Vergleich zu gebräuchlichem Gasaufkohlen zu unterdrücken und dadurch die Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Zudem ermöglicht das Kugelstrahlen, das nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, Vorgänge zum Verbessern der Rauheit und Ausüben restlicher Druckbeanspruchung auszuschließen und dadurch stabile Qualität zu erhalten und Gesamtkosten herabzusetzen.
Es ist in Anspruch 2 definiert, dass eine Gesamtgestaltung der Kugelrollnut unter Benutzung eines universellen Drehmeißels mit einer Schneidkante, deren Spitzenradius kleiner als ein Krümmungsradius der Kugelrollnut ist, durch Bewegen des universellen Drehmeißels mehrmals um eine wirksame Länge der Kugelrollnut und durch anschließendes jeweiliges Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels entlang einer Kreisbogenrichtung einer Querschnittgestaltung der Kugelrollnut ausgebildet wird. Dies macht es möglich, eine gewünschte Dimension und Genauigkeit und eine gute Rauheit zu gewährleisten und einen Schleif- oder Schneidvorgang nach der Wärmebehandlung auszuschließen und dadurch die Herstellungskosten zu senken.
Es ist außerdem bevorzugt, wie in Anspruch 3 definiert, dass die Kugelrollnut durch Abstrahlen oder eine Tumblerbehandlung nach dem Vakuumaufkohlen bearbeitet wird. Dies macht es möglich, Grate, die durch einen Schneidvorgang in der Kugelrollnut erzeugt sind, wirksam zu beseitigen.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung ist es, da sie eine Mutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist; eine Spindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet ist und in die Mutter eingeführt ist; und eine Anzahl von Kugeln umfasst, die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute der Mutter bzw. der Spindelwelle ausgebildet ist, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist, und dass die Kugelrollnut ohne jegliche Nachbearbeitung durch Schneiden ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen oberflächengehärtet ist, möglich, einen Oberflächenzustand mit weiß-silberner Farbe nach der Härtungsbehandlung ähnlich wie vor der Härtungsbehandlung beizubehalten und Oxidationskomponenten abzusondern. Dadurch ist keine abnormale Oberflächenstruktur und erweichte Schicht unter Unterdrückung der Erzeugung der Korngrenzenschicht im Vergleich zu gebräuchlichem Gasaufkohlen erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, eine Kugelumlaufspindel bereitzustellen, deren Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit verbessert ist und die eine ausgezeichnete Beständigkeit aufweist.
Außerdem ist es gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung, da es eine Mutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird; eine Spindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird und in die Mutter eingeführt wird; und eine Anzahl von Kugeln umfasst, die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute der Mutter bzw. der Spindelwelle ausgebildet ist, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt wird, und dass die Kugelrollnut durch Schritte des Schneidens unter Benutzung eines universellen Drehmeißels und des Vakuumaufkohlens ausgebildet wird, möglich, die Erzeugung einer abnormalen Oberflächenstruktur, wie etwa Korngrenzenoxidationsschicht und erweichte Schicht, im Vergleich zu gebräuchlichem Gasaufkohlen zu unterdrücken und dadurch die Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Zudem ermöglicht das Kugelstrahlen, das nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, Vorgänge zum Verbessern der Rauheit und Ausüben restlicher Druckbeanspruchung auszuschließen und dadurch stabile Qualität zu erhalten und Gesamtkosten herabzusetzen.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Die beste Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel, umfassend eine Mutter, die an ihrem Innenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird; eine Spindelwelle, die an ihrem Außenumfang mit einer wendelförmigen Kugelrollnut ausgebildet wird und in die Mutter eingeführt wird; und eine Anzahl von Kugeln, die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute der Mutter bzw. der Spindelwelle ausgebildet wird, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt wird, und dass das Verfahren Schritte des Bohrens eines vorgegebenen Innenumfangs in der Mitte eines Rohlings durch Bohren desselben, Fertigbearbeitens von Außen- und Innenumfang des Rohlings unter Benutzung eines Drehmeißels, Punktdrehens der Kugelrollnut unter Benutzung des universellen Drehmeißels, Vakuumaufkohlens des gedrehten Werkstücks und schließlich Abstrahlens der Kugelrollnut umfasst.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform einer Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung.
Die Kugelumlaufspindel umfasst eine Mutter 1, die an ihrem Innenumfang 1a mit einer wendelförmigen Kugelrollnut 2 ausgebildet ist, eine Spindelwelle 3, die an ihrem Außenumfang 3a mit einer wendelförmigen Kugelrollnut 4 ausgebildet ist und in die Mutter 1 eingeführt ist, ein Brückenglied 6, das mit einem Kugelrolldurchgang durch gegenüberliegend angeordnete Spindelnute 2, 4, und einer Verbindungsnut 5 ausgebildet ist, welche Kugelrollnute 2 der Mutter 1 verbindet, und eine Anzahl von Kugeln 7, die rollbar innerhalb eines Kugelrolldurchgangs gehalten sind, welcher durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute 2, 4 ausgebildet ist. Die Kugeln 7 können endlos durch das Brückenglied 6 zirkuliert werden.
Die Mutter 1 und die Spindelwelle 3 sind aus einsatzgehärtetem Stahl, wie etwa SCM430 usw., hergestellt und mit Kugelrollnuten 2, 4 durch einen Punktdrehvorgang unter Benutzung eines universellen Drehmeißels 8 ausgebildet, der später detaillierter beschrieben wird. Das Kugelzirkulierungssystem ist nicht auf die Brückengliedart beschränkt, und daher kann eine Rückführröhrenart oder eine Endabdeckungsart in Benutzung sein.
Die Kugelrollnute 2, 4 sind als sogenannte Spitzbogennute ausgebildet, die durch eine Kombination aus zwei Kreisbögen mit einem geringfügig größeren Krümmungsradius als der Radius der Kugeln 7 ausgebildet sind. Die Querschnittsgestaltung der Kugelrollnute 2, 4 kann eine Kreisbogengestaltung sein. Die Spitzbogengestaltung ist jedoch vorzuziehen, da sie einen großen Kontaktwinkel an die Kugel 7 und einen kleinen axialen Spalt einrichten kann. Dies ermöglicht, eine Starrheit gegen eine axiale Belastung zu erhöhen und dadurch eine Vibration der Kugelumlaufspindel unterdrücken.
Schritte zum Herstellen der Mutter 1 der vorliegenden Erfindung sind in 2 gezeigt. Zunächst wird ein vorgegebener Innenumfang 1a durch einen Bohrer usw. in der Mitte eines zylindrischen Rohlings ausgebildet (L1). Dann wird ein Außenumfang und der Innenumfang 1a des Rohlings durch einen Drehmeißel fertigbearbeitet (L2). Dann wird ein universeller Drehmeißel 8 in den Innenumfang 1a der Mutter eingeführt und punktschneidet den Innenumfang 1a mit Grobgewinde unter Steuerung jeweiliger Phasen (L3). Dann wird der Rohling durch Vakuumaufkohlen wärmebehandelt (L4). Schließlich wird die Kugelrollnut 2 abgestrahlt (L5).
Wie in 3 gezeigt, wird das Punktschneiden unter Benutzung eines universellen Drehmeißels 8 mit dem Halten eines zylindrischen Werkstücks W(1) durch ein Spindelfutter einer Drehbank (nicht gezeigt) und Drehen desselben in eine vorgegebene Richtung ausgeführt. Der universelle Drehmeißel 8 ist durch einen Halter 9 befestigt, der radial und axial verschiebbar ist. Das Schneiden wird gemäß einem sogenannten Punktschneiden unter Benutzung des universellen Drehmeißels 8 ausgeführt, dessen Schneidkante 8a einen Spitzenradius R2 aufweist, der kleiner als der Krümmungsradius R1 der Kugelrollnut 2 ist. Das heißt, die Ausbildung der Kugelrollnut 2 wird durch Bewegen des Drehmeißels 8 mehrmals um eine wirksame Länge der Kugelrollnut 2 und durch anschließendes jeweiliges Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels 8 entlang einer Kreisbogenrichtung einer Querschnittgestaltung der Kugelrollnut 2 ausgeführt.
Es wird nun der Ausbildungsvorgang der Kugelrollnut 2 unter Bezugnahme auf 4(a) bis 4(j) detailliert beschrieben.
4(a) zeigt ein ungesintertes Stangenglied vor dem Drehvorgang. Eine allgemeine Gestaltung der Kugelrollnut 2 wird durch die Schneidkante 8a des universellen Drehmeißels 8 durch Zuführen der Schneidkante 8a durch sukzessiv von Figur (b) bis Figur (d) zu einer axialen Mitte des Werkstücks W(1) hin ausgebildet. Durch Einrichten der Dimension des Spitzenradius R2 der Schneidkante 8a im Wesentlichen in der Nähe des Krümmungsradius R1 der Kugelrollnut 2 ist es möglich, eine allgemeine Gestaltung der Kugelrollnut 2 ohne axiales Verschieben der Schneidkante 8a zu erzielen und dadurch die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Das Punktschneiden kann in einem in 4(e) gezeigten Stadium beginnen, in dem der Drehvorgang der Kugelrollnut 2 in einigem Ausmaß fortgeschritten ist. Wie in 4(e) bis 4(j) gezeigt, wird eine Gesamtgestaltung der Kugelrollnut 2 durch Bewegen der Schneidkante 8a des universellen Drehmeißels 8 mehrmals um eine wirksame Länge der Kugelrollnut 2 und durch anschließendes jeweiliges Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels 8 entlang einer Kreisbogenrichtung einer Querschnittgestaltung der Kugelrollnut 2 ausgebildet. In dieser Ausführungsform stört die Schneidkante 8a des universellen Drehmeißels 8 eine Kugelrollnut 2 gegenüber der Kugelrollnut 2 nicht, die auch dann bearbeitet wird, wenn die Kugelrollnut 2 die Spitzbogengestaltung aufweist, da der Spitzenradius R2 der Schneidkante 8a kleiner als ein Krümmungsradius R1 der Kugelrollnut 2 eingerichtet ist.
Wie in 5 gezeigt, ist eine Schulter 10 der Kugelrollnut 2 als Kreisbogengestaltung mit einem vorgegebenen Krümmungsradius „r“ ausgebildet. Die Schulter 10 wird durch denselben universellen Drehmeißel 8 ausgebildet, der zum Punktschneiden der Kugelrollnut 2 in Benutzung ist. Das heißt, die Schulter 10 wird, wie in 6 gezeigt, gleicherweise wie das Punktschneiden der Kugelrollnut 2 ausgebildet, sodass die Mitte „O“ der Krümmung auf einer Verlängerung des Spitzenradius R2 durch Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels 8 entlang eines zentralen geometrischen Orts „L“ des Spitzenradius R2 der Schneidkante 8a während der mehrmaligen Bewegungen angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kugelrollnut 2 durch das Punktschneiden unter Benutzung des universellen Drehmeißels 8 ausgebildet sein, der den Spitzenradius R2 der Schneidkante 8a kleiner als den Krümmungsradius R1 der Kugelrollnut 2 aufweist, ausgebildet sein, und die Schulter 10 kann fortlaufend mit demselben universellen Drehmeißel 8 ausgebildet sein, der für das Punktschneiden der Kugelrollnut 2 benutzt ist. Dadurch ist es möglich, die Ausbildung der Kugelrollnut 2 und der Schulter 10 durch einen Punktschneideschritt zu vervollständigen und einen Übergang zwischen der Kugelrollnut 2 und der Schulter 10 glatt auszubilden. Dies ermöglicht außerdem, eine Kugelumlaufspindelmutter 1 bereitzustellen, die Verbesserung bei der gleichmäßigen Zirkulation der Kugeln 7, ausgezeichnete Betriebsfähigkeit und niedrige Herstellungskosten aufweist.
Zudem wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine gehärtete Schicht mit einer Härte von 55 bis 62 HRC durch Wärmebehandlung auf der Oberfläche der Kugelrollnut 2 nach ihrer Ausbildung durch Punktschneiden ausgebildet. Die Wärmebehandlung wird durch Vakuumaufkohlen durchgeführt, wobei Karburierung und Abschreckung unter einem Zustand mit geringerem Sauerstoff durchgeführt werden. Dies ermöglicht, einen Oberflächenzustand mit weiß-silberner Farbe nach der Härtungsbehandlung ähnlich wie vor der Härtungsbehandlung beizubehalten und Oxidationskomponenten abzusondern. Dadurch ist keine abnormale Oberflächenstruktur und erweichte Schicht unter Unterdrückung der Erzeugung der Korngrenzenschicht im Vergleich zu gebräuchlichem Gasaufkohlen erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, eine Kugelumlaufspindel bereitzustellen, deren Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit verbessert ist und die eine ausgezeichnete Beständigkeit aufweist. Zudem ermöglicht das Kugelstrahlen, das nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, Vorgänge zum Verbessern der Rauheit und Ausüben restlicher Druckbeanspruchung auszuschließen und dadurch stabile Qualität zu erhalten und Gesamtkosten herabzusetzen.
Ergebnisse eines Beständigkeitstests einer Kugelumlaufspindel, der vom Anmelder durchgeführt wurde, sind in Tabelle 1 und 2 gezeigt. Ein Probestück ist eine Kugelumlaufspindel mit einem Spindelwellendurchmesser von 10 mm, einer Steigung von 3 mm der Kugelrollnute 2, 4, einem Außendurchmesser von 2,0 mm der Kugel 7, einer Brückenzirkulierungsart und zwei Zirkulierungsreihen. Die Kugelrollnut 4 der Spindelwelle 3 ist durch Walzen ausgebildet und durch Aufkohlen ohne jegliche Nachbearbeitung gleicherweise wie die Kugelumlaufspindelmutter 1 gehärtet.

Der Test wurde unter Bedingungen einer Doppelmuttergleichdruckart unter Benutzung einer Federbelastung, einer Axialbelastung von 690 N, einer Drehgeschwindigkeit von 500 U/min, Einweghub von 6 mm (Reziprokhub 12 mm), einer Umgebungstemperatur von 100°C unter einem Leuchtheizungssystem und einer Reziprokbewegungsgesamtanzahl von 200.000 (4 × 10⁵ Umdrehungen) durchgeführt.
Tabelle 1

Mutterhärtung	Mutter Nr.	Erscheinung der Mutter	Erweiterter Spaltbetrag (µm)
Gebräuchliches Gasaufkohlen	1	Leichtes Schälen	3,0
	2	Leichtes Schälen	4,0
	3	Leichtes Schälen	4,0
	4	Kein Schälen	2,0
Vakuumaufkohlen	1	Kein Schälen	1,0
	2	Kein Schälen	1,5
	3	Kein Schälen	1,0
	4	Kein Schälen	0

Tabelle 2

Mutterhärtung	Mutter Nr.	Erscheinung der Spindelwelle	Erscheinung der Kugel
Gebräuchliches Gasaufkohlen	1	Kein Schälen	Kein Schälen
	2	Kein Schälen	Kein Schälen
	3	Kein Schälen	Kein Schälen
	4	Kein Schälen	Kein Schälen
Vakuumaufkohlen	1	Kein Schälen	Kein Schälen
	2	Kein Schälen	Kein Schälen
	3	Kein Schälen	Kein Schälen
	4	Kein Schälen	Kein Schälen

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, stellte sich heraus, dass bei vakuumaufgekohlten Muttern kein Schälen erzeugt war und der erweiterte Spaltbetrag auf unter 1,5 µm oder weniger im Vergleich zu gasaufgekohlten Muttern unterdrückt war, und dass die Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit ebenfalls verbessert ist. Zudem wurde nachgewiesen, wie in 2 gezeigt, dass keine Abnormalität, wie etwa Schälen, bei der Spindelwelle 3 und der Kugel 7 angetroffen wurde, und dass die vakuumaufgekohlten Muttern gewöhnlichen gasaufgekohlten Muttern überlegen sind.
In der vorliegenden Erfindung wird das Abstrahlen nach der Wärmebehandlung auf die Kugelrollnut 2 angewendet. Das Abstrahlen ist ein Vorgang zur Ausführung einer Oberflächenbehandlung durch Auftreffen von pulverisierten Schleifmitteln auf Metall, Stein, Holz, Glas oder Harz usw. Es gibt zwei Arten von Abstrahlbehandlungen, d.h. eine Art, bei der die Schleifmittel durch Druckluft ausgeworfen werden, und die andere Art, bei der die Schleifmittel mechanisch durch Flügelräder usw. mit Hochgeschwindigkeitsdrehung ausgeworfen werden. Die Luftauswurfart, die Nadelspitzenauswurf ermöglicht, ist vorzuziehen. Zudem gibt es verschiedene Arten und Korngrößen von Schleifmitteln, wie etwa eine Aluminiumoxidfamilie, eine Stahlfamilie, eine Glasfamilie usw. Die Stahlfamilie ist in der vorliegenden Erfindung benutzt.
In der vorliegenden Erfindung ist es, da die Wärmebehandlung durch Vakuumaufkohlen erfolgt, möglich, die herkömmliche Kugelstrahlbehandlung auszuschließen. Zudem ist es möglich, Grate, die durch einen Schneidvorgang um die Kugelrollnut 2 oder die Brückenöffnung erzeugt sind, wirksam zu beseitigen. Dies ermöglicht, die Herstellungskosten der Kugelumlaufspindel zu senken und eine glatte Einführung des Brückenglieds 6 sowie eine gleichmäßige Zirkulation der Kugeln 7 zu erzielen. Grate können durch die Tumblerbehandlung anstelle der Kugelstrahlbehandlung beseitigt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung ist besonders auf ein Fahrzeugautomatikgetriebe, eine elektrisch betriebene Bremse, elektrisch betriebene Servolenkung, ein Motorventilregelstellglied und außerdem auf elektrisch betriebene Stoßdämpfer und ein Stellglied zum Regeln einer Breite zwischen Scheiben von stufenlosen Getrieben anwendbar.
Figurenliste

[1] Eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung;
[2] Eine Ablaufzeichnung, die Herstellungsschritte der Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung zeigt;
[3] Eine erläuternde Ansicht, die einen Ausbildungsvorgang der Kugelrollnut der Mutter der vorliegenden Erfindung zeigt;
[4(a) bis 4(j)] sind vergrößerte Querschnittansichten, die jede einen Ausbildungsschritt der Kugelrollnut der Mutter der vorliegenden Erfindung zeigen;
[5] Eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Kugelrollnut von 4 zeigt;
[6] Eine erläuternde Ansicht, die einen Schneidvorgang der Schulter der Kugelrollnut von 5 zeigt;
[7] Eine Ablaufzeichnung, die Herstellungsschritte der Kugelumlaufspindelmutter des Stands der Technik zeigt; und
[8] Eine schematische Ansicht, die die Kugelstrahlbehandlung einer Mutter des Stands der Technik zeigt.

Bezugszeichenliste

1: Mutter
1a: Innenumfang
2, 4: Kugelrollnute
3: Spindelwelle
3a: Außenumfang
5: Verbindungsnut
6: Brückenglied
7: Kugel
8: universeller Drehmeißel
8a: Schneidkante
9: Halter
10: Schulter
L: geometrischer Mittelpunkt des Spitzenradius der Schneidkante
L1, L2, L3, L4, L5: Herstellungsschritt
O: Schulterkrümmungsmitte
P1, P2, P3, P4, P5: Herstellungsschritt
R1: Krümmungsradius der Kugelrollnut
R2: Spitzenradius der Schneidkante
r: Schulterkrümmungsradius
W: Werkstück

Claims

Kugelumlaufspindel, aufweisend: - eine Mutter (1), die an ihrem Innenumfang (1a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (2) ausgebildet ist; - eine Spindelwelle (3), die an ihrem Außenumfang (3a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (4) ausgebildet ist und in die Mutter (1) eingeführt ist; und - eine Anzahl von Kugeln (7), die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute (2) bzw. (4) der Mutter (1) bzw. der Spindelwelle (3) ausgebildet ist, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter (1) aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist, und dass die Kugelrollnut (2) ohne jegliche Nachbearbeitung durch Schneiden ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen oberflächengehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, das s die Spindelwelle (3) aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt ist und die Kugelrollnut (4) durch Walzen ausgebildet und durch Vakuumaufkohlen ohne jede Nachbearbeitung oberflächengehärtet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel, aufweisend: - eine Mutter (1), die an ihrem Innenumfang (1a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (2) ausgebildet wird; - eine Spindelwelle (3), die an ihrem Außenumfang (3a) mit einer wendelförmigen Kugelrollnut (4) ausgebildet wird und in die Mutter (1) eingeführt wird; und - eine Anzahl von Kugeln (7), die innerhalb eines Kugelrolldurchgangs, der durch gegenüberliegend angeordnete, wendelförmige Kugelrollnute (2) bzw. (4) der Mutter (1) bzw. der Spindelwelle (3) ausgebildet wird, rollbar enthalten sind, wobei die Mutter (1) aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt wird, und dass die Kugelrollnut (2) durch Schritte des Schneidens unter Benutzung eines universellen Drehmeißels und des Vakuumaufkohlens ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtgestaltung der Kugelrollnut (2) unter Benutzung eines universellen Drehmeißels (8) mit einer Schneidkante (8a), deren Spitzenradius (R2) kleiner als ein Krümmungsradius (R1) der Kugelrollnut (2) ist, durch Bewegen des universellen Drehmeißels (8) mehrmals um eine wirksame Länge der Kugelrollnut (2) und durch anschließendes jeweiliges Verschieben des Bewegungspfads des universellen Drehmeißels (8) entlang einer Kreisbogenrichtung einer Querschnittgestaltung der Kugelrollnut (2) ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Kugelumlaufspindel nach Anspruch 2, wobei die Kugelrollnut durch Abstrahlen oder eine Tumblerbehandlung nach dem Vakuumaufkohlen bearbeitet wird.