專利名稱：制造齒條軸的方法及其制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛轉(zhuǎn)向齒輪中的齒條軸的制造方法及其制造裝置。
車輛的轉(zhuǎn)向裝置通常為齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置。齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置是這樣配置的，即一小齒輪與開設(shè)在齒條上的齒條齒相嚙合，以便在由轉(zhuǎn)向輪操縱而轉(zhuǎn)動的情況下軸向運動齒條軸，由此使車輛轉(zhuǎn)向。
如

圖12和13所示，為了減輕重量用于這種齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置的齒條軸是由鋼管P制成。鋼管P在其軸向中間部分中切有與小齒輪相嚙合的齒條齒90，齒條齒90是由包括下述步驟的方法形成的，通過塑性變形一部分鋼管P而加工出平直部分92，鋼管具有保持原樣的弧形部分91，并且把平直部分92經(jīng)過切削加工成為齒。通過高頻硬化使齒條齒90變硬成為預(yù)定的硬度。
作為形成上述齒條軸的平直部分92的一種方法，如圖14和15所示，在由包括上模93a和下模93b的一個模具93夾持后通常采用壓制成形，鋼管P由具有平底表面的成形沖頭壓制。然而，遺憾的是這種方法會產(chǎn)生鋼管P的突然塑性變形，于是類似壓痕變形往往會出現(xiàn)在平直部分92的軸向和周邊中心位置上，如圖中雙點劃線所示，或一些斷裂往往會出現(xiàn)在承受大量變形位置上，如內(nèi)角部分處Pa，該部分是平直部分92的內(nèi)側(cè)與弧形部分91的內(nèi)側(cè)連接處。
為克服這種缺點，已提出這樣的一種加工方法，相對鋼管P的軸線傾斜設(shè)置的一個類似桿狀夾具95緊壓鋼管P，夾具以這種狀態(tài)沿鋼管P軸向地移動以形成平直部分92(見日本審查專利公開號(1993)-88662)。
然而，采用桿狀夾具95的方法會有這樣的一個問題，即夾具95和鋼管P在大壓力下滑動接觸，因此在滑動移動期間由于忽視了潤滑摩擦阻力有時也會引起雙方軋住。因此，這就需要讓鋼管P預(yù)先經(jīng)過潤滑處理，例如連接潤滑油，以防止上述軋住的出現(xiàn)。其結(jié)果是增加了生產(chǎn)成本。
因此本發(fā)明的目的是提供一種齒條軸的制造方法及其制造裝置，從而無需對鋼管進行潤滑處理，能無裂痕地高精度成形平直部分。
根據(jù)本發(fā)明用于制造齒條軸的方法包括下述的步驟，用于成形平直部分的第一個輥緊壓住具有一圓截面形狀的鋼管中部，在這種狀態(tài)下，在第一輥與鋼管之間引起鋼管軸向相對運動，同時第一輥保持與鋼管滾動接觸，因此鋼管通過塑性變形而形成平直部分。
根據(jù)制造齒條軸的這種方法，鋼管的一部分被塑性變形成平直部分，這時第一輥保持與鋼管滾動接觸。因此，在滑動運動期間輥與鋼管之間的摩擦阻力能達到最小值。這就無需為防止第一輥與鋼管軋住之目的而潤滑鋼管，盡管現(xiàn)有的方法要求這種潤滑。此外，由于鋼管的塑性變形是沿其軸線方向漸進地加工，從而可避免平直部分中類似壓痕變形的出現(xiàn)和在承受大變形部分中裂紋的產(chǎn)生，所述的這些缺點在壓制形成加工中是易發(fā)生的。
根據(jù)本發(fā)明的一個較佳方式，用于制造齒條軸的方法特征在于，第一輥的轉(zhuǎn)動與第一輥和鋼管之間的相對運動同步。這種方式有效的防止了在鋼管與第一輥相對運動期間鋼管與第一輥之間滑動的發(fā)生，從而能更有效防止鋼管與第一輥的軋住。
根據(jù)本發(fā)明的另一較佳方式，對于制造齒條軸的方法還包括如下步驟，在鋼管上的平直部分形成之后，用于成形齒條齒的第二輥緊壓住鋼管的平直部分，其中在第二輥的外圓上形成有齒，在這種狀態(tài)下，鋼管的相對軸向運動產(chǎn)生在鋼管與第二輥之間，而 在第二輥保持轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，第二輥使鋼管的平直部分塑性變形，以在其上形成齒條齒。
本發(fā)明的這種方式是采用第二輥來使平直部分塑性變形使其形成齒條齒，因此在通過塑性變形的平直部分成形期間，齒條齒的成形不會受到產(chǎn)生在平直部分上的剩余應(yīng)力的影響。這就提供了一種高精度成形的齒條齒。
根據(jù)本發(fā)明的另一較佳方式，用于制造齒條軸的方法還包括下述步驟，在鋼管上的平直部分形成之后，為了在平直部分形成齒條齒，鋼管平直部分通過使用一齒條齒成形模具而壓制成形。
本發(fā)明的這種方式也適合于使為在平直部分處形成齒條齒的平直部分的塑性變形，從而形成的齒條齒不受平直部分上的的剩余應(yīng)力的影響。這就提供了一種高精度成形的齒條齒。
根據(jù)本發(fā)明用于齒條軸的制造裝置包括一個用于夾持圓形截面鋼管的夾持件，一個用于形成平直部分的第一輥，該第一輥是可轉(zhuǎn)動的并且緊壓鋼管的中部，和在第一輥緊壓所述鋼管時在鋼管與第一輥之間引起鋼管軸線方向的相對運動的運動裝置，以使鋼管的一部分塑性變形為平直部分，這時候第一輥保持與鋼管滾動接觸。
根據(jù)這種用于齒條軸的制造裝置，第一輥緊壓由夾持件握持的鋼管，這時運動裝置在第一輥與鋼管之間引起以鋼管軸向方向的相對運動，由于與鋼管保持滾動接觸，以致第一輥可使鋼管的一部分塑性變形為平直部分。這就使在鋼管與在其上滑動的第一輥之間的摩擦阻力減至最小，于是就無需為防止雙方軋住而潤滑鋼管。因此，減少了齒條軸生產(chǎn)費用。此外，該裝置漸進地引起鋼管的塑性變形，故能避免平直部分上類似壓痕變形的出現(xiàn)和大量變形部分上的斷裂出現(xiàn)，盡管這些缺陷易發(fā)生于壓力成形加工中。
根據(jù)本發(fā)明的齒條軸制造裝置的一較佳方法，其還包括一個用于轉(zhuǎn)動第一輥使之與鋼管和第一輥之間的相對運動同步的輥驅(qū)動裝置。這種方式有效的防止了在其之間相對運動期間鋼管與第一輥之間的滑動出現(xiàn)。從而能更有效的防止鋼管與第一輥的軋住。
根據(jù)本發(fā)明的齒條軸制造裝置的另一較佳方式，其特征在于輥驅(qū)動裝置包括一個與夾持件形成一體并且平行于鋼管軸線延伸的齒條，和一個配合于第一輥的支承軸的小齒輪，用來與其一體轉(zhuǎn)動并與齒條嚙合。
根據(jù)這種方式，鋼管的運動能夠通過齒條和小齒輪連動于第一輥的轉(zhuǎn)動。這就使運動裝置和輥傳動裝置共用一個驅(qū)動源。因此使制造裝置的結(jié)構(gòu)簡化并由此降低了其成本。
根據(jù)本發(fā)明的齒條軸制造裝置的另一較佳方式，其特征是第一輥包括一個圍繞支承軸固定的基部，和一個扇形的成形部分，該部分從基部的外邊緣突出并具有基本等于平直部分整個長度的圓弧長度。
根據(jù)這種方式，轉(zhuǎn)動的第一輥把成形部分加壓到鋼管的表面部分上，由此使鋼管的一部分塑性變形為一平直面。由于第一輥加壓于鋼管的表面部分上，這就不需要一種用來改變第一輥與鋼管之間相對距離的機構(gòu)。因此，使制造裝置結(jié)構(gòu)簡化。
附圖簡介圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的齒條軸制造裝置的垂直剖面圖；圖2是表示齒條軸制造裝置的水平剖面圖；圖3是表示齒條軸制造裝置的主要剖面圖；圖4是表示形成平直部分鋼管的透視圖；圖5是表示正在形成平直部分狀態(tài)的垂直剖面圖；圖6是表示另一種正在形成平直部分狀態(tài)的垂直剖面圖；圖7是表示已完成平直部分狀態(tài)的垂直剖面圖；圖8是表示一齒條軸的透視圖；圖9是表示齒條齒正在形成狀態(tài)的垂直剖面圖；圖10是表示另一種正在形成齒條齒狀態(tài)的垂直剖面圖；圖11是表示齒條齒另一種成形方法的垂直剖面圖；圖12是表示齒條軸的正視圖；圖13是沿圖12線XIII-XIII所剖的剖面圖；圖14是表示一個現(xiàn)有技術(shù)實例的垂直剖面圖；圖15是表示沿圖14線XV-XV所剖的剖面圖；圖16是表示另一現(xiàn)有技術(shù)實例的垂直剖面圖。
最佳實施例本發(fā)明將結(jié)合附圖所示的一些較佳實施例在下面進行詳細描述。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的齒條軸制造裝置的垂直剖面圖，而圖2是表示相同裝置的水平剖面圖。齒條軸制造裝置適用于在具有圓形截面的鋼管P的軸向中部引起塑性變形，以在其上形成一平面，這樣鋼管P一部分可具有一D形狀截面(圖見4)。制造裝置主要包括一個夾持件1，把鋼管P插入在夾持件中使其固定，一個第一輥2將緊壓鋼管P的中部使其在鋼管P上形成一平直部分，一個推桿3作為運動裝置用來在第一輥2緊壓鋼管2時在鋼管與夾持件1之間引起在鋼管P軸向上的相對運動，一個輥驅(qū)動裝置4以用來與鋼管P的運動同步轉(zhuǎn)動第一輥2，一個滑動件5用以支承夾持件1，和一個框架6用來整體蓋住所有元件上。
夾持件1形狀象一個圓筒，該圓筒具有一個插孔11使其鋼管P插入。在夾持件1的頂部形成有一個細長開口12，該開口是為了引入第一輥2。細長開口12具有一個稍大于鋼管P的平直部分P1整個長度的軸向長度，和一個與第一輥2的成形部分22寬度基本相等的寬度，其成形部分將在下面描述。插孔11具有一個基本等于鋼管P外直徑的內(nèi)徑。
夾持件1是與作為限定其軸向運動的滑動件5整體地構(gòu)成。滑動件5通過框架6的一個底板61和一對側(cè)板62而被保持住，而允許鋼管P的軸向滑動。形成在滑動件5頂部上的一個開口51用于導(dǎo)入第一輥2。框架6的兩側(cè)板62通過底板61和頂板63而相互組合在一起。
用于形成平直部分的第一輥2包括一個繞支承軸23固裝的環(huán)形基座部分21，和一個從基座部分21的外圓凸出的扇形成形部分22?；糠?1用螺栓固定在支承軸23的較大直徑的部分23a上?；糠?1通過配置于基座部分與支承軸23之間的鍵24而安裝成可與支承軸23一起轉(zhuǎn)動。
成形部分22具有一個基本等于鋼管P的平直部分P1整個長度的圓弧長度和一個與平直部分P1寬度基本相等的寬度。成形部分22被導(dǎo)入到夾持件1的細長開口12中，并且以某一預(yù)定量將其外周邊送入到夾持件1的插孔11內(nèi)。
支承軸23由框架6的一對側(cè)板62上的滑動軸承25可轉(zhuǎn)動地支承。
推桿3包括一個緊靠在滑動件5，一夾持件1和由夾持件1握持的鋼管P各一個端面上的支座部分31，和一個通過支座部分31同時推動滑動件5，夾持件1和鋼管P的液壓缸32。推桿3適合于把夾持件1移動一個等于鋼管P的平直部分P1的整個長度的距離。
輥驅(qū)動裝置4包括一個用螺栓固定在滑動件5上的一個齒長41，和一個與該齒條41嚙合的小齒輪42。齒條41沿平行于鋼管P的軸線延伸，其齒條齒41a向上排列(見圖3)。齒條41整個長度大于鋼管P的平直部分P1的長度。
小齒輪42用螺栓固定在支承軸23的大直徑部分23a上。小齒輪42通過裝配于支承軸23與小齒輪上的鍵(未圖示)而與支承軸23一起轉(zhuǎn)動。這就使由推桿3引起的滑動件5的移動通過小齒輪42和支承軸23與第一輥2的轉(zhuǎn)動相聯(lián)。小齒輪42的節(jié)圓半徑與第一輥2的成形部分22的半徑相同，因此滑動件5的移動與第一輥2的轉(zhuǎn)動同步。由于輥驅(qū)動裝置4適合于轉(zhuǎn)動與滑動件5的移動相聯(lián)的第一輥2，故不需要專門驅(qū)動源來驅(qū)動第一輥2。因此，制造裝置更簡化，其結(jié)果是成本降低。
值得注意的是，第一輥2的成形部分22從夾持件1的插孔11中返回，它被移至靜止位置(在右端，見圖1)，以便鋼管P能容易的插入夾持件1中。
現(xiàn)在將描述使用上述結(jié)構(gòu)的齒條軸制造裝置形成鋼管P平直部分P1的方法。
參見圖1，在夾持件1移至靜止位置時，鋼管P插入到夾持件1的插孔11中，以被固定在此位置。
隨后，驅(qū)動推桿3的液壓缸32，以便鋼管P與夾持件1和滑動件5一起向左運動，見圖1。與此相對應(yīng)，與鋼管P的運動相同步，輥驅(qū)動裝置4使第一輥2順時針轉(zhuǎn)動。這就使第一輥2上的成形部分22的外周緣以一預(yù)定值壓入到鋼管P的表面部分(見圖5)。在這種狀態(tài)下，在鋼管P連續(xù)在上述方向運動的同時，由于相互間保持滾動接觸，成形部分22逐漸的使鋼管P的一部分產(chǎn)生塑性變形(見圖6)，因此最終形成具有長度相應(yīng)于成形部分22的圓弧長度的平直部分(見圖7)。
在這種方式中，由于與鋼管P保持滾動接觸，第一輥2的成形部分22把鋼管P的一部分塑性變形為平面，因此在鋼管P與在其上滑動的第一輥2之間的摩擦阻力可降到一基本可忽略值。這就能防止鋼管P與第一輥2的軋住，因此不需要預(yù)先潤滑鋼管P。
此外，輥驅(qū)動裝置4迫使第一輥2與鋼管P運動同步轉(zhuǎn)動，可有效地防止在鋼管P與第一輥2之間在其運動期間出現(xiàn)的滑動。這就會更有效的避免鋼管P與第一輥2的軋住以及平直部分P1表面的光滑處理。
此外，由于鋼管P的塑性變形是逐漸產(chǎn)生在其軸向方向上的，因此可避免平直部分P1上的類似壓痕變形的出現(xiàn)和在平直部分P1與圓形部分P2連接處鋼管P內(nèi)周邊部分上斷裂的出現(xiàn)，盡管壓制成形加工易出現(xiàn)這些缺點。
此外，上述的齒條軸制造裝置適合于這種形式，借助轉(zhuǎn)動第一輥2，其上的成形部分22被壓到鋼管P的表面部分上，因此，為把第一輥2壓到鋼管P表面部分上用于垂直運動第一輥2或鋼管P的機構(gòu)則不需要。這樣，制造裝置的結(jié)構(gòu)可簡化并且其結(jié)果是降低了成本。
下面將描述在形成有上述平直部分P1的鋼管P上形成齒條齒P3的方法，見圖8。
上述齒條軸制造裝置通過把用于成形齒條齒的第二輥7替換用于成形平直部分的第一輥2而形成齒條齒P3。見圖9，第二輥7包括一個繞著支承軸23固裝的環(huán)形基座部分71和一個從基座部分71的外周邊凸出的扇形成形部分72。成形部分72的外周邊形成有形狀與齒條齒P3相一致的齒73。
為了成形齒條齒P3，在夾持件1移至初始靜止位置時，形成有平直部分P1的鋼管P被插入夾持件1的插孔11中，以固定在位。同時，平直部分P1向上放置，而一個芯軸74插在鋼管P內(nèi)，該芯軸置位于至少相應(yīng)于平直部分的內(nèi)部處，其目的是承受施加在平直部分P1上的負載。隨后，推桿3的液壓缸32被驅(qū)動，以使鋼管P與夾持件1和滑動件5一起向左運動，見圖9。這就使轉(zhuǎn)動的第二輥7通過第二輥7的齒73在鋼管的平直部分P1上逐漸的引起塑性變形(見圖10)。這就完成了平直部分P1上的齒條齒73的成形。
通過塑性變形鋼管P的平直部分P1而形成的齒條齒P3的這種結(jié)構(gòu)提供了一種高精度成形的齒條齒P3，而不受平直部分P殘余應(yīng)力的影響。即，當用于成形平直部分P的第一輥2塑性變形鋼管P的平直部分P1時，殘余應(yīng)力產(chǎn)生在平直部分P1上。因此，如果平直部分P1為形成齒條齒P3而使用一種拉削刀具的齒輪切削加工，那么由于上述殘余應(yīng)力不利影響，齒條齒P3的精度會降低。然而，當利用第二輥7而成形齒條齒P3時，可獲得高精度的齒條齒P3，而不會受到殘余應(yīng)力的影響。此外，在用上述齒輪切削加工完成齒條齒P3的高精度成形時，需要改變拉削刀具的齒形。重新設(shè)計卡具和類似工件，這樣其結(jié)果是增加了成形齒條齒P3的費用。然而，通過第二輥7形成的齒條齒P可以很好地防止上述問題的發(fā)生。
附帶說明，齒條齒P3的成形可通過冷加工及熱加工來完成。
圖11是表示用于壓制成形齒條齒P3方法的一主要截面圖。該實施例使用了一種具有一排與齒條齒P3相對應(yīng)的齒81的沖桿8，它作為用于成形齒條齒的模具。鋼管P通過一夾持模具82而被夾持住，而一芯軸83插在鋼管P內(nèi)并放放置在至少相應(yīng)于平直部分P1的鋼管P的內(nèi)部處，其目的是承受施加在平直部分P1的負載。在這種狀態(tài)下，沖桿8用壓力機緊壓在平直部分P1上，使平直部分P1塑性變形，這樣便獲得了齒條齒P3。
這個實施例也使鋼管P1的平直部分P塑性變形為齒條齒P3，因此可達到齒條齒P3高精度成形的目的，而不受平直部分P1上的剩余應(yīng)力的影響。此外，該實施例具有低于由齒輪切削加工而成形齒條齒的加工成本的特點。
附帶說明，可通過冷加工以及熱加工來完成齒條齒P3的成形。
上述的用于齒條軸的制造裝置可這樣配置，第一輥2對于鋼管P可相對的運動，并通過推桿沿鋼管P運動。在這種情況下，液壓缸可作為用于推動第一輥2的驅(qū)動源。另外，油壓馬達或齒輪電機可作為用于轉(zhuǎn)動支承軸23或小齒輪42的驅(qū)動源。
應(yīng)當理解的是本發(fā)明可采用另外變化的形式實施而不脫離本發(fā)明的精神和主要特征，上述實施例描述的每一種情況僅是用于舉例說明目的而不構(gòu)成限制性。
權(quán)利要求
1.一種用于制造齒條軸的方法，其特征在于，包括下述步驟用于成形平直部分的第一輥緊壓住具有一圓截面形狀的鋼管的中部，在這種狀態(tài)下，在所述鋼管與所述第一輥之間引起鋼管軸向相對運動，在所述的第一輥與所述的鋼管保持滾動接觸時，由此鋼管的一部分塑性變形為一平直部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造齒條軸的方法，其特征是第一輥的轉(zhuǎn)動與在所述的鋼管與第一輥之間的相對運動同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造齒條軸的方法，其中還包括下述步驟，在所述鋼管平直部分形成之后，用于成形齒條齒的第二輥緊壓住所述鋼管的平直部分，其中在第二輥的外圓上形成有齒，在這種情況下，在所述鋼管與所述第二輥之間引起所述鋼管的相對軸向運動，由此，而保持轉(zhuǎn)動的第二輥使鋼管的平直部分塑性變形而在其上形成齒條齒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造齒條軸的方法，其中還包括下述步驟，在鋼管平直部分形成之后，為在平直部分上形成齒條齒，鋼管平直部分通過使用一齒條齒成形模具而壓制成形。
5.一種用于齒條軸的制造裝置，其特征在于它包括一個用于夾持具有圓形截面鋼管的夾持件，一個用于形成平直部分的第一輥，它可轉(zhuǎn)動并且緊壓在所述鋼管的中部，和在第一輥緊壓所述鋼管時為在所述鋼管與所述第一輥之間引起鋼管軸向方向相對運動的運動裝置，使得在第一輥與鋼管保持滾動接觸時，所述的鋼管的一部分塑性變形為一平直部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的齒條軸的制造裝置，還包括一個輥驅(qū)動裝置，該裝置用于轉(zhuǎn)動第一輥，與在所述鋼管和所述的第一輥之間的相對運動保持同步。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齒條軸的制造裝置，其特征在于，所述的輥驅(qū)動裝置包括一個與夾持件形成一體并且平行于所述鋼管軸線延伸的齒條，和一個與所述第一輥的支承軸配合的小齒輪以用來與其一起轉(zhuǎn)動和與所述齒條嚙合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的齒條軸制造裝置，其特征在于，所述的第一輥包括一個圍繞于所述第一輥的支承軸固定的基部，和一個扇形部分，該扇形部分從基部的外邊緣突出并且具有基本等于平直部分整個長度的圓弧長度。
全文摘要
一個有圓截面形狀的鋼管被一夾持件夾持。一個可轉(zhuǎn)動的第一輥緊壓在鋼管的中部。在這種情況下,一個推桿使鋼管沿其軸向運動,在第一輥與鋼管保持滾動接觸同時造成鋼管塑性變形,從而在鋼管的中部形成一平直部分。隨后在鋼管沿其軸向方向上相對的運動的同時,一個用于成型齒條齒的外邊緣上有一些齒的第二輥緊壓住鋼管的平直部分。這就使鋼管的平直部分塑性變形而在平直部分上形成齒條齒。
文檔編號B21K1/76GK1192387SQ98105240
公開日1998年9月9日 申請日期1998年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
發(fā)明者八木正 申請人:光洋精工株式會社