專利名稱：轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過冷加工或熱加工制齒的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪，其作為汽車上的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸和齒條之間的一體式耦合連接件，其中，該轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪具有一個在其外側(cè)面帶有斜齒的圓柱形齒柱段以及一個與該齒柱段同軸相連的圓柱形軸段，該軸段的直徑大于所述齒柱段的直徑，且該軸段的端部段具有一用于連接所述轉(zhuǎn)向軸的同步傳動孔，此外，在所述斜齒的齒根圓與所述軸段之間設(shè)有一過渡區(qū)域。
這種類型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪已經(jīng)記載在日本專利申請公開說明書JP 7-306729A和JP 11-10274A中，為了在鍛造時控制材料流，在這些轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪中設(shè)有一大致三角形的斜面，其設(shè)置在所述鍛?？涨恢械凝X距入口區(qū)域。該三角形斜面這樣傾斜地設(shè)置，使得它擴寬了所述入口區(qū)域并沿著旋轉(zhuǎn)方向使所述材料流相錯位，因此更好地實現(xiàn)對所述形成斜齒的模具空腔的充填。有關(guān)這些已知的技術(shù)方案還存在未被考慮到的問題雖然能達到較好地填充用于形成斜齒的模腔，但是不能確保對用于所述軸段的空腔實現(xiàn)均勻地充填，當設(shè)置一個與所述軸段的外直徑相比為大面積的同步傳動孔時，情況更是如此。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是改進所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得其有利于材料流沿兩個相反方向流動到加工時所采用的模具的相應(yīng)型腔中，也就是說，沿一個方向填充所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪的圓柱形齒柱段，而沿另一方向填充同軸地連接到其上的軸段。
上述技術(shù)問題通過具有本發(fā)明權(quán)利要求1特征部分給出的成型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪而得以解決。按照本發(fā)明，位于所述斜齒的齒根圓和所述直徑更大的軸段之間的過渡區(qū)域至少包括兩個圓錐段，即一個具有第一圓錐角α1(滯流角)的徑向外圓錐段和一個具有第二圓錐角α2(入流角)的徑向內(nèi)圓錐段，所述外圓錐段在所述斜齒的齒端處的齒頂圓直徑和所述軸段之間延伸，所述內(nèi)圓錐段在所述齒端處的齒頂圓直徑和所述斜齒的齒根圓之間延伸，所述滯流角(Stauwinkel)α1大于或等于所述入流角(Einlaufwinkel)α2，且所述過渡區(qū)域至少包括一具有第一半徑的倒圓段，該倒圓段(Rundungsabschnitt)從所述外圓錐段過渡到所述軸段的圓柱形外表面。
通過所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪的這種結(jié)構(gòu)在對其加工時可以通過適當選擇滯流角α1和入流角α2來控制流動阻力，以確保完全填充所述模具空腔。利用本發(fā)明的構(gòu)思，在壓制時可以這樣調(diào)節(jié)所述阻力，使所述毛坯材料以相互匹配的方式沿兩個相反方向流動。在這種情況下，優(yōu)選追求在完全填充所述軸段的同時也完全填充所述齒柱段區(qū)域內(nèi)的沿縱向延伸的螺紋。在本發(fā)明的范圍，一個重要認識是，通過適當選擇進入到齒柱段中的流入阻力，可以在產(chǎn)生一足夠大背壓的條件下沿相反方向擠壓所述材料。這樣一來，在將同步傳動孔的尺寸設(shè)計得相當大時也能實現(xiàn)無瑕疵地填充所述軸段。
按照本發(fā)明的進一步建議，所述滯流角α1根據(jù)所述同步傳動孔的孔橫截面這樣來確定，即，該滯流角α1對應(yīng)于該橫截面的尺寸與所述軸段的外直徑有關(guān)地同步增大或減小。也就是說，當同步傳動孔與軸段之間的橫截面之比增大時，則優(yōu)選一個相對更大的滯流角α1。
為了確定所述入流角α2，按照本發(fā)明，所述入流角α2根據(jù)所述斜齒的螺旋角β這樣來確定，即，該入流角α2以與所述螺旋角β的角度變化相反的方式增大或減小。這樣，所述螺旋角β對流動阻力的影響得到了補償，從而可以使所述材料流沿朝向齒的方向及反向地沿朝向所述軸段的方向相互匹配。
在本發(fā)明的范圍，除了所述外圓錐段和內(nèi)圓錐段以及所述具有第一半徑R1的倒圓段外，還可設(shè)有其他的倒圓段，以確保提供用于連續(xù)材料流的流暢的過渡區(qū)。為此優(yōu)選設(shè)有一個構(gòu)成所述外圓錐段和所述內(nèi)圓錐段之間過渡區(qū)的、具有第二半徑R2的倒圓段。另外，還可以設(shè)有另一個從所述內(nèi)圓錐段過渡到所述斜齒的齒根圓的、具有第三半徑R3的倒圓段。以這種方式似乎形成一個在所述斜齒端部處的齒頂圓直徑高度具有一拐點的過渡區(qū)域，其前提條件是所述入流角α2小于所述滯流角α1。只有當這兩個角度相同時，兩個圓錐段才位于一條線上。從以本發(fā)明構(gòu)思為基礎(chǔ)的規(guī)定α1≥α2出發(fā)，當這兩個角度不相等時，半徑R1和R2代表的圓弧反向地彎曲。半徑R3代表的圓弧與半徑R2代表的圓弧的彎曲方向一致。也就是說，對于半徑R2相對于半徑R1的關(guān)系也同樣適用于R3，即，半徑R1和R3所代表的圓弧相互反向彎曲。
本領(lǐng)域技術(shù)人員本身可以掌握從本發(fā)明權(quán)利要求所限定的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪的形狀來自動推導出成型過程所采用模具的相應(yīng)空腔形狀。
下面借助附圖對本發(fā)明的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪予以說明

圖1以三維立體圖示出所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪；圖2是一局部剖開的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪側(cè)視圖；圖3表示圖2中的橫截面III-III，其具有一兩側(cè)成平面輪廓形式的同步傳動孔，圖3a表示一種對應(yīng)于圖3的具有一六角形輪廓形式的同步傳動孔的變形方案，圖3b表示一種對應(yīng)于圖3的具有一內(nèi)鍵槽形齒輪輪廓形式的同步傳動孔的變形方案，圖4是所述位于軸段與齒柱段之間的過渡區(qū)域的示意圖，圖5是一放大立體側(cè)視圖。
圖1以三維立體圖示出一種本發(fā)明的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1。該轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1包括一圓柱形軸段2，且在與該圓柱形軸段同軸的延長段上有一個同樣是圓柱形的齒柱段3，該齒柱段3具有沿其整個長度延伸的螺旋形齒或斜齒。與該轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1相配的是一個在圖中以虛線表示的、其上具有一嚙合段5的、用于汽車轉(zhuǎn)向的齒條4。在完成轉(zhuǎn)向時，所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1的斜齒嚙合到所述齒條4上，并通過經(jīng)汽車的轉(zhuǎn)向柱傳遞到圖中以虛線表示的轉(zhuǎn)向軸6上的轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)來推移該齒條4。該轉(zhuǎn)向軸6在其朝向轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1的端部具有兩個彼此對置的截成的平面7，這兩個截成的平面7構(gòu)成了用于與一個在圖1中看不見的、但在圖2和3中示出的、位于所述軸段2朝向轉(zhuǎn)向軸6的端部中的同步傳動孔9相耦合連接的關(guān)鍵面。另外，所述轉(zhuǎn)向軸6在其連接端具有一個伸入到所述同步傳動孔9(見圖2)中心區(qū)內(nèi)對應(yīng)孔11(見圖2)中的圓柱形-中心凸柱8。所述孔11可以通過成型加工或者通過后續(xù)的車削加工制成。
在圖2所示的側(cè)視圖中示出了位于所述軸段2區(qū)域的同步傳動孔9。從中可以看出借助于邊界線10表示的一平面形的貼合面18(見圖3)以及一用于容納所述轉(zhuǎn)向軸6的中心凸柱8的孔11，所述轉(zhuǎn)向軸6的關(guān)鍵面7幾乎無間隙地貼靠在該貼合面18上。示意地以慣常方式表示了所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1的齒柱段3的斜齒，其中，虛線12相當于斜齒的齒根圓，而輪廓線13相當于齒頂圓。在齒柱段3的內(nèi)端處細15與16之間表示軸段2的圓柱形部段與齒柱段3之間的過渡區(qū)段，同樣示出了表示齒端的環(huán)行線17。
圖3對應(yīng)地示出了圖2中的截面III-III。從圖中可看到按比例尺寸的不帶有陰影線的同步傳動孔9的橫截面、用于轉(zhuǎn)向軸6的側(cè)向關(guān)鍵面7的貼合面18以及中心孔11。
圖3a、3b示出了圖3的變換方式，按照圖3a，同步傳動孔的關(guān)鍵面為六棱形型面構(gòu)成，按照圖3b，同步傳動孔設(shè)計為內(nèi)鍵槽形齒輪的方式。
圖4示意地示出了本發(fā)明的技術(shù)方案。它以沿縱軸線19對半截取的方式表示所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪1的過渡區(qū)域14的示意圖。為了與圖2聯(lián)系起來考慮，以所述上邊界線15及下邊界線16表示該過渡區(qū)域14的邊界。上邊界線15的高度由半徑R1到軸段2的圓柱體圓周表面之間的過渡段確定。下邊界線1 6由半徑R3到齒根圓直徑12之間的過渡段確定。另外，圖中還示出了所述齒柱段3的相當于齒輪齒頂圓的輪廓線13。下面對另外四條位于該過渡區(qū)域14邊界線15、16之內(nèi)、且與它們相平行的水平線21至24的含義作一說明。它們用于詳細描述所述如在權(quán)利要求1中限定的過渡區(qū)域。
水平線21與所述過渡區(qū)域的輪廓相交形成的交點31為該半徑R1的曲線與一個其圓錐角以滯流角α1表示的徑向外圓錐段25之間的轉(zhuǎn)換點。水平線22的高度由所述外圓錐段25的內(nèi)端與半徑R2之間的交點32給出，其中該半徑R2由相當于齒柱段3的齒頂圓直徑的輪廓線13出發(fā)延伸，構(gòu)成通向一徑向內(nèi)圓錐段26的過渡區(qū)。所述半徑R2與徑向內(nèi)圓錐段26之間的交點33確定水平線23的高度。所述徑向內(nèi)圓錐段26的徑向內(nèi)端以與水平線24相交的交點34表示。與R2同樣方式彎曲的半徑R3從交點34起構(gòu)成通向相當于齒輪齒根圓直徑的輪廓線12的過渡區(qū)。限定齒柱段3內(nèi)過渡區(qū)域14的邊界線16與輪廓線12相交得到了構(gòu)成過渡區(qū)域14輪廓端點的交點35。
以這種方式限定成由兩個圓錐段25、26和三個相應(yīng)于半徑R1、R2、R3的弧段構(gòu)成的過渡區(qū)域14。在此，只有連接軸段2與齒柱段3之間的大直徑躍變的半徑R1是關(guān)鍵的。完全可以設(shè)想，取消半徑R1，R2，尤其當滯流角α1和入流角α2相差不大時，更可以這樣做。在這種情況下，交點32、33彼此相移近，從而它們均處于相當于齒輪齒頂圓13的輪廓線13上，且所述交點34經(jīng)過交點35移動到所述過渡區(qū)域14的相鄰邊界線16上。
如果在冷擠壓時讓材料的流動方向沿箭頭27的方向來灌注所述齒柱段3，則所選擇的滯流角α1越大，外圓錐段25就具有更大的進入阻力。只有在越過該阻力區(qū)后，通常較小的入流角α2才確定了在灌注所述構(gòu)成螺旋形齒的空腔時形成的進一步的流動阻力。入流角α2選擇得越小，灌注所述齒柱段3的速度就越快。但是在此還必須要注意的是，入流角α2取決于斜齒的螺旋角β(見圖5)，確切地說，入流角α2以與螺旋角β的角度變化相反的方式增大或減小。其中，通過一更小的入流角α2來實現(xiàn)增大所述螺旋角β，由此減小流入阻力，反之情況相反。
圖5以放大示意圖表示所述齒柱段3的標注有螺旋角β的螺旋齒形。線15和16按照對圖2和4說明的定義限定了所述過渡區(qū)域14的邊界。水平線28表示所述斜齒的朝向所述軸段2的端部。所述徑向的外圓錐段25在所述水平線21和22之間延伸。
相當于所述徑向內(nèi)圓錐段26(其錐度由入流角α2確定)的、大致為三角形的斜面29與模具型腔在所述齒柱段3進口區(qū)的的結(jié)構(gòu)對應(yīng)。該三角形斜面29構(gòu)成了所述入流區(qū)域到所述斜齒本身的過渡。
權(quán)利要求
1.一種通過冷加工或熱加工制齒的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪(1)，其作為汽車上的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸(6)和齒條(4)之間的一體式耦合連接件，其中，該轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪(1)具有一個在其外側(cè)面帶有斜齒的圓柱形齒柱段(3)和一個與該齒柱段同軸相連的圓柱形軸段，該軸段的直徑大于所述齒柱段的直徑，且該軸段的端部段具有一用于連接所述轉(zhuǎn)向軸(6)的同步傳動孔(9)，此外，在所述斜齒的齒根圓(12)與所述軸段(2)之間設(shè)有一過渡區(qū)域(14)，其特征在于所述過渡區(qū)域(14)至少包括兩個圓錐段，即一個具有第一圓錐角(α1)(滯流角)的徑向外圓錐段(25)和一個具有第二圓錐角(α2)(入流角)的徑向內(nèi)圓錐段(26)，所述外圓錐段(25)位于在所述斜齒的齒端處的齒頂圓直徑(13)與所述軸段(2)之間，所述內(nèi)圓錐段(26)位于在所述齒端處齒頂圓直徑(13)與所述斜齒的齒根圓(12)之間，所述滯流角(α1)大于或等于所述入流角(α2)，且所述過渡區(qū)域(14)至少包括一具有第一半徑(R1)的倒圓段，該倒圓段從所述外圓錐段(25)過渡到所述軸段(2)的圓柱形外表面。
2.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪，其特征在于所述滯流角(α1)根據(jù)所述同步傳動孔(9)的孔橫截面這樣來確定，即，該滯流角(α1)對應(yīng)于該橫截面的尺寸與所述軸段(2)的外直徑有關(guān)地同步增大或減小。
3.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪，其特征在于所述入流角(α2)根據(jù)所述斜齒的螺旋角(β)這樣來確定，即，該入流角(α2)以與所述螺旋角(β)的角度變化相反的方式增大或減小。
4.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪，其特征在于所述過渡區(qū)域(14)還包括一個具有第二半徑(R2)的倒圓段，該倒圓段成為所述外圓錐段(25)和所述內(nèi)圓錐段(26)之間的過渡區(qū)。
5.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪，其特征在于所述過渡區(qū)域(14)還包括一個具有第三半徑(R3)的倒圓段，該倒圓段從所述內(nèi)圓錐段(26)過渡到所述斜齒的齒根圓(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過冷加工或熱加工制齒的轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪(1)，其作為汽車上的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸(6)和齒條(4)之間的一體式耦合連接件，其中，該轉(zhuǎn)向機構(gòu)主動齒輪(1)具有一個在其外側(cè)面帶有斜齒的圓柱形齒柱段(3)和一個與該齒柱段同軸相連的圓柱形軸段，該軸段的直徑大于所述齒柱段的直徑，且該軸段的端部段具有一用于連接所述轉(zhuǎn)向軸(6)的同步傳動孔。位于所述斜齒的齒根圓與所述軸段之間的過渡區(qū)域至少包括兩個圓錐段，即一個具有第一圓錐角(α
文檔編號F16H55/17GK1684782SQ200380100122
公開日2005年10月19日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月21日
發(fā)明者克里斯托弗·格羅貝爾 申請人:賽森克魯普精鍛有限責任公司