制造齿条轴的方法及其制造装置 本发明涉及一种用于车辆转向齿轮中的齿条轴的制造方法及其制造装置。
车辆的转向装置通常为齿轮齿条转向装置。齿轮齿条转向装置是这样配置的，即一小齿轮与开设在齿条上的齿条齿相啮合，以便在由转向轮操纵而转动的情况下轴向运动齿条轴，由此使车辆转向。
如图12和13所示，为了减轻重量用于这种齿轮齿条转向装置的齿条轴是由钢管P制成。钢管P在其轴向中间部分中切有与小齿轮相啮合的齿条齿90，齿条齿90是由包括下述步骤的方法形成的，通过塑性变形一部分钢管P而加工出平直部分92，钢管具有保持原样的弧形部分91，并且把平直部分92经过切削加工成为齿。通过高频硬化使齿条齿90变硬成为预定地硬度。
作为形成上述齿条轴的平直部分92的一种方法，如图14和15所示，在由包括上模93a和下模93b的一个模具93夹持后通常采用压制成形，钢管P由具有平底表面的成形冲头压制。然而，遗憾的是这种方法会产生钢管P的突然塑性变形，于是类似压痕变形往往会出现在平直部分92的轴向和周边中心位置上，如图中双点划线所示，或一些断裂往往会出现在承受大量变形位置上，如内角部分处Pa，该部分是平直部分92的内侧与弧形部分91的内侧连接处。
为克服这种缺点，已提出这样的一种加工方法，相对钢管P的轴线倾斜设置的一个类似杆状夹具95紧压钢管P，夹具以这种状态沿钢管P轴向地移动以形成平直部分92(见日本审查专利公开号(1993)-88662)。
然而，采用杆状夹具95的方法会有这样的一个问题，即夹具95和钢管P在大压力下滑动接触，因此在滑动移动期间由于忽视了润滑摩擦阻力有时也会引起双方轧住。因此，这就需要让钢管P预先经过润滑处理，例如连接润滑油，以防止上述轧住的出现。其结果是增加了生产成本。
因此本发明的目的是提供一种齿条轴的制造方法及其制造装置，从而无需对钢管进行润滑处理，能无裂痕地高精度成形平直部分。
根据本发明用于制造齿条轴的方法包括下述的步骤，用于成形平直部分的第一个辊紧压住具有一圆截面形状的钢管中部，在这种状态下，在第一辊与钢管之间引起钢管轴向相对运动，同时第一辊保持与钢管滚动接触，因此钢管通过塑性变形而形成平直部分。
根据制造齿条轴的这种方法，钢管的一部分被塑性变形成平直部分，这时第一辊保持与钢管滚动接触。因此，在滑动运动期间辊与钢管之间的摩擦阻力能达到最小值。这就无需为防止第一辊与钢管轧住之目的而润滑钢管，尽管现有的方法要求这种润滑。此外，由于钢管的塑性变形是沿其轴线方向渐进地加工，从而可避免平直部分中类似压痕变形的出现和在承受大变形部分中裂纹的产生，所述的这些缺点在压制形成加工中是易发生的。
根据本发明的一个较佳方式，用于制造齿条轴的方法特征在于，第一辊的转动与第一辊和钢管之间的相对运动同步。这种方式有效的防止了在钢管与第一辊相对运动期间钢管与第一辊之间滑动的发生，从而能更有效防止钢管与第一辊的轧住。
根据本发明的另一较佳方式，对于制造齿条轴的方法还包括如下步骤，在钢管上的平直部分形成之后，用于成形齿条齿的第二辊紧压住钢管的平直部分，其中在第二辊的外圆上形成有齿，在这种状态下，钢管的相对轴向运动产生在钢管与第二辊之间，而 在第二辊保持转动状态下，第二辊使钢管的平直部分塑性变形，以在其上形成齿条齿。
本发明的这种方式是采用第二辊来使平直部分塑性变形使其形成齿条齿，因此在通过塑性变形的平直部分成形期间，齿条齿的成形不会受到产生在平直部分上的剩余应力的影响。这就提供了一种高精度成形的齿条齿。
根据本发明的另一较佳方式，用于制造齿条轴的方法还包括下述步骤，在钢管上的平直部分形成之后，为了在平直部分形成齿条齿，钢管平直部分通过使用一齿条齿成形模具而压制成形。
本发明的这种方式也适合于使为在平直部分处形成齿条齿的平直部分的塑性变形，从而形成的齿条齿不受平直部分上的的剩余应力的影响。这就提供了一种高精度成形的齿条齿。
根据本发明用于齿条轴的制造装置包括一个用于夹持圆形截面钢管的夹持件，一个用于形成平直部分的第一辊，该第一辊是可转动的并且紧压钢管的中部，和在第一辊紧压所述钢管时在钢管与第一辊之间引起钢管轴线方向的相对运动的运动装置，以使钢管的一部分塑性变形为平直部分，这时候第一辊保持与钢管滚动接触。
根据这种用于齿条轴的制造装置，第一辊紧压由夹持件握持的钢管，这时运动装置在第一辊与钢管之间引起以钢管轴向方向的相对运动，由于与钢管保持滚动接触，以致第一辊可使钢管的一部分塑性变形为平直部分。这就使在钢管与在其上滑动的第一辊之间的摩擦阻力减至最小，于是就无需为防止双方轧住而润滑钢管。因此，减少了齿条轴生产费用。此外，该装置渐进地引起钢管的塑性变形，故能避免平直部分上类似压痕变形的出现和大量变形部分上的断裂出现，尽管这些缺陷易发生于压力成形加工中。
根据本发明的齿条轴制造装置的一较佳方法，其还包括一个用于转动第一辊使之与钢管和第一辊之间的相对运动同步的辊驱动装置。这种方式有效的防止了在其之间相对运动期间钢管与第一辊之间的滑动出现。从而能更有效的防止钢管与第一辊的轧住。
根据本发明的齿条轴制造装置的另一较佳方式，其特征在于辊驱动装置包括一个与夹持件形成一体并且平行于钢管轴线延伸的齿条，和一个配合于第一辊的支承轴的小齿轮，用来与其一体转动并与齿条啮合。
根据这种方式，钢管的运动能够通过齿条和小齿轮连动于第一辊的转动。这就使运动装置和辊传动装置共用一个驱动源。因此使制造装置的结构简化并由此降低了其成本。
根据本发明的齿条轴制造装置的另一较佳方式，其特征是第一辊包括一个围绕支承轴固定的基部，和一个扇形的成形部分，该部分从基部的外边缘突出并具有基本等于平直部分整个长度的圆弧长度。
根据这种方式，转动的第一辊把成形部分加压到钢管的表面部分上，由此使钢管的一部分塑性变形为一平直面。由于第一辊加压于钢管的表面部分上，这就不需要一种用来改变第一辊与钢管之间相对距离的机构。因此，使制造装置结构简化。
附图简介：
图1是表示根据本发明的一个实施例的齿条轴制造装置的垂直剖面图；
图2是表示齿条轴制造装置的水平剖面图；
图3是表示齿条轴制造装置的主要剖面图；
图4是表示形成平直部分钢管的透视图；
图5是表示正在形成平直部分状态的垂直剖面图；
图6是表示另一种正在形成平直部分状态的垂直剖面图；
图7是表示已完成平直部分状态的垂直剖面图；
图8是表示一齿条轴的透视图；
图9是表示齿条齿正在形成状态的垂直剖面图；
图10是表示另一种正在形成齿条齿状态的垂直剖面图；
图11是表示齿条齿另一种成形方法的垂直剖面图；
图12是表示齿条轴的正视图；
图13是沿图12线XIII-XIII所剖的剖面图；
图14是表示一个现有技术实例的垂直剖面图；
图15是表示沿图14线XV-XV所剖的剖面图；
图16是表示另一现有技术实例的垂直剖面图。
最佳实施例：
本发明将结合附图所示的一些较佳实施例在下面进行详细描述。
图1是表示根据本发明的齿条轴制造装置的垂直剖面图，而图2是表示相同装置的水平剖面图。齿条轴制造装置适用于在具有圆形截面的钢管P的轴向中部引起塑性变形，以在其上形成一平面，这样钢管P一部分可具有一D形状截面(图见4)。制造装置主要包括一个夹持件1，把钢管P插入在夹持件中使其固定，一个第一辊2将紧压钢管P的中部使其在钢管P上形成一平直部分，一个推杆3作为运动装置用来在第一辊2紧压钢管2时在钢管与夹持件1之间引起在钢管P轴向上的相对运动，一个辊驱动装置4以用来与钢管P的运动同步转动第一辊2，一个滑动件5用以支承夹持件1，和一个框架6用来整体盖住所有元件上。
夹持件1形状象一个圆筒，该圆筒具有一个插孔11使其钢管P插入。在夹持件1的顶部形成有一个细长开口12，该开口是为了引入第一辊2。细长开口12具有一个稍大于钢管P的平直部分P1整个长度的轴向长度，和一个与第一辊2的成形部分22宽度基本相等的宽度，其成形部分将在下面描述。插孔11具有一个基本等于钢管P外直径的内径。
夹持件1是与作为限定其轴向运动的滑动件5整体地构成。滑动件5通过框架6的一个底板61和一对侧板62而被保持住，而允许钢管P的轴向滑动。形成在滑动件5顶部上的一个开口51用于导入第一辊2。框架6的两侧板62通过底板61和顶板63而相互组合在一起。
用于形成平直部分的第一辊2包括一个绕支承轴23固装的环形基座部分21，和一个从基座部分21的外圆凸出的扇形成形部分22。基座部分21用螺栓固定在支承轴23的较大直径的部分23a上。基座部分21通过配置于基座部分与支承轴23之间的键24而安装成可与支承轴23一起转动。
成形部分22具有一个基本等于钢管P的平直部分P1整个长度的圆弧长度和一个与平直部分P1宽度基本相等的宽度。成形部分22被导入到夹持件1的细长开口12中，并且以某一预定量将其外周边送入到夹持件1的插孔11内。
支承轴23由框架6的一对侧板62上的滑动轴承25可转动地支承。
推杆3包括一个紧靠在滑动件5，一夹持件1和由夹持件1握持的钢管P各一个端面上的支座部分31，和一个通过支座部分31同时推动滑动件5，夹持件1和钢管P的液压缸32。推杆3适合于把夹持件1移动一个等于钢管P的平直部分P1的整个长度的距离。
辊驱动装置4包括一个用螺栓固定在滑动件5上的一个齿长41，和一个与该齿条41啮合的小齿轮42。齿条41沿平行于钢管P的轴线延伸，其齿条齿41a向上排列(见图3)。齿条41整个长度大于钢管P的平直部分P1的长度。
小齿轮42用螺栓固定在支承轴23的大直径部分23a上。小齿轮42通过装配于支承轴23与小齿轮上的键(未图示)而与支承轴23一起转动。这就使由推杆3引起的滑动件5的移动通过小齿轮42和支承轴23与第一辊2的转动相联。小齿轮42的节圆半径与第一辊2的成形部分22的半径相同，因此滑动件5的移动与第一辊2的转动同步。由于辊驱动装置4适合于转动与滑动件5的移动相联的第一辊2，故不需要专门驱动源来驱动第一辊2。因此，制造装置更简化，其结果是成本降低。
值得注意的是，第一辊2的成形部分22从夹持件1的插孔11中返回，它被移至静止位置(在右端，见图1)，以便钢管P能容易的插入夹持件1中。
现在将描述使用上述结构的齿条轴制造装置形成钢管P平直部分P1的方法。
参见图1，在夹持件1移至静止位置时，钢管P插入到夹持件1的插孔11中，以被固定在此位置。
随后，驱动推杆3的液压缸32，以便钢管P与夹持件1和滑动件5一起向左运动，见图1。与此相对应，与钢管P的运动相同步，辊驱动装置4使第一辊2顺时针转动。这就使第一辊2上的成形部分22的外周缘以一预定值压入到钢管P的表面部分(见图5)。在这种状态下，在钢管P连续在上述方向运动的同时，由于相互间保持滚动接触，成形部分22逐渐的使钢管P的一部分产生塑性变形(见图6)，因此最终形成具有长度相应于成形部分22的圆弧长度的平直部分(见图7)。
在这种方式中，由于与钢管P保持滚动接触，第一辊2的成形部分22把钢管P的一部分塑性变形为平面，因此在钢管P与在其上滑动的第一辊2之间的摩擦阻力可降到一基本可忽略值。这就能防止钢管P与第一辊2的轧住，因此不需要预先润滑钢管P。
此外，辊驱动装置4迫使第一辊2与钢管P运动同步转动，可有效地防止在钢管P与第一辊2之间在其运动期间出现的滑动。这就会更有效的避免钢管P与第一辊2的轧住以及平直部分P1表面的光滑处理。
此外，由于钢管P的塑性变形是逐渐产生在其轴向方向上的，因此可避免平直部分P1上的类似压痕变形的出现和在平直部分P1与圆形部分P2连接处钢管P内周边部分上断裂的出现，尽管压制成形加工易出现这些缺点。
此外，上述的齿条轴制造装置适合于这种形式，借助转动第一辊2，其上的成形部分22被压到钢管P的表面部分上，因此，为把第一辊2压到钢管P表面部分上用于垂直运动第一辊2或钢管P的机构则不需要。这样，制造装置的结构可简化并且其结果是降低了成本。
下面将描述在形成有上述平直部分P1的钢管P上形成齿条齿P3的方法，见图8。
上述齿条轴制造装置通过把用于成形齿条齿的第二辊7替换用于成形平直部分的第一辊2而形成齿条齿P3。见图9，第二辊7包括一个绕着支承轴23固装的环形基座部分71和一个从基座部分71的外周边凸出的扇形成形部分72。成形部分72的外周边形成有形状与齿条齿P3相一致的齿73。
为了成形齿条齿P3，在夹持件1移至初始静止位置时，形成有平直部分P1的钢管P被插入夹持件1的插孔11中，以固定在位。同时，平直部分P1向上放置，而一个芯轴74插在钢管P内，该芯轴置位于至少相应于平直部分的内部处，其目的是承受施加在平直部分P1上的负载。随后，推杆3的液压缸32被驱动，以使钢管P与夹持件1和滑动件5一起向左运动，见图9。这就使转动的第二辊7通过第二辊7的齿73在钢管的平直部分P1上逐渐的引起塑性变形(见图10)。这就完成了平直部分P1上的齿条齿73的成形。
通过塑性变形钢管P的平直部分P1而形成的齿条齿P3的这种结构提供了一种高精度成形的齿条齿P3，而不受平直部分P残余应力的影响。即，当用于成形平直部分P的第一辊2塑性变形钢管P的平直部分P1时，残余应力产生在平直部分P1上。因此，如果平直部分P1为形成齿条齿P3而使用一种拉削刀具的齿轮切削加工，那么由于上述残余应力不利影响，齿条齿P3的精度会降低。然而，当利用第二辊7而成形齿条齿P3时，可获得高精度的齿条齿P3，而不会受到残余应力的影响。此外，在用上述齿轮切削加工完成齿条齿P3的高精度成形时，需要改变拉削刀具的齿形。重新设计卡具和类似工件，这样其结果是增加了成形齿条齿P3的费用。然而，通过第二辊7形成的齿条齿P可以很好地防止上述问题的发生。
附带说明，齿条齿P3的成形可通过冷加工及热加工来完成。
图11是表示用于压制成形齿条齿P3方法的一主要截面图。该实施例使用了一种具有一排与齿条齿P3相对应的齿81的冲杆8，它作为用于成形齿条齿的模具。钢管P通过一夹持模具82而被夹持住，而一芯轴83插在钢管P内并放放置在至少相应于平直部分P1的钢管P的内部处，其目的是承受施加在平直部分P1的负载。在这种状态下，冲杆8用压力机紧压在平直部分P1上，使平直部分P1塑性变形，这样便获得了齿条齿P3。
这个实施例也使钢管P1的平直部分P塑性变形为齿条齿P3，因此可达到齿条齿P3高精度成形的目的，而不受平直部分P1上的剩余应力的影响。此外，该实施例具有低于由齿轮切削加工而成形齿条齿的加工成本的特点。
附带说明，可通过冷加工以及热加工来完成齿条齿P3的成形。
上述的用于齿条轴的制造装置可这样配置，第一辊2对于钢管P可相对的运动，并通过推杆沿钢管P运动。在这种情况下，液压缸可作为用于推动第一辊2的驱动源。另外，油压马达或齿轮电机可作为用于转动支承轴23或小齿轮42的驱动源。
应当理解的是本发明可采用另外变化的形式实施而不脱离本发明的精神和主要特征，上述实施例描述的每一种情况仅是用于举例说明目的而不构成限制性。