齿条和齿条齿成形模具的制作方法
【专利摘要】一种齿条包括：轴部和设置于轴部上的齿条齿部。该齿条齿部包括：多个在轴部的轴向上并排设置以与小齿轮啮合的齿条齿。每个齿条齿的都包括：齿尖部；接触面，该接触面相对于轴向倾斜布置，并且构造为与小齿轮接触；以及圆角部，该圆角部位于齿尖部与接触面之间。限定圆角部的相对于齿宽方向上中心区的第一半径大于限定圆角部的除了中心区之外的另一个区域的第二半径。
【专利说明】齿条和齿条齿成形模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于齿条与小齿轮传动装置的齿条和齿条齿成形模具，该齿条与小齿轮传动装置转而用于机动车的动力转向系统中，并且更具体地说，本发明涉及一种实现改善齿条的转向力传递效率并且延长齿条齿成形模具的寿命的技术。
【背景技术】
[0002]用于使车辆转向的转向系统包括:在转向轴的一侧上的小齿轮以及在连接左前和右前车轮的横拉杆一侧上形成齿条齿的齿条。然后，从方向盘传递的旋转转向力利用转向齿轮箱转换为水平侧向力，并且然后借助于小齿轮和齿条齿，将水平侧向力传递到车轮，从而将围绕主销的旋转力施加到车轮(请参见例如JP-2007-253190A)。
[0003]在齿条上，从小齿轮与齿条齿的接触面传递从方向盘传递的转向力。因此，接触面越大，能够传递转向力的效率越高。
[0004]在生产这种齿条的过程中，已知一种方法，该方法在滚压材料期间，通过实现使金属材料均匀流入到模具中的凹槽部内，提高了待生产的齿条的强度(请参见例如JP2002-86243A)。
[0005]上面描述的齿条具有下面的问题。即，作为形成齿条齿的方法，已知一种从管件310的内部311压锻管件310的方法，如图7所示。在该方法中，通过采用在上表面侧上具有锥状突起的芯棒340作为芯棒340，进行压锻。当将芯棒340压配到管件310内时，利用芯棒340上的突起造成管件310的上表面312的材料凸入到在齿成形模具350内的凹槽部内。此后，利用具有稍大突起的芯棒340来替换芯棒340，以待压配到管件310内。重复该过程，从而在管件310的上表面312上形成齿条齿部320。在该过程中，辊压并且锻造上表面312的材料，并且因此，特别是转写(transfer)齿条齿部320在相对于齿宽度方向上的中心部的轮廓的齿成形模具350的凹槽部的部分处，产生大应力。因为该原因，当形成齿条齿部320的次数增大时，在齿成形模具350中产生微小裂纹。特别是在产生大应力的中心部中，产生这些裂纹。然后，材料进入裂纹，从而产生毛刺。在发生这种情况时，由于从管件310产生的齿条成为瑕疵产品，所以齿成形模具350需要替换为另一个没有这种裂纹的齿成形模具。
[0006]图8是以放大方式示出普通齿条齿的一个例子的透视图，图9是以放大方式示出普通齿条齿的另一个例子的透视图，以及图10是示出图8和图9所示齿条齿的截面形状的比较的说明图。
[0007]在图8中，参考编号321表示普通齿条齿的一个例子，322表示齿条齿321的齿尖部，323表示齿尖圆角部，324表示齿面或者接触面，325表示齿底圆角部，以及326表示齿底部。此外，在图10中，SI表示图8所示齿条齿321的截面形状，LI表示接触面324的齿面长度(直线长度)，以及Rl表示限定齿尖圆角部323的半径。齿尖部322和接触面324沿着齿尖圆角部323的R形状彼此连接，并且接触面324和齿底部326沿着齿底圆角部325的R形状彼此连接。由于经过锻造形成齿条齿320而产生借助于R形状的这些连接，并且意在增加齿成形模具的寿命。
[0008]如图10中的SI所示，尽管当限定齿尖圆角部323的半径Rl大时，能够延长齿成形模具的寿命，但是直线长度LI变短。由于接触面324是从小齿轮的每个齿的齿面直接传递转向力的部分，所以在直线长度LI短的情况下，接触面324的面积变小，并且因此，耐久性和强度以及与齿条齿321的小齿轮的转向力传递效率变得不足。
[0009]另一方面,在图9中，参考编号331表不普通齿条齿的另一个例子，332表不齿条齿331的齿尖部，333表示齿尖圆角部，334表示齿面或者接触面，335表示齿底圆角部，以及336表示齿底部。此外，在图10中，S2表示图9所示齿条齿331的截面形状，L2表示接触面334的齿面长度(直线长度)，以及R2表示限定齿尖圆角部333的半径。齿尖部332和接触面334沿着齿尖圆角部333的R形状彼此连接，并且接触面334和齿底部336沿着齿底圆角部335的R形状彼此连接。
[0010]如图10中的S2所示，当直线长度L2变长时，接触面334的面积变大，并且因此，能够提高耐久性和强度以及与齿条齿331的小齿轮的转向力传递效率。另一方面，当直线长度L2变长时，限定齿尖的圆角部的半径R2变小，并且齿成形模具的寿命变得不足。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种齿条和一种用于在齿条上转写齿条齿的长寿命齿条齿成形模具，该齿条具有接触面大的齿条齿，从而具有与小齿轮足够的转向力传递效率以及足够的耐久性和强度。
[0012]根据本发明的一个方面，提供了一种齿条。该齿条构造为与小齿轮啮合。该齿条包括:轴部和设置于轴部上的齿条齿部。齿条齿部包括:多个齿条齿，该齿条齿构造为与小齿轮啮合。所述齿条齿在轴部的轴向上并排设置。每个齿条齿都包括:齿尖部；接触面，该接触面相对于轴向倾斜布置，并且构造为与小齿轮接触；以及圆角部，该圆角部位于齿尖部与接触面之间。限定圆角部的在齿宽方向上的中心区的第一半径大于限定圆角部的除了中心区之外的另一区域的第二半径。
[0013]根据本发明，提供了一种齿成形模具。齿成形模具构造为使要与小齿轮啮合的齿条的齿条齿成形。齿成形模具包括:固定部，该固定部构造为待固定至外部夹紧壳体；以及齿条齿转写部，该齿条齿转写部设置于固定部上。齿条齿转写部包括:多个齿条齿转写部，该齿条齿转写部并排设置成一行。每个齿条齿转写部都构造为转写每个齿条齿的轮廓。每个齿条齿转写部都包括:齿底转写部，该齿底转写部构造为转写所述齿条齿的齿底部的轮廓；齿尖转写部，该齿尖转写部构造为转写齿条齿的齿尖部的轮廓；接触面转写部，该接触面转写部相对于并排设置齿条齿转写部的所述一行的方向倾斜布置，并且构造为转写要与所述小齿轮产生接触的所述齿条齿的接触面的轮廓；以及圆角部，该圆角部位于齿尖转写部与接触面转写部之间。限定圆角部的在齿宽方向上的中心区的第一半径大于限定圆角部的除了中心区之外的另一个区域的第二半径。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示出其中并入了根据本发明实施例的齿条的转向系统的透视图；
[0015]图2是示出本发明实施例的齿条和齿条齿成形模具的截面的说明图；[0016]图3是以放大方式的齿条的一部分的放大透视图；
[0017]图4是示出在比较时齿条的齿条齿的不同部分的截面形状的说明图；
[0018]图5是齿条齿成形模具的一部分的放大透视图；
[0019]图6是示出在比较时齿条齿成形模具的齿条齿转写部的不同部分的截面形状的说明图；
[0020]图7是普通齿条生产系统的例子的局部剖面前视图；
[0021]图8是普通齿条的齿条齿的第一例子的放大透视图；
[0022]图9是普通齿条的齿条齿的第二实施例的透视图；以及
[0023]图10是示出在普通齿条的齿条齿的顶部处的圆角部的轮廓的说明图。
【具体实施方式】
[0024]图1是示出其中并入了根据本发明实施例的齿条200的转向系统10的透视图，图2是示出齿条200的截面的说明图和转写齿条200的齿条齿部220的轮廓的齿成形模具250的前视图，图3是以放大方式示出齿条200的齿条齿230的透视图，图4是示出在比较时齿条齿230的不同部分的截面形状的说明图，以及图5是以放大方式示出齿条齿成形模具250的齿条齿转写部280的局部剖面透视图。在图2中，C表示齿条200的轴，并且在图5中，K表示齿成形模具250的齿宽方向。
[0025]如图1所示，转向系统10包括:转向轴12，该转向轴12连接到方向盘(转向件)11 ；小齿轮轴13，该小齿轮轴13连接到转向轴12并且在其末端具有小齿轮13a ;以及齿条200，该齿条200与小齿轮13a啮合。齿条200还经由横拉杆30、30连接到左前和右前车轮WR、WL0
[0026]图2示出齿条200的截面和转写齿条200的齿条齿部220的轮廓的齿成形模具250的前视图。
[0027]如图2所示，齿条200包括:轴部210，该轴部210从空心圆棒形成；以及齿条齿部220，该齿条齿部220设置于轴部210的中心处。齿条齿部220具有多个构造为与小齿轮13啮合的齿条齿230，该齿条齿230沿着齿条200的轴C并排设置。齿条齿的接触面233 (接触区域)相对于轴C倾斜布置。
[0028]齿成形模具250具有大致长方体形状，并且包括:固定部260，该固定部260适用于被固定至外部夹紧壳体；以及齿条齿部转写部270，该齿条齿部转写部270形成于固定部260的一个表面上，并且转写齿条齿部220的轮廓。在齿条齿部转写部270中，沿着固定部260的纵向方向平行设置多个齿条齿转写部280。
[0029]如图3所示，齿条齿230包括:齿尖部231，该齿尖部231在其末端具有平坦平面形状；齿尖圆角部232，该齿尖圆角部232由半径R限定；齿面或者接触面233，该齿面或者接触面233与小齿轮13a产生接触，从而传递转向力；齿底圆角部234，该齿底圆角部234由Rs限定；以及齿底部235，该齿底部235具有平坦平面形状。齿尖圆角部232每个都位于齿尖部231与接触面233之间，并且齿底圆角部234每个都位于接触面233与齿底部235之间。
[0030]图4是示出在比较时齿条齿230的不同部分的截面形状的说明图。在图4中，在左侧示出:在齿条齿230的齿宽方向H上，齿条齿230的在该齿条齿230的端部附近的部分的截面Sa，并且在右侧示出:齿条齿230的相对于该齿条齿230的齿宽方向H的中心部的截面Sb。此外，在图4中，La表示Sa中的接触面的齿面长度，Lb表示Sb中的接触面的齿面长度，Ra表示限定Sa中的齿尖圆角部232a的半径，以及Rb表示限定Sb中的齿尖圆角部232b的半径。如图4所示，半径Ra形成得比半径Rb小。例如，半径Ra与半径Rb之比是I至1.1。通过这样的方式形成半径，直线长度La形成为大于直线长度Lb。对于每个齿条齿230，半径Ra和半径Rb中的至少一个可以是不同的。
[0031]图5是以放大方式示出齿条齿成形模具250的齿条齿转写部280的局部剖开透视图。齿条齿转写部280包括:齿尖转写部281，该齿底转写部281具有平坦平面形状，并且构造为转写齿尖部231的轮廓；齿尖圆角部转写部282，该齿底圆角部转写部282由半径R限定，并且构造为转写齿尖圆角部232的轮廓；接触面转写部283，该接触面转写部283具有平坦平面形状，并且构造为转写接触面233的轮廓；齿底圆角部转写部284，该齿底圆角部转写部284由半径Rt限定，并且构造为转写齿底圆角部234的轮廓；以及齿底转写部285，该齿底转写部285具有平坦平面形状，并且构造为转写齿底部235的轮廓。齿尖圆角部转写部282位于齿尖转写部281与接触面转写部283之间，并且齿底圆角部转写部284位于接触面转写部283与齿底转写部285之间。
[0032]图6是示出在比较时齿条齿转写部280的不同部分的截面形状的说明图。在图6中，在左侧示出:在齿成形模具250的齿宽方向K上，齿条齿转写部280的在该齿条齿转写部280的端部附近的部分的截面Sc，并且在右侧示出:齿条齿转写部280的相对于该齿条齿转写部280的齿宽方向K的中心部的截面Sd。此外，在图6中，Lc表示Sc中的接触面转写部283的直线长度，Ld表示Sd中的接触面转写部283的直线长度，Re表示限定Sc中的齿尖圆角部转写部282c的半径，以及Rd表示限定Sd中的齿尖圆角部转写部282d的半径。如图6所示，半径Re形成得比半径Rd小。例如，当半径Ra与半径Rb之比是I至1.1时，半径Re与半径Rd之比也是I至1.1。通过这样的方式形成半径，直线长度Lc形成为大于直线长度Ld。对于每个齿条齿转写部280，半径Re和半径Rd中的至少一个可以是不同的。
[0033]当以这样的方式形成齿条齿转写部280时，半径Rd形成得大，该半径Rd限定了在齿尖圆角部转写部282的方向K上位于中心部282d附近的部分，因此使得能够延长齿成形模具250的寿命。此外，在利用齿成形模具250形成的齿条200中，齿条齿部230的直线长度L在齿宽方向上的中心部处形成为短直线长度Lb，并且在齿宽方向上的端部处形成为长直线长度La。通过采用这种构造，能够将齿条齿230的耐久性和强度以及转向力传递效率维持在足够程度，而无需大量减小与小齿轮13a的接触面233的面积。
[0034]因此，如上所述，根据本发明，齿条能够具有足够的转向力传递效率和足够的耐久性和强度，并且能够延长齿条齿成形模具的寿命。
[0035]尽管参考本发明的特定典型实施例已经描述了本发明，但是本发明的范围并不局限于上述典型实施例，并且本领域技术人员理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
【权利要求】
1.一种构造成与小齿轮啮合的齿条，该齿条包括:轴部和齿条齿部，该齿条齿部设置于所述轴部上， 其中，所述齿条齿部包括多个齿条齿，该多个齿条齿在所述轴部的轴向上并排设置，以与所述小齿轮啮合， 其中，每个所述齿条齿都包括:齿尖部；接触面，该接触面相对于所述轴向倾斜地布置，并且构造成接触所述小齿轮；以及圆角部，该圆角部位于所述齿尖部与所述接触面之间，以及 其中，第一半径大于第二半径，该第一半径限定了相对于齿宽方向的所述圆角部的中心区，该第二半径限定了所述圆角部的除了所述中心区之外的另一区域。
2.根据权利要求1所述的齿条，其中，对于每个所述齿条齿，所述第一半径和所述第二半径中的至少一个是不同的。
3.一种齿成形模具，该齿成形模具构造为成形要与小齿轮啮合的齿条的齿条齿；所述齿成形模具包括:固定部，该固定部构造为待固定至外部夹紧壳体；以及设置于所述固定部上的齿条齿转写部， 其中，所述齿条齿转写部包括并排设置成一行的多个齿条齿转写部， 其中，每个所述齿条齿转写部都构造为转写每个齿条齿的轮廓，每个所述齿条齿转写部都包括:齿底转写部，该齿底转写部构造为转写所述齿条齿的齿底部的轮廓；齿尖转写部，该齿尖转写部构造为转写所述齿条齿的齿尖部的轮廓；接触面转写部，该接触面转写部相对于所述齿条齿转写部并排设置的所述一行的方向倾斜地布置，并且构造为转写要与所述小齿轮产生接触的所述齿条齿的接触面的轮廓；以及圆角部，该圆角部位于所述齿尖转写部与所述接触面转写部之间， 其中，第一半径大于第二半径，该第一半径限定了相对于齿宽方向的所述圆角部的中心区，该第二半径限定了所述圆角部的除了所述中心区之外的另一区域。
4.根据权利要求3所述的齿成形模具，其中，对于每个所述齿条齿转写部，所述第一半径和所述第二半径中的至少一个是不同的。
【文档编号】B21J13/02GK103506544SQ201310250352
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2012年6月21日
【发明者】野村圣人, 山胁崇, 铃木亮介 申请人:高周波热錬株式会社