专利名称：具有光学编码环的轴和该轴的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于重复运动物体位置的系统的技术领域，该运动物体由旋转运动所致动。
更具体地说，本发明涉及一种用于对传动轴的位置进行标记的系统，该系统可确保机械系统被置于旋转状态，以形成通常所说的动力驱动。
本发明还涉及用于向一种机械系统传递命令或指令的轴，其中该机械系统可以例如是用于传递从车辆方向盘沿该车辆方向发送来的信息的传动轴。
背景技术：
在上述应用范围内，必须能够探测到传动轴的位置，以及施加到传动轴上的、能够有助于运动以及运动方向的作用力。
为此，已知的方法是使用一种转矩表(torsion gauge)，该转矩表具有两个彼此相对旋转并通过一个转矩杆旋转连接的传动轴。这样，就必须以绝对和相对两种方式来识别组成该转矩表的每个轴的位置。实际上，这两个轴的角位置差是一个关于施加在传动轴上的扭转耦合的函数。
为了对每个传动轴的这种角度标记产生影响，一种技术已经被研发出来，这种技术使用一种适合的读取系统，将每个传动轴与能够识别它们的位置的光学编码装置连接起来。这种光学编码装置具有直接被机械加工到传动轴中的、大致呈圆柱状的光学表面。
这种实施方案已经证实了对转矩表的传动轴位置进行光学探测这一工艺的实用性，但不足之处是成本特别高，因此不能被很好地适用于批量生产。
所以，需要有一种带有光学编码的新型传动轴和一种制造方法，这种制造方法既要能够满足用于位置探测的光学表面的高生产精度要求，同时又要使制造成本较低，这样就使特别用于汽车工业的转矩表能以可接受的成本生产出来。
发明概述为了实现这些目的，本发明提供一种带光学编码环的传动轴制造方法，包含以下步骤·制造传动轴，使它具有一个编码环的承接区域，承接区域上具有至少一个沿编码环轴向设置的槽纹环，·制造编码环，使它在一个侧面上具有至少一个用于光学编码的圆周外表面，并在另一个侧面上具有一个形状与承接区域的形状基本类似的中心孔，该中心孔的内径小于承接区域的最大直径，该中心孔包围槽纹环，且该中心孔包括内轴环，该内轴环的直径小于中心孔的内径，·于承接区域的高度处，在传动轴上对编码环进行铰孔，以便使凹槽朝内轴环的方向啮合到中心孔的壁中，而凹槽不啮合到内轴环中，·然后在传动轴上，于一个编码环表面的高度处，通过旋转编码环产生波浪弯，该编码环表面相对于槽纹环来说，是与内轴环相对设置的。
在编码环的铰孔和旋转的联合作用下，方便地将在铰孔过程中可能产生的编码环材料的薄屑封闭起来。这种封闭极好地保证了通过最大程度地减小对编码环用于光学编码的圆柱形外表面的污染或损伤而获得的传动轴洁净度。
根据本发明，槽纹环可以以不同的方式制成。
根据本发明的一个特征，槽纹环相对于编码环的承接区域凸起设置。槽纹环在凹槽底部处的直径，最好但并非必须，比承接区域的直径大。
槽纹环可以采用各种不同的形式。根据本发明的一个特征，槽纹环在轴向截面呈梯形或三角形。
根据本发明的另一个特征，无论槽纹环是否是凸起设置，凹槽在横向截面呈梯形或三角形。
根据本发明，传动轴至少具有一个槽纹环，并且可以具有多个槽纹环。
因此，根据本发明的一个特征，传动轴被加工使得编码环的承接区域具有彼此轴向间隔一定距离的至少两个槽纹环。
优选但并非绝对必须，在编码环位于承接区域表面对面的表面高度处，对编码环进行滚轧，以使得编码环位于两个槽纹环之间的材料产生波浪弯，该承接区域表面位于两个槽纹环之间。
本发明的优选方案有助于加强光学编码环在传动轴上的轴向固定。
根据本发明，传动轴以及编码环可以由任何合适的材料制成。根据本发明的一个优选的但并非必须的特征，传动轴由钢制成，而编码环由一种硬度小于传动轴材料的金属或金属合金制成。编码环最好是由铜-镍-锌合金制成，也就是一种铜、镍和锌的合金，这种合金可以包含也可以不包含其他合金元素。
根据本发明，外表面可以在对编码环进行铰孔和滚轧之前或之后进行机械加工，以产生光学编码装置。不过，编码环的光学表面最好是在对传动轴上的编码环进行了铰孔和压波浪弯之后进行机械加工。这种制造方法尤其得益于根据本发明的制造方法的技术优点，同时，对编码环的铰孔和压波浪弯可以在不清除薄屑或污物颗粒的情况下进行。
在一个优选的而非限定性的应用中，根据本发明的这种制造方法被用于制造一种转矩表，该转矩表具有两个传动轴，每个传动轴上带有一个光学编码环，并通过一个转矩杆旋转连接而可彼此相对作轴向旋转运动。这种制作通过以下两步来实现的·根据前述的本发明的制造方法，制造每个传动轴，·然后通过转距杆将两个传动轴组装在一起。
在一个优选方式中，铰孔和通过绕各自的轴滚轧光学编码环来使光学编码环产生波浪弯，是在两轴通过转矩杆组装之前进行的。
两个光学编码环的两个反射区(镜面)在两传动轴组装完毕之后进行机械加工，从而确保两个反射表面可以保持良好的同轴性。
本发明还涉及一种传动轴，其特征在于，该传动轴附着有至少一个光学编码环。
本发明还涉及一种转矩表，该转矩表具有两个传动轴，它们可以彼此相对绕轴旋转移动，并通过一个转距杆旋转连接，其特征在于，每个传动轴带有一个光学编码环。
根据本发明中一个优选的但并非绝对必须的特征，组成转矩表的每个传动轴上的两个光学编码环相邻设置。
根据本发明的一个特征，光学编码环在该环的承接区域的高度上，进行铰孔和通过在传动轴上滚轧来产生波浪弯。当然，编码环在轴上的其他组装方式和装配也是可行的。
本发明的各种其他特征将在下面关于附图的描述中展现出来，这些附图展示了一个根据本发明的转矩表的非限制性实施方案示例，其中该转矩表具有两个传动轴。
附图简述
图1是本发明所述的表的局部的轴向剖面。
图2是图1所示转矩表的局部剖视的分解图。
图3是对图2中A部分的放大局部正视图。
图4是对图2中B部分的放大正视图。
图5是图3中沿V-V线的部分横切面。
图6是一个类似于图5的截面，示出了凹槽的另一个实施方案。
优选实施方案本发明提出了一种用于对带光学编码环的传动轴进行加工的新颖的制造方法。此处仅是举例说明而并非必须，该光学编码环能被用于如图1具体所示的转矩表中，该转矩表从整体上由附图标记1所表示。
因而，转矩表1具有两个以Δ为轴线的传动轴2和3。传动轴2和3绕轴线Δ彼此相对旋转，并且通过一个转距杆4相连接，这样两个传动轴2和3沿轴Δ平动而彼此相连接，并且能够根据施加在两个轴2和3中每一个上的力矩得知绕轴Δ的相对旋转运动。如图1所示，转距杆4设置在传动轴2的中心孔5中以实现此目的，该转距杆4通过它的两端分别与传动轴2和3相连。这是一个为专家所熟知的转矩表的实施方案，因此无需做过多的解释。
根据本发明的一个必要特征，该特征允许对转矩表1的角位置和两个传动轴2、3的相对角位置作光学探测，传动轴2、3的每一个上都带有一个光学编码环6。根据所描述的实例，光学编码环6被相邻设置。每个光学编码环6具有一个用于光学编码的圆周外表面8。每个圆周外表面8的具体几何形状不属于本发明的限定范围。至多建议指定每个圆周外表面8呈大体的圆柱形，使得它们具有一组以上的能被图中未示出的仪器所识别的光学标记，同时允许转矩表1的角位置以及传动轴2和3之间的角间距能从整体上被识别。为了获得令人满意的结果，光学编码环的外表面8必须具有很高等级的精确度以及很强的反射率。
由于考虑到用于制作传动轴2的材料的硬度，将光学编码表面直接设置在传动轴的制作材料中将不利于节约批量生产的成本。因此，本发明提出将光学编码环6附着在传动轴2和3上。
这样，光学编码环6就可以用比传动轴2更具延展性的材料制成，并花费较低的机加工成本。
于是，本发明提出制作每个传动轴2和3，使它具有一个编码环6的承接区域10。根据本发明的一个必要特征，每个承接区域10具有至少一个以Δ为轴的槽纹环，而根据所描述的实例，有两个槽纹环11、12。
根据图3和4中的具体所示内容以及所描述的具体实例，这两个槽纹环11被相对于承接区域10呈凸起设置，并且两者之间轴向间隔一定距离，这样就使承接区域10在两个环11之间限定出一个光洁表面13。如在下文中将要描述的，每个表面13限定了相应编码环的一个轴向固定的喉部(throat)。
根据所述的实例，槽纹环具有基本为梯形的轴向横截面，如图3和4具体所示。同样，根据所述实施方案，如图5所示，槽纹环上的凹槽也呈现一个梯形的横截面。然而，如图6所示，当需要凹槽在编码环上具有较好的穿透度时，凹槽采用具有三角形的横截面。
此外，根据所述实例，凹槽的底部位于一个圆柱体上，该圆柱体的直径R12大于表面13上的轴环10的最小直径R10。
与每个传动轴2和3的加工相独立，每个光学编码环6所用制造材料的硬度要比制造传动轴2和3所用钢材硬度小，最好是用一种延展性材料，例如铜-镍-锌合金，此处仅是举例，当然也不排除其它材料。光学编码环6分别被制成大致为圆柱形的外形，一方面具有圆周外表面8，另一方面具有一个形状与承接区域基本类似的中心孔15。该中心孔的内径R15小于包括槽纹环11在内的承接区域的最大直径R11。
中心孔15被制成这样，以具有一个内轴环16，该内轴环的直径R16小于中心孔的内径R15，并最好小于或等于包括槽纹环11在内的承接区域10的最小直径R10。根据所述的实例，内轴环16的孔内径等于接近区域10上的最小直径R10的间隙。
每个编码环6在各自的轴2，3上的装配是通过铰孔来进行的，也就是，将编码环6沿箭头F1的方向接合在承接区域10上，从而将槽纹环11的凹槽朝向内轴环16接合在孔15的壁里面，但没有将凹槽12接合在内轴环中。在接合过程中，编码环6的制作材料的削片将会堆积在导入方向F1的相反方向，也就是内轴环16的方向，并被封闭在里面。
铰孔之后，根据本发明的另一个特征，已在传动轴2、3上的编码环6的滚轧(rolling)会在编码环6的一个表面的高度上进行，该表面相对于至少一个槽纹环11来说，位于内轴环16的对面。而根据所述的实例，会在与两个槽纹环11之间的光滑表面13相面对的表面的高度上进行。所引起的旋转有助于抑制光学编码环的轴向平移，以便确保光学编码环的持久的一体性。根据本发明，编码环6的铰孔和滚轧可以在转矩表1的任何制造阶段进行。然而，最好在两个传动轴通过转矩杆4装配好之后进行滚轧。
另外，根据本发明，对光学编码装置的表面8的制造或加工可以在任何阶段进行，并最好在轴的装配和编码环的铰孔及压波浪弯完成之后进行，以便确保在没有力矩施加在传动轴2、3上时，排列在表面8上的光学标记的完美一致性。
根据在上文中所述的实例和图1至5的图解，编码环的承接区域具有两个凸起设置的槽纹环。不过，根据本发明，一个编码环的每个承接区域可以只有一个槽纹环而且可以不必凸起设置。这样，可以在承接区域10的整个轴向长度上加工凹槽12，并且可以在编码环相对于轴环16的一侧进行滚轧，从而使编码环在承接区域10上被压出波浪弯。
另外，根据本发明，编码环6和传动轴2、3的轴线在转矩表1的范围内使用。不过，本发明可被用于任何形式的传动轴，例如像电动机甚至发电机以及涡轮机之类的旋转机械的传动轴，这些旋转机械需要设置能够探测轴的角位置和/或传动轴角速度的光学编码环。
应当理解，可以对本发明进行各种形式的改进而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种带有光学编码环(6)的传动轴(2，3)的制造方法，包括以下步骤·制造传动轴(2)，使它具有一个编码环(6)的承接区域(10)，承接区域上具有至少一个沿编码环轴向(12)设置的槽纹环(11)，·制造编码环(6)，使它的一侧面上具有至少一个用于光学编码的圆周外表面(8)，并在另一个侧面上具有一个形状与承接区域(10)的形状基本类似的中心孔(15)，该中心孔的内径(R15)小于承接区域(10)的最大直径(R11)，该中心孔包围槽纹环(11)，且该中心孔包括内轴环(16)，该内轴环的直径(R16)小于中心孔(15)的内径(R15)，·于承接区域的高度处，在轴(2，3)上对编码环(6)进行铰孔，以便使凹槽(12)朝内轴环(16)的方向啮合到孔(15)的壁中，而凹槽(12)不啮合到内轴环(16)中，·在编码环(6)表面的高度处，滚轧位于传动轴(2，3)上的编码环(6)，该编码环表面相对于槽纹环(11)来说，是与内轴环(16)相对设置的。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，内轴环(16)具有一个内径(R16)，该内径小于或等于承接区域(10)的最小直径(R10)，该承接区域包括槽纹环(11)在内。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，槽纹环(11)相对于编码环(6)的承接区域(10)凸起设置。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，槽纹环(11)在凹槽(12)的根部高度上的直径(R11)大于承接区域(10)的直径(R10)。
5.如权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于，槽纹环(11)在轴向截面上呈梯形或三角形。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的制造方法，其特征在于，凹槽(12)在横剖面上呈梯形或三角形。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的制造方法，其特征在于，制造传动轴(2，3)使得编码环(6)的承接区域具有轴向彼此间隔的至少两个槽纹环(11)。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，编码环(6)的滚轧在与承接区域(10)的表面(13)相对的编码环(6)的表面上进行，承接区域(10)的表面(13)位于两个槽纹环(11)之间，以使位于两槽纹环(11)之间的编码环材料产生波浪弯。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的制造方法，其特征在于，传动轴(2，3)由钢制成，并且编码环(6)由硬度小于传动轴(2，3)的材料硬度的金属或金属合金制成。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，编码环(6)由铜-镍-锌合金制成。
11.一种转矩表的制造方法，该转矩表具有两个传动轴(2，3)，每个传动轴带有一个光学编码环(6)，两个传动轴可以彼此相对绕轴旋转移动，并通过一个转距杆(4)旋转连接，其特征在于，该制造方法包括如下步骤按照权利要求1至10中任意一项所述的制造方法，生产每个传动轴(2，3)，然后用转距杆(4)将传动轴(2，3)组装在一起。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，光学编码环(6)的滚轧是在两传动轴(2，3)组装完毕之后。
13.一种传动轴，其特征在于，该传动轴附着有至少一个光学编码环(6)。
14.如权利要求13所述的传动轴，其特征在于，光学编码环(6)由一种硬度比传动轴小的材料制成。
15.如权利要求14所述的传动轴，其特征在于，光学编码环(6)由铜-镍-锌合金制成。
16.如权利要求13所述的传动轴，其特征在于，该传动轴按照权利要求1至10中任意一项所述的制造方法来制成。
17.一种转矩表，具有如权利要求13至16中任意一项所述的两个传动轴，所述传动轴可彼此相对作旋转运动，并且通过一个转距杆(4)旋转连接，每个传动轴都有一个经铰孔和滚轧的光学编码环(6)。
18.如权利要求17中所述的转矩表，其特征在于，各光学编码环(6)相邻设置。
全文摘要
本发明公开了一种传动轴，其附着有一个光学编码环。该整体可以通过铰孔和在轴上旋转编码环以形成波浪弯来组装在一起。
文档编号B62D5/04GK1598336SQ20041005726
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月26日 优先权日2003年8月28日
发明者A·埃克斯伯西托 申请人:弗朗克和皮尼亚尔公司