专利名称：转向机构主动齿轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过冷加工或热加工制齿的转向机构主动齿轮，其作为汽车上的转向机构的转向轴和齿条之间的一体式耦合连接件，其中，该转向机构主动齿轮具有一个在其外侧面带有斜齿的圆柱形齿柱段以及一个与该齿柱段同轴相连的圆柱形轴段，该轴段的直径大于所述齿柱段的直径，且该轴段的端部段具有一用于连接所述转向轴的同步传动孔，此外，在所述斜齿的齿根圆与所述轴段之间设有一过渡区域。
这种类型的转向机构主动齿轮已经记载在日本专利申请公开说明书JP 7-306729A和JP 11-10274A中，为了在锻造时控制材料流，在这些转向机构主动齿轮中设有一大致三角形的斜面，其设置在所述锻模空腔中的齿距入口区域。该三角形斜面这样倾斜地设置，使得它扩宽了所述入口区域并沿着旋转方向使所述材料流相错位，因此更好地实现对所述形成斜齿的模具空腔的充填。有关这些已知的技术方案还存在未被考虑到的问题虽然能达到较好地填充用于形成斜齿的模腔，但是不能确保对用于所述轴段的空腔实现均匀地充填，当设置一个与所述轴段的外直径相比为大面积的同步传动孔时，情况更是如此。
本发明所要解决的技术问题是改进所述转向机构主动齿轮的结构设计，使得其有利于材料流沿两个相反方向流动到加工时所采用的模具的相应型腔中，也就是说，沿一个方向填充所述转向机构主动齿轮的圆柱形齿柱段，而沿另一方向填充同轴地连接到其上的轴段。
上述技术问题通过具有本发明权利要求1特征部分给出的成型结构的转向机构主动齿轮而得以解决。按照本发明，位于所述斜齿的齿根圆和所述直径更大的轴段之间的过渡区域至少包括两个圆锥段，即一个具有第一圆锥角α1(滞流角)的径向外圆锥段和一个具有第二圆锥角α2(入流角)的径向内圆锥段，所述外圆锥段在所述斜齿的齿端处的齿顶圆直径和所述轴段之间延伸，所述内圆锥段在所述齿端处的齿顶圆直径和所述斜齿的齿根圆之间延伸，所述滞流角(Stauwinkel)α1大于或等于所述入流角(Einlaufwinkel)α2，且所述过渡区域至少包括一具有第一半径的倒圆段，该倒圆段(Rundungsabschnitt)从所述外圆锥段过渡到所述轴段的圆柱形外表面。
通过所述转向机构主动齿轮的这种结构在对其加工时可以通过适当选择滞流角α1和入流角α2来控制流动阻力，以确保完全填充所述模具空腔。利用本发明的构思，在压制时可以这样调节所述阻力，使所述毛坯材料以相互匹配的方式沿两个相反方向流动。在这种情况下，优选追求在完全填充所述轴段的同时也完全填充所述齿柱段区域内的沿纵向延伸的螺纹。在本发明的范围，一个重要认识是，通过适当选择进入到齿柱段中的流入阻力，可以在产生一足够大背压的条件下沿相反方向挤压所述材料。这样一来，在将同步传动孔的尺寸设计得相当大时也能实现无瑕疵地填充所述轴段。
按照本发明的进一步建议，所述滞流角α1根据所述同步传动孔的孔横截面这样来确定，即，该滞流角α1对应于该横截面的尺寸与所述轴段的外直径有关地同步增大或减小。也就是说，当同步传动孔与轴段之间的横截面之比增大时，则优选一个相对更大的滞流角α1。
为了确定所述入流角α2，按照本发明，所述入流角α2根据所述斜齿的螺旋角β这样来确定，即，该入流角α2以与所述螺旋角β的角度变化相反的方式增大或减小。这样，所述螺旋角β对流动阻力的影响得到了补偿，从而可以使所述材料流沿朝向齿的方向及反向地沿朝向所述轴段的方向相互匹配。
在本发明的范围，除了所述外圆锥段和内圆锥段以及所述具有第一半径R1的倒圆段外，还可设有其他的倒圆段，以确保提供用于连续材料流的流畅的过渡区。为此优选设有一个构成所述外圆锥段和所述内圆锥段之间过渡区的、具有第二半径R2的倒圆段。另外，还可以设有另一个从所述内圆锥段过渡到所述斜齿的齿根圆的、具有第三半径R3的倒圆段。以这种方式似乎形成一个在所述斜齿端部处的齿顶圆直径高度具有一拐点的过渡区域，其前提条件是所述入流角α2小于所述滞流角α1。只有当这两个角度相同时，两个圆锥段才位于一条线上。从以本发明构思为基础的规定α1≥α2出发，当这两个角度不相等时，半径R1和R2代表的圆弧反向地弯曲。半径R3代表的圆弧与半径R2代表的圆弧的弯曲方向一致。也就是说，对于半径R2相对于半径R1的关系也同样适用于R3，即，半径R1和R3所代表的圆弧相互反向弯曲。
本领域技术人员本身可以掌握从本发明权利要求所限定的转向机构主动齿轮的形状来自动推导出成型过程所采用模具的相应空腔形状。
下面借助附图对本发明的转向机构主动齿轮予以说明
图1以三维立体图示出所述转向机构主动齿轮；图2是一局部剖开的转向机构主动齿轮侧视图；图3表示图2中的横截面III-III，其具有一两侧成平面轮廓形式的同步传动孔，图3a表示一种对应于图3的具有一六角形轮廓形式的同步传动孔的变形方案，图3b表示一种对应于图3的具有一内键槽形齿轮轮廓形式的同步传动孔的变形方案，图4是所述位于轴段与齿柱段之间的过渡区域的示意图，图5是一放大立体侧视图。
图1以三维立体图示出一种本发明的转向机构主动齿轮1。该转向机构主动齿轮1包括一圆柱形轴段2，且在与该圆柱形轴段同轴的延长段上有一个同样是圆柱形的齿柱段3，该齿柱段3具有沿其整个长度延伸的螺旋形齿或斜齿。与该转向机构主动齿轮1相配的是一个在图中以虚线表示的、其上具有一啮合段5的、用于汽车转向的齿条4。在完成转向时，所述转向机构主动齿轮1的斜齿啮合到所述齿条4上，并通过经汽车的转向柱传递到图中以虚线表示的转向轴6上的转向回转来推移该齿条4。该转向轴6在其朝向转向机构主动齿轮1的端部具有两个彼此对置的截成的平面7，这两个截成的平面7构成了用于与一个在图1中看不见的、但在图2和3中示出的、位于所述轴段2朝向转向轴6的端部中的同步传动孔9相耦合连接的关键面。另外，所述转向轴6在其连接端具有一个伸入到所述同步传动孔9(见图2)中心区内对应孔11(见图2)中的圆柱形-中心凸柱8。所述孔11可以通过成型加工或者通过后续的车削加工制成。
在图2所示的侧视图中示出了位于所述轴段2区域的同步传动孔9。从中可以看出借助于边界线10表示的一平面形的贴合面18(见图3)以及一用于容纳所述转向轴6的中心凸柱8的孔11，所述转向轴6的关键面7几乎无间隙地贴靠在该贴合面18上。示意地以惯常方式表示了所述转向机构主动齿轮1的齿柱段3的斜齿，其中，虚线12相当于斜齿的齿根圆，而轮廓线13相当于齿顶圆。在齿柱段3的内端处细15与16之间表示轴段2的圆柱形部段与齿柱段3之间的过渡区段，同样示出了表示齿端的环行线17。
图3对应地示出了图2中的截面III-III。从图中可看到按比例尺寸的不带有阴影线的同步传动孔9的横截面、用于转向轴6的侧向关键面7的贴合面18以及中心孔11。
图3a、3b示出了图3的变换方式，按照图3a，同步传动孔的关键面为六棱形型面构成，按照图3b，同步传动孔设计为内键槽形齿轮的方式。
图4示意地示出了本发明的技术方案。它以沿纵轴线19对半截取的方式表示所述转向机构主动齿轮1的过渡区域14的示意图。为了与图2联系起来考虑，以所述上边界线15及下边界线16表示该过渡区域14的边界。上边界线15的高度由半径R1到轴段2的圆柱体圆周表面之间的过渡段确定。下边界线1 6由半径R3到齿根圆直径12之间的过渡段确定。另外，图中还示出了所述齿柱段3的相当于齿轮齿顶圆的轮廓线13。下面对另外四条位于该过渡区域14边界线15、16之内、且与它们相平行的水平线21至24的含义作一说明。它们用于详细描述所述如在权利要求1中限定的过渡区域。
水平线21与所述过渡区域的轮廓相交形成的交点31为该半径R1的曲线与一个其圆锥角以滞流角α1表示的径向外圆锥段25之间的转换点。水平线22的高度由所述外圆锥段25的内端与半径R2之间的交点32给出，其中该半径R2由相当于齿柱段3的齿顶圆直径的轮廓线13出发延伸，构成通向一径向内圆锥段26的过渡区。所述半径R2与径向内圆锥段26之间的交点33确定水平线23的高度。所述径向内圆锥段26的径向内端以与水平线24相交的交点34表示。与R2同样方式弯曲的半径R3从交点34起构成通向相当于齿轮齿根圆直径的轮廓线12的过渡区。限定齿柱段3内过渡区域14的边界线16与轮廓线12相交得到了构成过渡区域14轮廓端点的交点35。
以这种方式限定成由两个圆锥段25、26和三个相应于半径R1、R2、R3的弧段构成的过渡区域14。在此，只有连接轴段2与齿柱段3之间的大直径跃变的半径R1是关键的。完全可以设想，取消半径R1，R2，尤其当滞流角α1和入流角α2相差不大时，更可以这样做。在这种情况下，交点32、33彼此相移近，从而它们均处于相当于齿轮齿顶圆13的轮廓线13上，且所述交点34经过交点35移动到所述过渡区域14的相邻边界线16上。
如果在冷挤压时让材料的流动方向沿箭头27的方向来灌注所述齿柱段3，则所选择的滞流角α1越大，外圆锥段25就具有更大的进入阻力。只有在越过该阻力区后，通常较小的入流角α2才确定了在灌注所述构成螺旋形齿的空腔时形成的进一步的流动阻力。入流角α2选择得越小，灌注所述齿柱段3的速度就越快。但是在此还必须要注意的是，入流角α2取决于斜齿的螺旋角β(见图5)，确切地说，入流角α2以与螺旋角β的角度变化相反的方式增大或减小。其中，通过一更小的入流角α2来实现增大所述螺旋角β，由此减小流入阻力，反之情况相反。
图5以放大示意图表示所述齿柱段3的标注有螺旋角β的螺旋齿形。线15和16按照对图2和4说明的定义限定了所述过渡区域14的边界。水平线28表示所述斜齿的朝向所述轴段2的端部。所述径向的外圆锥段25在所述水平线21和22之间延伸。
相当于所述径向内圆锥段26(其锥度由入流角α2确定)的、大致为三角形的斜面29与模具型腔在所述齿柱段3进口区的的结构对应。该三角形斜面29构成了所述入流区域到所述斜齿本身的过渡。
权利要求
1.一种通过冷加工或热加工制齿的转向机构主动齿轮(1)，其作为汽车上的转向机构的转向轴(6)和齿条(4)之间的一体式耦合连接件，其中，该转向机构主动齿轮(1)具有一个在其外侧面带有斜齿的圆柱形齿柱段(3)和一个与该齿柱段同轴相连的圆柱形轴段，该轴段的直径大于所述齿柱段的直径，且该轴段的端部段具有一用于连接所述转向轴(6)的同步传动孔(9)，此外，在所述斜齿的齿根圆(12)与所述轴段(2)之间设有一过渡区域(14)，其特征在于所述过渡区域(14)至少包括两个圆锥段，即一个具有第一圆锥角(α1)(滞流角)的径向外圆锥段(25)和一个具有第二圆锥角(α2)(入流角)的径向内圆锥段(26)，所述外圆锥段(25)位于在所述斜齿的齿端处的齿顶圆直径(13)与所述轴段(2)之间，所述内圆锥段(26)位于在所述齿端处齿顶圆直径(13)与所述斜齿的齿根圆(12)之间，所述滞流角(α1)大于或等于所述入流角(α2)，且所述过渡区域(14)至少包括一具有第一半径(R1)的倒圆段，该倒圆段从所述外圆锥段(25)过渡到所述轴段(2)的圆柱形外表面。
2.按照权利要求1所述的转向机构主动齿轮，其特征在于所述滞流角(α1)根据所述同步传动孔(9)的孔横截面这样来确定，即，该滞流角(α1)对应于该横截面的尺寸与所述轴段(2)的外直径有关地同步增大或减小。
3.按照权利要求1所述的转向机构主动齿轮，其特征在于所述入流角(α2)根据所述斜齿的螺旋角(β)这样来确定，即，该入流角(α2)以与所述螺旋角(β)的角度变化相反的方式增大或减小。
4.按照权利要求1所述的转向机构主动齿轮，其特征在于所述过渡区域(14)还包括一个具有第二半径(R2)的倒圆段，该倒圆段成为所述外圆锥段(25)和所述内圆锥段(26)之间的过渡区。
5.按照权利要求1所述的转向机构主动齿轮，其特征在于所述过渡区域(14)还包括一个具有第三半径(R3)的倒圆段，该倒圆段从所述内圆锥段(26)过渡到所述斜齿的齿根圆(12)。
全文摘要
本发明涉及一种通过冷加工或热加工制齿的转向机构主动齿轮(1)，其作为汽车上的转向机构的转向轴(6)和齿条(4)之间的一体式耦合连接件，其中，该转向机构主动齿轮(1)具有一个在其外侧面带有斜齿的圆柱形齿柱段(3)和一个与该齿柱段同轴相连的圆柱形轴段，该轴段的直径大于所述齿柱段的直径，且该轴段的端部段具有一用于连接所述转向轴(6)的同步传动孔。位于所述斜齿的齿根圆与所述轴段之间的过渡区域至少包括两个圆锥段，即一个具有第一圆锥角(α
文档编号F16H55/17GK1684782SQ200380100122
公开日2005年10月19日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月21日
发明者克里斯托弗·格罗贝尔 申请人:赛森克鲁普精锻有限责任公司