粉末金屬轂和處理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及粉末金屬轂和處理。具體而言,提供了一種制造蝸形齒輪的方法。該方法包括由粉末金屬材料形成齒輪轂。之后密封齒輪轂的外表面。
【專利說(shuō)明】
粉末金屬轂和處理
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本主題發(fā)明涉及一種蝸形齒輪轂(worm gear hub),且更具體而言,涉及適合用于在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向單元和系統(tǒng)中使用的蝸形齒輪轂組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)單元中,電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)蝸桿軸(worm shaft)和蝸形齒輪,以對(duì)轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)提供輔助轉(zhuǎn)矩。這減少了使車輛轉(zhuǎn)向所需的力。目前,在這些系統(tǒng)中使用的蝸形齒輪已使用實(shí)心鋼圓盤制成。然后各圓盤在周邊上加工滾花。于是圓盤是蝸形齒輪組件的基座或轂。
[0003]對(duì)滾花表面進(jìn)行噴砂(bead blast)以準(zhǔn)備用于硅烷溶液處理,該硅烷溶液處理準(zhǔn)備金屬以用于結(jié)合。將通過(guò)旋鑄方法制成的塑料環(huán)放置在金屬上。在塑料被壓上之后,加熱蝸形齒輪組件,以導(dǎo)致塑料熔化到輪轂的滾花表面中并結(jié)合于鋼。這之后跟著退火周期,以使塑料應(yīng)力消除。轂組件被壓到軸上,且齒被滾銑(或切削)到塑料環(huán)中,以完成齒輪組件。如在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用或其他應(yīng)用中使用的,滾花對(duì)塑料的結(jié)合將輔助轉(zhuǎn)矩從蝸桿軸通過(guò)蝸形齒輪組件傳遞到轉(zhuǎn)向軸。制造一個(gè)齒輪轂組件的方法可在美國(guó)專利號(hào)N0.6,638,390中找到。
[0004]加工齒輪轂以形成滾花表面(利用該滾花表面來(lái)結(jié)合塑料)需要額外的工藝和處理。
[0005]因此,期望提供一種能夠在蝸桿軸與轉(zhuǎn)向軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩而沒有現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的蝸形齒輪轂和蝸形齒輪轂組件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例,提供了一種制造蝸形齒輪的方法。該方法包括由粉末金屬材料形成齒輪轂。之后密封齒輪轂的外表面。
[0007]在本發(fā)明的另一示范實(shí)施例中,還提供了一種齒輪轂。其包括由粉末金屬材料形成的齒輪轂主體。齒輪轂主體具有密封的外表面。
[0008]在本發(fā)明的又一不范實(shí)施例中,提供了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向軸,該轉(zhuǎn)向軸在一端處連接到轉(zhuǎn)向輪且在相反端處連接到齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。提供了轉(zhuǎn)向輔助單元,其包括電動(dòng)馬達(dá),該電動(dòng)馬達(dá)由控制器操作并驅(qū)動(dòng)蝸桿。蝸形齒輪置于蝸桿和轉(zhuǎn)向軸之間,蝸桿具有蝸桿齒且該蝸桿齒裝配在轉(zhuǎn)向軸上。蝸形齒輪還包括由粉末金屬材料形成的盤。該盤具有密封的外表面。提供覆蓋盤的一部分的聚合物環(huán)。該環(huán)具有在環(huán)的外邊緣表面上的齒輪齒,以用于與蝸桿齒嚙合。
[0009]當(dāng)結(jié)合附圖理解時(shí),容易地從本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中明白本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)僅作為例子出現(xiàn)在實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中,該詳細(xì)描述參照附圖,在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖;
[0012]圖2是示出形成并處理粉末金屬齒輪轂的方法的流程圖;
[0013]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的齒輪轂的正視圖;
[0014]圖3B是根據(jù)本發(fā)明的齒輪轂的等距視圖;
[0015]圖4A是齒輪轂的處理過(guò)的表面的顯微圖;
[0016]圖4B是齒輪轂的處理過(guò)的表面的另一顯微圖;
[0017]圖5是示出本發(fā)明的另一個(gè)方面的示圖;
[0018]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的成品蝸形齒輪的示圖;且
[0019]圖7是正視圖,部分地以橫截面示出本發(fā)明的另一方面。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在參考附圖,其中本發(fā)明將在參考特定實(shí)施例而不對(duì)進(jìn)行限制的情況下來(lái)描述,且根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例,圖1示出了用于機(jī)動(dòng)車輛的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)10。EPS系統(tǒng)10包括齒條-小齒輪型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)12,該齒條-小齒輪型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)12包括位于齒輪殼體14下方的齒條(未示出)和小齒輪(未示出)。轉(zhuǎn)向輪16聯(lián)接到上轉(zhuǎn)向軸18。在轉(zhuǎn)向輪16被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),上轉(zhuǎn)向軸18 (其連接到下轉(zhuǎn)向軸20和萬(wàn)向接頭22)轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪。小齒輪的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)齒條,齒條移動(dòng)系桿24(僅示出一個(gè)),系桿24又移動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)26(僅示出一個(gè)),轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)26轉(zhuǎn)動(dòng)輪28 (僅示出一個(gè))。
[0021]EPS輔助轉(zhuǎn)矩通過(guò)轉(zhuǎn)向輔助單元30來(lái)提供,轉(zhuǎn)向輔助單元30包括控制器32和電動(dòng)馬達(dá)34??刂破?2由車輛電源36通過(guò)供應(yīng)線路38來(lái)供能??刂破?2通過(guò)信號(hào)線40接收指示車輛速度的信號(hào)。轉(zhuǎn)向小齒輪角度由位置傳感器42測(cè)量,并通過(guò)線路44傳送到控制器32。在轉(zhuǎn)向輪16被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)矩傳感器43感測(cè)由車輛操作者施加到轉(zhuǎn)向輪16的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩傳感器43可包括扭力條(未示出)和可變電阻型傳感器(未示出),可變電阻型傳感器與扭力條上的扭曲量相關(guān)地通過(guò)線路46對(duì)控制器32輸出可變電阻信號(hào)。
[0022]響應(yīng)于線路40、44和46上的輸入,控制器32通過(guò)線路48對(duì)電動(dòng)馬達(dá)34發(fā)送指令信號(hào)。馬達(dá)34又通過(guò)蝸桿50和蝸形齒輪52對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10供應(yīng)輔助轉(zhuǎn)矩,以便對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10提供轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩輔助,該轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩輔助補(bǔ)充由車輛操作者施加的轉(zhuǎn)向力。
[0023]在示范實(shí)施例中,齒輪轂用于形成蝸形齒輪52。在示范實(shí)施例中,齒輪轂由粉末金屬形成。圖2示出了流程圖,該流程圖例示由粉末金屬形成的齒輪轂的制造。在步驟202中,壓制粉末金屬以形成齒輪轂。粉末金屬可以是任何適合的粉末金屬。在示范實(shí)施例中,粉末金屬模具用于形成齒輪轂,諸如在圖3A和3B中示出的齒輪轂。
[0024]圖3A和3B示出了齒輪轂110。在示范實(shí)施例中,齒輪轂110包括由多個(gè)齒112限定的直徑。在示范實(shí)施例中,齒112是以螺旋角從中心軸線“X”徑向向外地延伸的螺旋齒112。在某些實(shí)施例中,螺旋齒112相對(duì)于“X”軸線以19度的近似角度配置。
[0025]齒輪轂110還包括內(nèi)周向邊緣114。轂110的主體部115在外周向邊緣111和內(nèi)周向邊緣114之間延伸。齒輪轂110的相反的內(nèi)面132和相反的外面133在主體部分115上通常為非對(duì)稱的。在某些實(shí)施例中,孔116穿過(guò)面132、133而形成。有利地,孔116可節(jié)省質(zhì)量,同時(shí)便于EPS單元的組裝,諸如圖1和7中所示的EPS單元。
[0026]有利地,齒輪轂110的幾何形狀,諸如多個(gè)螺旋齒112,允許容易地從粉末金屬模具移除所形成的齒輪轂110,從而便于簡(jiǎn)化的操作。另外,齒輪轂110和螺旋齒112的幾何形狀允許相對(duì)大的表面面積,和在其上形成的聚合物環(huán)的優(yōu)良的軸向和徑向固持,從而促進(jìn)高品質(zhì)結(jié)合。在某些實(shí)施例中,螺旋齒112被底切,以進(jìn)一步促進(jìn)成形期間塑料的流動(dòng)。
[0027]回頭參照?qǐng)D2,在步驟204中,可燒結(jié)所壓制的粉末金屬,以形成齒輪轂,諸如齒輪轂110。由于材料和形成工藝的特點(diǎn),在燒結(jié)之后,粉末金屬可為多孔的。為了促進(jìn)金屬齒輪轂和聚合物環(huán)之間的強(qiáng)結(jié)合,可應(yīng)用粘附促進(jìn)劑,諸如硅烷溶液。然而,粉末金屬部件的孔隙率可損害粉末金屬齒輪轂與聚合物環(huán)之間的粘附,以及硅烷溶液的應(yīng)用。因此,可處理齒輪轂的表面,以促進(jìn)粘附并提高硅烷溶液處理的效果,如在步驟206a和206b中描述的。
[0028]在示范實(shí)施例,如步驟206a中所示,齒輪轂的外表面可利用蒸汽來(lái)處理。在示范實(shí)施例中,利用蒸汽處理齒輪轂的外表面以形成氧化,來(lái)密封表面并降低表面孔隙率。在某些實(shí)施例中,齒輪轂暴露于范圍從925華氏度至1000華氏度的蒸汽約I小時(shí)。在這種蒸汽處理之后,在表面上形成黑色氧化物,從而使表面孔隙率最小化。有利地,在蒸汽處理期間還形成表面粗糙度,從而進(jìn)一步便于硅烷溶液的應(yīng)用且促進(jìn)與聚合物環(huán)的粘附。蒸汽處理的粉末金屬齒輪轂的相對(duì)表面粗糙度示于圖4A和4B中。
[0029]在其他實(shí)施例中,如步驟206b中所示,密封或以其他方式用樹脂處理外表面的小孔??蓪渲n到粉末金屬齒輪轂的外表面中,以便于硅烷溶液的應(yīng)用。
[0030]在某些實(shí)施例中,如步驟208中所示,將硅烷溶液應(yīng)用到齒輪轂的外表面。硅烷溶液可以包括聚合物鏈,聚合物鏈便于粉末金屬齒輪轂與聚合物(諸如用于形成蝸形齒輪的聚合物環(huán))之間的粘附。在示范實(shí)施例中,硅烷溶液的應(yīng)用在齒輪轂的表面處形成單原子層,其中,一側(cè)結(jié)合于無(wú)機(jī)化合物,諸如粉末金屬表面,而另一側(cè)結(jié)合于有機(jī)化合物,諸如聚合物環(huán)。在示范實(shí)施例中,粉末金屬齒輪轂的之前的表面處理允許硅烷溶液處理保持在齒輪轂的表面處,而不被多孔粉末金屬構(gòu)造吸收。
[0031]在示范實(shí)施例中,如步驟210中所示,在齒輪轂的一部分上形成聚合物環(huán)?,F(xiàn)在參考圖5,聚合物環(huán)160放置在齒輪轂110上,以形成齒輪坯料170。表面處理和硅烷溶液可提高聚合物環(huán)160與齒輪轂110之間的粘附性。聚合物環(huán)160包括內(nèi)環(huán)面161、外環(huán)面162、和外邊緣表面163。外邊緣表面163具有比齒輪轂110的直徑大的外徑。齒輪轂110的螺旋齒112由聚合物環(huán)160覆蓋,并封閉在其中。在示范實(shí)施例中,聚合物環(huán)160注塑模制到齒輪轂110上,由螺旋齒112促進(jìn)。在其他實(shí)施例中,聚合物環(huán)160由切成環(huán)的旋鑄管形成,其中,將所得的聚合物環(huán)160壓到齒輪轂110上。在某些實(shí)施例中,感應(yīng)地加熱齒輪轂110和聚合物環(huán)160,以熔化聚合物環(huán)160的內(nèi)表面,以流入并在冷卻之后粘附到螺旋齒112。有利地,螺旋齒112可底切,以允許注塑模制的聚合物在其中流動(dòng)。此外,通過(guò)在放在下面的螺旋齒112上形成聚合物環(huán),蝸形齒輪52可具有增大的強(qiáng)度、負(fù)載傳遞、聚合物環(huán)160的軸向固持、和聚合物環(huán)160的徑向固持。另外,減小軸向偏移且增大轉(zhuǎn)矩傳遞。以大體上矩形的橫截面注塑模制聚合物環(huán)160,從而形成大體上圓的形狀,從而完成如圖5中所見的齒輪坯料170。
[0032]之后,將齒輪坯料170被壓到軸上,且在所示的示例中,壓倒下轉(zhuǎn)向軸20上。按壓步驟之后跟著滾銑過(guò)程,如在圖2的步驟212中例示的,其將多個(gè)單獨(dú)的齒輪齒180切削到齒輪坯料170的聚合物環(huán)160的外邊緣表面163中。在某些實(shí)施例中,齒輪齒180的角度與在齒輪轂中形成的螺旋齒112的角度匹配。有利地,通過(guò)形成具有與放在下面的螺旋齒相同的角度的齒輪齒180,蝸形齒輪52可具有提高的強(qiáng)度、負(fù)載傳遞、和聚合物環(huán)160的軸向固持。減少此外,軸向偏移且增大轉(zhuǎn)矩傳遞。結(jié)果是圖6中所示的置于圖7的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)12內(nèi)的蝸形齒輪
52。如所例示的,圖7示出了下轉(zhuǎn)向軸20和連接到扭力條45的扭矩傳感器43。在截面中示出的蝸形齒輪52被壓在下轉(zhuǎn)向軸20上并由蝸桿50驅(qū)動(dòng),蝸桿50又由電動(dòng)馬達(dá)34(圖1中所示)驅(qū)動(dòng)。
[0033]使用粉末金屬構(gòu)造允許節(jié)約重量和成本,同時(shí)實(shí)現(xiàn)諸如螺旋齒112的特征而無(wú)需二次過(guò)程,諸如加工。在所示的非限制性實(shí)施例中,蝸形齒輪52的螺旋齒112承載下軸20與蝸桿50之間的扭轉(zhuǎn)剛度,從而允許EPS系統(tǒng)10在顯著的成本降低下可靠地運(yùn)行。
[0034]雖然已參照示范實(shí)施例描述了本發(fā)明,但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是,可作出各種改變且可等同物可替代其要素而不偏離本發(fā)明的范圍。此外,可作出許多修改,以使特定的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其實(shí)質(zhì)范圍。因此,意圖本發(fā)明不限于作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而構(gòu)想的最佳實(shí)施方式所公開的具體實(shí)施例,而是本發(fā)明將包括落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造蝸形齒輪的方法,其包括: 由粉末金屬材料形成齒輪轂;且 密封所述齒輪轂的外表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括氧化所述齒輪轂的外表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括蒸汽處理所述齒輪轂的外表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括用樹脂浸漬所述齒輪轂的外表面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括使所述外表面暴露于硅烷溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括壓制所述粉末金屬材料以形成所述齒輪轂。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括燒結(jié)所述粉末金屬材料以形成所述齒輪轂。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括沿所述齒輪轂的外周向邊緣形成多個(gè)齒。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括形成或放置覆蓋所述齒輪轂的一部分的聚合物環(huán)。10.一種齒輪轂,其包括: 由粉末金屬材料形成的齒輪轂主體,其中,所述齒輪轂主體具有密封的外表面。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪轂,其中,所述密封的外表面被氧化。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪轂,其中,所述密封的外表面被蒸汽處理。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪轂,其中,所述密封的外表面被樹脂浸漬。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪轂,其中,所述密封的外表面被利用硅烷溶液來(lái)處理。
【文檔編號(hào)】F16H55/22GK105889460SQ201610208050
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】A·G·圖爾克, J·E·貝耶萊因, N·A·馮馬特
【申請(qǐng)人】操縱技術(shù)Ip控股公司