一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈及其加工方法

2023-06-10 03:34:06

專利名稱：一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈及其加工方法
技術領域：
本發明屬於汽車製造技術領域，涉及ー種齒圈和齒圈加工方法，特別是一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈及其加工方法。
背景技術：
汽車電動助力轉向系統簡稱EPS，從上世紀80年代提出和應用以來，以其省油節能、環保、安全、結構簡單、便於裝置和維修，及按需提供轉向助力等明顯特點，大幅度改善和提高了汽車的靜態和動態性能，逐漸取代汽車液壓助力轉向系統已成為ー種趨勢。21世紀以來，國內外轎車、微車、商用車、新能源汽車等廣泛應用EPS助力轉向系統。較普及的是轉向柱式，小齒輪助力式，齒條助力式，最新又推出循環球式。但無論是哪ー種型式的EPS電動助力轉向系統都必須配置扭矩傳感器。扭矩傳感器在EPS系統中是至 關重要的部件，扭矩信號的失真、滯後、離散直接影響汽車方向操縱的穩定性和安全性。隨著EPS電動助力轉向系統的技術日趨完善和提升，該系統配置的扭矩傳感器也隨之不斷更新和提升。目前國內外EPS扭矩傳感器有下列四種型式電位器式傳感器、皮爾盤式傳感器、鋁隔磁環式傳感器、齒圈磁感應式傳感器，其中電位器式傳感器和皮爾盤式傳感器為接觸式傳感器，隔磁環式傳感器和齒圈磁感應式傳感器則屬於非接觸式傳感器。非接觸式傳感器因其結構簡単，採用磁感應無觸點形式，性能優於接觸式傳感器。而齒圈磁感應式傳感器是目前最為普及和技術領先的，日系EPS率先推出並被日系車和國產合作生產的日系車廣泛採用。無觸點齒圈磁感應式傳感器包括輸出軸、中間軸、扭カ杆、感應線圈組件、變送板以及ー個中齒圈和兩個邊齒圈，這三個齒圈的エ藝要求高，製造和加工困難，加工成本高，増加了扭矩傳感器的製造成本。按傳統的設計方法，兩個邊齒圈齒形設計為梯形，中齒圈齒形設計為梯形或矩形。這種設計，給加工帶來了極大的難度。在這種設計條件下，三個齒圈只能用兩種方法成型一、冷擠壓或粉未冶金燒結；ニ、管料機加工成梯形或矩形。前者製造精度低，造成材料和位置度誤差達不到技術要求。後者造成加工成本高，而且不易達到齒形均布的技術要求。

發明內容
本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了ー種加工非常簡便的非接觸式扭矩傳感器的齒圈及其加工方法。本發明的目的可通過下列技術方案來實現ー種非接觸式扭矩傳感器的齒圈，包括呈管狀的本體，所述本體的端面上周向開設有呈弧形的齒槽，所述的齒槽的弧形軸心與本體的徑向方向重合且均布在本體的側壁上。為解決齒圈加工難，精度低的問題，首先要了解齒圈在傳感器結構中所起的作用。非接觸式扭矩傳感器具有三個齒圈邊齒圈I、邊齒圈II、中齒圈，把邊齒圈I固定在輸出軸上，中齒圈和邊齒圈II固定在中間軸上(中間軸和輸入軸下部鋼性連接)，裝配時進入線圈組件磁場I形成介質磁場(即磁場II)。此種磁感應傳感器的磁場溫度等於磁場I加磁場II，感應線圈組件兩組線圈的中線分配對齊兩組齒圈的中線。分別形成了前動圈電感量設計值和後靜圈電感量設計值，且ニ值相等。所有鐵磁介質都是非線性介質，而空氣或聚丙稀是非鐵磁介質。只有非鐵磁介質呈線性，所以要保持磁場電感量的穩定和一致，設計中已規定兩組齒圈中保持非鐵磁介質的設計距離。非鐵磁介質的磁滯和面積有相應的線性關係。所以三個齒圈原設計中齒型為標準均布的梯形或矩形。那麼，把三個齒圈的齒槽從梯形或矩形改成標準的弧型，在沒有改變介質的線性關係，保持原有介質面積以及齒槽在齒圈的均布特徵的條件下，弧型槽的齒圈也是可以適用在的非接觸式扭矩傳感器上。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈中，所述的齒槽呈半圓弧形。半圓弧形加工方便，而且尺寸容易控制。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈中，所述的兩相鄰齒槽之間的間距等於齒槽的開ロ寬度的I. 5-2倍。
在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈中，所述的本體的材料為20CrMnTi鋼。20CrMnTi鋼是性能良好的滲碳鋼，淬透性高。經滲碳淬火後具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部。具有較高的低溫衝擊韌性，焊接性中等。正火後可切削性能良好，特加工變形微小。用於製造截面小於30_的承受高速、中等或重載荷衝擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圏、齒輪軸十字等。ー種非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，它包括如下步驟A、選材、下料選取與齒圈內外徑相同的管材，將管材切割成預定長度的坯料；可以使用切割機將管材切斷，並預留加工餘量。B、裝夾將兩段坯料的端面相貼合且同軸固定在鑽床上，坯料的側壁正對鑽頭；夾具要求能夠將兩個半成品同軸固定並且兩個端面能夠緊密貼合在一起，緊密貼合在一起是確保下ーエ序中提高齒槽加工的精確度。C、鑽孔以兩個坯料貼合的交界線為鑽孔的中心線，進行鑽孔，鑽穿ー個孔後，將兩段坯料同向轉動相同角度，所轉角度等於360° /孔的個數，按規格繼續轉動坯料和鑽孔直至鑽完所有孔。以交界線為鑽孔的中心線，那麼加工出來的齒槽對稱一致，而且在半成品周向上等份鑽孔，使得齒槽能夠周向均布。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法中，所述的步驟A中的管材為冷拉管材。冷拉管材的材料穩定性高,可保證加工精度。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法中，所述的步驟A之後進行磨削端面。將需要加工齒槽的端面用車床車平並磨光，使加工而成的兩個管材的端面可以更好地貼合在一起。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法中，所述的步驟C之後進行鉸孔エ藝。鑽孔後回在孔的邊緣留下較多毛刺，通過鉸孔エ藝去除毛刺。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法中，所述的坯料加工成型後的產品可以為邊齒圈或中齒圈。由於邊齒圈和中齒圈的齒槽相同，故可以一次同時完成邊齒圈和中齒圈的製造。在上述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法中，所述的步驟C中鑽頭的軸心線與坯料的軸心線相垂直。
與現有技術相比，本非接觸式扭矩傳感器的齒圈質量高，尺寸容易控制，其加工方法能有效降低製造成本，保證齒槽的加工精度，達到非接觸式傳感器的技術要求，使其工作性能更加穩定和可靠。


圖I是齒圈的結構示意圖。圖2是兩個齒圈配合鑽孔後的結構示意圖。
圖中，I、本體；2、齒槽；3、交界線。
具體實施例方式如圖I所示，非接觸式扭矩傳感器的齒圈包括呈管狀的本體1，本體I的端部上沿徑向方向開設有呈弧形的齒槽2，齒槽2具有8個且圓周均布在端面上。具體來說，如圖2所示，齒槽2呈半圓弧形，齒圈的材料為20CrMnTi鋼。齒槽2數為8個且呈圓周均布，兩相鄰齒槽2之間的間距等於齒槽2的開ロ寬度I. 5-2倍。本非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法包括如下步驟a、採用切割工具機對冷拉管材進行切割；b、採用車床對坯料的端面進行車削處理；b、採用磨床對車削後的端面進行磨平；d、設計製作好標準的夾具；e、將兩個坯料固定在鑽床的夾具上，使其同軸固定且端面互相緊緊貼死；f、以兩端面的交界線為中心線周向若干等份地鑽孔，鑽頭的軸心線與本體的軸心線相垂直；g、清理鑽孔後產生的毛刺，齒槽加工完成，得到成品齒圈。本齒圈加工方法成本低，加工エ序簡單，可控性高，而且經過上述步驟加工出來的齒圈尺寸精度高，齒槽分布均勻。裝配時，一個邊齒圈和中齒圈固定在中間軸上，另ー個邊齒圈固定在輸出軸上。這種非接觸式傳感器的優點是無觸點，沒有磨損，使用壽命長。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了本體I、齒槽2、交界線3等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈，包括呈管狀的本體(1)，所述本體(I)的端面上周向開設有呈弧形的齒槽(2)，所述的齒槽(2)的弧形軸心與本體(I)的徑向方向重合且均布在本體(I)的側壁上。
2.根據權利要求I所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈，其特徵在於，所述的齒槽(2)呈半圓弧形。
3.根據權利要求2所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈，其特徵在於，所述的兩相鄰齒槽(2)之間的間距等於齒槽(2)的開口寬度的I. 5-2倍。
4.根據權利要求I或2或3所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈，其特徵在於，所述的本體(I)的材料為20CrMnT i鋼。
5.一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，它包括如下步驟 A、選材、下料選取與齒圈內外徑相同的管材，將管材切割成預定長度的坯料； B、裝夾將兩段坯料的端面相貼合且同軸固定在鑽床上，坯料的側壁正對鑽頭； C、鑽孔以兩個坯料貼合的交界線(3)為鑽孔的中心線，進行鑽孔，鑽穿一個孔後，將兩段坯料同向轉動相同角度，所述角度等於360° /孔的個數，按規格繼續轉動坯料和鑽孔直至鑽完所有孔。
6.根據權利要求5所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，所述的步驟A中的管材為冷拉管材。
7.根據權利要求6所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，所述的步驟A之後進行磨削端面。
8.根據權利要求5或6或7所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，所述的步驟C之後進行鉸孔工藝。
9.根據權利要求8所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，所述的還料加工成型後的廣品可以為邊齒圈或中齒圈。
10.根據權利要求9所述的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法，其特徵在於，所述的步驟C中鑽頭的軸心線與坯料的軸心線相垂直。
全文摘要
本發明提供了一種非接觸式扭矩傳感器的齒圈及其加工方法，屬於汽車製造技術領域。它解決了現有的非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工工藝複雜、製造成本高的問題。本非接觸式扭矩傳感器的齒圈包括呈管狀的本體，本體的端面上周向開設有呈弧形的齒槽，齒槽的弧形軸心與管狀的徑向方向一致且均布在本體的側壁上。本非接觸式扭矩傳感器的齒圈加工方法如下A、選材、下料；B、裝夾將兩段坯料的端面相貼合且同軸固定在鑽床上，坯料的側壁正對鑽頭；C、鑽孔以兩個坯料貼合的交界線為鑽孔的中心線，進行鑽孔。本加工方法能有效降低製造成本，保證齒槽的加工精度。
文檔編號B23P15/00GK102759423SQ201210275059
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月4日 優先權日2012年8月4日
發明者鄭劍峰, 馬寅初 申請人:玉環縣金峰實業有限公司