Способ изготовления валов датчика крутящего момента магнитострикционного типа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик

НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ССР

СР) );.

1"

ПАТЕНТУ т м н н с щ с

Щ и м ст м н щ н н кр н и н (2 (2 (4 (3 (3 (3 (7 (7 (5 к (5

ll

Т (5

) 4831132/08

) 24.09.90

) 30.08.93. Бюл, N 32

) 1-249821

) 25.09.89

)JP

) Кубота Корпорейшн (JP)

) Ренсиро Исино и Есио Сибата (JP)

) Патент США hL 4933580, . Н 01 ) 41/12, апубл, в 1990 г, ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛОВ

ТЧИКА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА МАГНИСТРИЩИОННОГО ТИПА

) Изобретение относится к способу изговления валов датчика крутящего момента гнитострикционного типа, предназначенх для обнаружения изменений в магнитй проницаемости после приложения

Настоящее изобретение относится к особу изготовления валов датчика крутяго момента, а в более узком смысле. к особу изготовления валов датчика крутяго момента магнитострикционного типа, едназначенных для детектирования изнений в магнитной проницаемости, в чаости, в течение приложения крутящего мента.

Целью изобретения является улучшее магнитных свойств вала датчика крутяго момента магнитострикционного типа, На фиг.1 дано схематическое изображее распределения остаточного напряжея во внутренней части вала датчика тящего момента по одному из вариантов стоящего изобретения, где 1 — глубина от верхности вала; 2 — зона, где остаточное пряжение будет почти постоянным; 3—

„„. рЦ „„1838083 АЗ (я)ю В 24 С 1/00 G 01 (3/10 крутящего момента, Многократная дробеструйная обработка осуществляется на по.верхности вала датчика крутящего момента с таким расчетом, чтобы диаметр используемых частиц дроби уменьшался каждый раз.

Подобная схема обработки гарантирует, что зона. в которой остаточное напряжение находится на максимальном и примерно постоянном уровне, располагается на протяжении широкого диапазона, если смотреть по направлению глубины от самого наружного слоя поверхности вала, и простирается от глубинной области к области, близко расположенной от поверхности вала, В результате этого будут улучшаться гистерезис и нелинейность вала и становится возможным использовать широкий диапазон условий возбуждения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил, дробеструйная обработка частицами дроби большого диаметра; 4 — дробеструйная обработка частицами дроби малого диаметра;

5 — зона, где остаточное напряжение будет почти постоянным, 6 — дробеструйная обработка сперва частицами дроби большого диаметра, а затем частицами дроби малого диаметра; 7 — зона. где остаточное напряжение будет почти постоянным; 8 — остаточное напряжение; 9 — сжатие: на фиг.2 — схематическое изображение частотной характеристики в зависимости от гистерезиса и нелинейности для датчика крутящего момента по одному из вариантов настоящего изобретения; где 1 — дробеструйная обработка только частицами стальной дроби диаметром 0,6 мм; 2 — нелинейность; 3— гистерезис; 4 — дробеструйная обработка сперва частицами стальной дроби диамет1838083 ром 0,6 мм, а 38Tev частицами стальной дроби диаметром 44 мкм; на фиг,3 — вид, иллюстрирующий накатанную часть датчика крутящего момента.

Описание предпочтительных вариантов изобретения.

На фиг.1 схематически показано распределение сжимающего остаточного напряжения во внутренней части вала (изготовленного из конструкционной стали марки 815 по спецификации японского промы шлен ного стандарта), когда поверхность

3 f ого вала подвергается дробеструйной обработке сперва частицами дроби большого диаметра (0,6 мм), а затем частицами дроби небольшого диаметра {44 мкм), Вертикальная ось представляет собой величину сжимающего остаточного напряжения, а горизонтальная ось представляет глубину, измеренную от поверхности вала, На этой схеме штрих-пунктирная линия указывает на распределение сжимающего остаточного напряжения, полученного при дробеструйной обработке с использованием большого диаметра частиц дроби(0,6 мм), э пунктирная линия указывает на распределение сжимающего остаточного напряжения, полученного в результате первоначальной дробеструйной обработки поверхности часгицами дроби большого диаметра с последующей обработкой частицами дроби небольшого диаметра (размеры которых указаны выше в скобках).

Кэк уже упоминали выше, в случае использования для дробеструйной обработки частиц дроби только большого диаметра (0,6 мм) зона максимального и примерно и остоя н ного распределения сжимающего остаточного напряжения образуется на какой-то глубине от поверхности вала в довольно широком диапазоне (от 0,05 мм до примерно 0,15 мм), если смотреть в направлении глубины, В случае, когда дробеструйная обработка осуществляется с применением частиц дроби небольшого диаметра (44 мкм), тогда зона максимального и примерно постоянного распределения сжимающего остаточного напряжения образуется на небольшой глубине от поверхности вала в узком диапазоне (от примерно

0 до 0.05 мм), В случае, когда дробеструйная обработка осуществляется сперва с применением чагтиц дроби большого диаметра (0,6 мм), а затем с применением частиц дроби небольшого диаметра (44 мкм), тогда зона максимального и примерно постоянного распределения сжимающего остаточного напряжения будет широкой (от примерно

U,до 0,!5 мм}, причем она близко приближа5

55 ется к поверхности вала. Именно поэтому, по сравнению со случаем использования частиц дроби только одного фиксированного диаметра, становится возможным использовать широкий диапазон условий возбуждения с целью расширения диапазона использования датчиков крутящего момента.

На фиг,2 показаны кривые частотной характеристики в зависимости от гистерезиса и нелинейности для вала датчика крутящего момента, изготовленного по настоящему изобретению, В качестве исходного материала изготовления вала использовали сталь

SNCM марки 815 (по спецификации японского промышленного стандарта). Этот вал подвергали дробеструйной обработке сперва частицами дроби диаметром 0,6 мм и при давлении дроби в 5 кг/см (в оригинале

kgf/ñì — примеч. переводч,) и со степенью

2 охвата не менее 70, а затем частицами дроби диаметоом .44 мкм при давлении дроби 5 кг/см и степенью охвата не менее

70о . Характеристики датчика измеряли с помощью привода постоянного напряжения с эффективным током возбуждения в

35,5 мА, но при изменяющейся частоте. На этой диаграмме нижняя группа кривых относится к измеренным гистерезису и нелинейности. Верхняя группа кривых относится к контрольному образцу и иллюстрирует результат, полученный путем измерения при тех же условиях и для того же исходного материала изготовления вала, но для случая, когда дробеструйная обработка осуществлялась с помощью частиц дроби диаметром только 0,6 мм, приравлении дроби на поверхность в 7 кг/см и при охвате не менее 70 . Из данных этого чертежа совершенно ясно, что в соответствии со способом по настоящему изобретению достигается не только улучшение гистерезиса, но и также нелинейности по сравнению со случаем, когда используется только один размер частиц дроби.

Что же касается величины сжимающего остаточного напряжения в самом наружном слое поверхности, образуемого в результате дробеструйной обработки, то в случае использования дробеструйной обработки с применением стальной дроби диаметром

0,6 мм (см. фиг.1) сжимающее остаточное напряжение примерно в 50 кг/см появляется как в аксиальном, тэк и окружном направлениях, тогда как в случае использования дробеструйной обработки сперва с помощью частиц дроби диаметром 0,6 мм, а затем с помощью частиц дроби диаметром

44 мкм появляется сжимающее остаточное напряжение примерно в 70 кг/см, которое

1838083 аспространяется также как в аксиальном, ак и окружном направлениях, при этом в оследнем случае достигаются заметные лучшения по гистерезису, нелинейности и увствительности. Эксперименты с дробетруйной обработкой проводили в различн ых условиях осуществления самой робеструйной обработки, В ходе этих эксериментов было установлено, что если жимающее остаточное напряжение в саом наружном слое поверхности не было енее примерно 20 кг/см, а район, в котоом сжимающее остаточное напряжение не

ыло менее примерно 20 кг/см . простиратся от самого наружного слоя поверхности о зоны, глубиной не менее 0,1 мм, то в анном случае создавались очень благопритные условия для улучшения гистерезиса, елинейности и чувствительности.

Далее, из данных фиг.2 ясно, что по равнению со случаем дробеструйной обраотки с помощью частиц стальной дроби олько диаметром 0,6 мм предложенное зобретение гарантирует улучшение гистеезиса и нелинейности на протяжении всео диапазона используемых в измерении . астот возбуждения. Основной причиной того улучшения является то, что дробестуйная обработка сперва осуществляется чатицами стальной дроби диаметром О.б мм, а атем частицами стальной дроби диаметом 44 мкм, чтобы гарантировать, что расределение сжимающего остаточного апряжения в непосредственной близости т самого наружного слоя поверхности, в отором в момент измерения напряжения с омощью датчика крутящего, момента скапивается максимальное напряжение, было авномерным, в котором B момент осущестления возбуждения с помощью широкого иапазона частот (от 10 кГц до 100 кГц) жимающее остаточное напряжение нахоится на максимальном уровне и будет равомерным на протяжении всего диапазона лубины оболочки, через который проходит агнитный поток.

Основной причиной упомянутого выше лучшения нелинейности является то, что в анном случае происходит повышение магитной анизотропии канавок.

В соответствии с настоящим изобретеием использование дробеструйной обраотки магнитоанизотропных частей, оторые в данном случае представлены каавками, имеет своим конечным результаом образование остаточного напряжения в помянутых магнитоанизотропных частях. а фиг.3 показана конфигурация накатываия.

В соответствии с данным решением, при котором дробеструйная обработка сперва осуществляется частицами дроби большого диаметра, а затем частицами дроби небольшого диаметра, часто образуемые дробеструйными частицами большого диаметра микротрещины будут затем заделываться дробеструйными частицами малого диаметра, В результате этого будет повышаться качество поверхности вала датчика крутящего момента, а также улучшаться характеристики гистерезиса и нелинейности.

Кроме того, авторы изобретения установили, что для повышения эффективности дробеструйной обработки необходимым условием является, чтобы диаметр частиц дроби для второго и всех последующих этапов дробеструйной обработки был меньше диаметра закругленных донных частей самих канавок, В описанном выше варианте изобретения для показанных на фиг.3 конфигураций канавок с шагом их расположения в 1 мм. с глубиной канавок в 0,8 мм, длиной канавок в 20 мм и диаметром их донной части в 0,2 мм рекомендуется на первом этапе дробеструйной обработки использовать частицы дроби диаметром О,б мм, а на втором — частицы дроби диаметром

44 мкм.

Кроме того, упомянутый выше вариант изобретения предусматривает использование двух типов частиц дроби, имеющих соответственно большой и малый диаметры. И тем не менее, можно использовать три и более типов частиц дроби различного диаметра, причем это относится к случаю, когда многократная дробеструйная обработка осуществляется с использованием частиц дроби с постепенно уменьшающимися диаметрами. Однако в случае изменения последовательности на обратную, т,е. если сперва будут использоваться частицы дроби небольшого диаметра, а затем частицы дроби большого диаметра, то достигнутые с помощью частиц дроби небольшого диаметра эффекты будут появляться или устраняться частицами дроби большого диаметра, поэтому просто невозможно добиться желаемых частотных характеристик. Точно также. если для осуществления одиночной операции дробеструйной обработки используется смесь из частиц дроби большого и малого диаметров, то в этом случае не будут достигаться улучшения как по гистерезису, так и по нелинейности.

Теперь кратко остановимся на эффекте тепловых обработок. Чтобы увеличить прочность вала датчика, настоятельно рекомендуется после завершения общей тепловой обработки, например цементации, закалки

1838083 с индукционным нагревом или карбонизации, провести этап дробеструйной обработки по настоящему изобретению, В данном случае, чтобы добиться образования эффективного остаточного напряжения, необходимо придать частицам дроби большую твердость по сравнению с твердостью самого наружного слоя поверхности.

Формула изобретения

1. Способ изготовления валов датчика крутящего момента магнитострикционного типа, предназначенного для обнаружения изменения магнитной проницаемости, включающий подачу дроби на обрабатываемую поверхность вала датчика с канавками, отличающийся тем, что, с целью улучшения магнитных свойств вала датчика, подачу дроби осуществляют многократно, причем при каждой последующей подаче дроби уменьшают размер используемой дроби.

5 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу дроби осуществляют в два этапа, 3, Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу дроби осуществляют в три и

10 более этапов.

4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что размер используемой дроби для второго и последующих этапов выбирают из условия

15 Ядр < Вкан, где Ядр — радиус дроби;

Вкан — радиус донной части канавки.

1838083

/ о )

0 милчо®уи

ГлуЕ фри.У

4I

Составитель P.Êîíäðàòüåâà едактор Л.Народная Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь аказ 2889 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101