生产扭矩传感器轴的方法技术

本发明专利技术是有关生产磁致伸缩型扭矩传感器轴的方法。对扭矩传感器轴表面进行多次喷射硬化处理，所用的喷射粒子的直径每次递减。这种方案可保证，残余应力为最大和近似常数的区域，若从离轴最外层表面深度的方向看，分布的范围很广，并且从深度区域向接近轴表面的区域扩展。结果，轴的磁滞和非线性得到改善，并可以使用各种各样的激励条件。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关的，更确切地说，是有关生产磁致伸缩型扭矩传感器轴的方法，该传感器特别适合于在施加扭矩过程中，检测导磁率的变化。磁致伸缩型扭矩传感器轴在日本专利NO.169326中已为众所周知，在该专利中，传感器轴的表面适合于传递给它的扭矩，它是由磁性各向异性的轧材制成，用切削或滚压的方法在其上加工出许多螺旋槽，这样就可检测磁性各向异性轧材导磁率的变化，並用电量将这种变化表示出来。然而，设置螺旋槽只可能提供一种磁滞一般不小于10%满量程的传感器，基于这种方法的传感器没有获得实际应用。最近，为了将这个基本原理用于实践，如美国专利No4933580所示，对有槽部分进行了喷射硬化处理，以减小磁滞和改善灵敏度，这样就提供了一种压花型的磁致伸缩式扭矩传感器。在美国专利No.4933580所述的磁致伸缩式扭矩传感器的专利技术中，对传感器轴的有槽部分和其附近区域都进行了喷射硬化处理，这样，从机械方面，冶金方面和磁性方面都改变了带槽部分的最外层表面，使磁滞降低，灵敏度提高。这里，介绍一下下面的方法。(1)改善槽及其周围区域的机械和冶金强度对槽及其周围区域使用喷射硬化处理可以使在轴渗碳过程中，将在其最外层表面上所产生的残余奥氏体变为马氏体，从而增加其硬度，並可减小晶粒尺寸，使磁通通过的最外层表面的强度大大提高。结果，当施加扭矩时，可有足够的强度去抵抗在槽中集中的应力。甚至当应力很大时，也不大可能产生宏观的机械塑性变形，或在微观晶体水平上来说的塑性变形，或者换言之，能引起最初所述的塑性变形的一种磁塑性变形。结果，磁滞特性得以改善。还得到一个辅助的效应，就是灵敏度提高了，这是由于非磁性的残余奥氏体转化成了铁磁体的马氏体。(2)修补槽及其周围区域的显微裂纹的效应通常，在机械加工，特别是滚压过程中，槽及其周围区域经常产生微小的裂纹。这种显微裂纹使磁带特性恶化，並降低传感器的灵敏度。众所周知，喷射硬化处理有修补这种显微裂纹的作用，因此它对改善磁滞特性和提高传感器的灵敏度很有用。(3)改善传感器最外层表面的磁化状况。通常，磁致伸缩型传感器是在一个弱磁场中磁化的，其磁场强度在10千赫至100千赫时为数十个奥斯特。大多数情况下，表皮深度约为0.1毫米，紧接在最外层表面之下，而磁化过程大多数是基于磁畴壁位移。在这种情况下，在表皮深度区域内，杂质和非磁性夹杂物的存在就形成了磁滞的原因，由于在一般用途中，轴材料不能避免这些杂质，因此通常磁滞特性都是不好的。另一方面，采用喷射硬化处理会造成构成传感器的槽及其周围区域微观上的不平整。根据物理学中磁学的论述，利用塑性变形方法在金属表面形成显微凹坑会在显微凹坑周围形成稳定的磁畴区，这是由于残余应力影响的关系，並且在环形稳定的磁畴区中的磁化过程将转化为具有较少磁滞的磁旋，因此可削弱传感器的磁滞特性。若将以上的各种作用有机地结合在一起，则采用喷射硬化处理方法可促使磁滞减小和灵敏度提高。基于(3)效应的作用是建筑在残余应力分布作用的基础之上的，这种残余应力通常作用在紧靠着最外层表面的区域。通常，当对传感器轴表面进行喷射硬化处理时，只使用尺寸均匀的喷射粒子。如果喷射粒子尺寸较大，则残余应力分布发生在轴表面下面较深的区域内，並且在深度方向看，发生的范围较广，在这种应力分布中，压缩残余应力往往是最大，而且近似为常数。再者，如果喷射粒子尺寸较小，则压缩残余应力的峰值可在较浅的区域内获得，但是在这种情况下，压缩残余应力近似为常数的区域较窄。由于这个原因，当喷射粒子尺寸较小时，一般都采用利用高频交流电流产生的激励条件，以保证磁通穿透得较浅;这样可得到最优的激励条件。但是，因为压缩残余应力近似为常数的区域较窄，因此必需使可利用的激励频率范围为50千赫至100千赫，这样的频率是相当高的。另一方面，当喷射粒子尺寸较大时，应选择使用低频(一般约为10千赫)的激励条件，以保证磁通穿透得较深，因此磁通的穿透深度比喷射粒子尺寸小时较大，这样可将其对轴最外层表面的影响减至最小，一般应力分布的变化在轴最外层表面较大，而在压缩残余应力处较小;用这种方法可改善磁滞和灵敏度。但是，在这种情况下，靠近轴表面的区域将使传感器特性恶化。因此，当希望得到满意的磁滞特性时，必需使用较大的激励电流。在对传感器轴施加这种惯用的喷射硬化处理方法的扭矩传感器轴中，压缩残余应力近似为常数的范围並不一定要很广，这样就产生一个问题，即可利用的激励频率范围较窄。本专利技术力图解决这些问题，其目的是把压缩残余应力近似为常数的范围从最外层表面向轴的中心扩展，从而扩大最优的频率范围。为了达到这个目的，根据本专利技术，创造了一种适合于在施加扭矩的情况下，检测导磁率变化的，生产磁致伸缩型传感器轴的方法，该方法的特点是，依次使用尺寸从大到小的，不同直径的喷射粒子对扭矩传感器轴的表面进行多次喷射硬化处理。采用这个规范，首先利用大直径的喷射粒子，在轴表面下面的较深区域内可得到压缩残余应力为最大和常数的分布。接着，依次利用直径逐渐减小的喷射粒子进行喷射硬化操作，可以在轴的最外层表面之下，向着较浅的区域逐渐扩大压缩残余应力为最大和近似常数的区域。因此，最后，若从深度方向看，压缩残余应力为最大和近似常数的区域分布很广。结果，磁滞减小，灵敏度提高，同时正如下面的具体实施例所示，非线性也可以改善，並可以广泛使用各种各样的激励条件。附图说明图1表示根据本专利技术的一个实施例，在扭矩传感器轴内部残余应力的分布;图2表示根据本专利技术的一个实施例，扭矩传感器的频率特性与磁滞和非线性的关系;图3表示压花型扭矩传感器的压花部分。图1表示当所述轴首先用大直径(0.6毫米)喷射粒子，然后用较小直径(44微米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时，在轴(日本工业标准规定的结构钢SNCM815)内部的压缩残余应力的分布。垂直轴表示压缩残余应力的大小，水平轴代表从轴表面测量的深度。图中，点划线表示只用较大直径(0.6毫米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时所得到的压缩残余应力的分布，虚线表示只用较小直径(44微米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时所得到的压缩线条应力的分布。实线表示首先用大直径(0.6米米)的喷射粒子，然后用小直径(44微米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时所得到的应力分布。如先前所述，当只用较大直径(0.6毫米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时，压缩残余应力为最大和近似常数的区域出现在离轴表面较深的区域，如从深度方向看，其范围很广(从0.05毫米至约0.15毫米)。当用较小直径(44微米)的喷射粒子进行喷射硬化处理时，压缩残余应力为最大和近似常数的区域出现在离轴表面较浅的区域，並且其范围较窄(约从0至0.05毫米)。在首先用大直径(0.6毫米)的喷射粒子，然后用小直径(44微米)的喷射粒子进行喷射硬化处理的情况下，压缩残余应力为最大和近似常数的范围很广(在深度方向约从0至0.15毫米)，並且接近轴表面。因此，与仅使用一种固定直径的喷射粒子的情况比较，这种方法可以使用广泛的激励条件，从而扩大扭矩传感器的使用范围。图2表示利用本专利技术的方法生产的扭矩传感器轴的频率特性与磁滞和非线性的关系的一个例子。所使用的轴材料为JIS(日本工业标准)规定的SNCM815钢、轴首先用直径0.6毫米的钢粒，喷射压力为5公斤力/厘米2，在覆盖面不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产磁致伸缩型扭矩传感器轴的方法，该传感器适合于当施加扭矩时检测导磁率的变化，其特征为：　　对所述扭矩传感器轴的表面用下述方法进行多次喷射硬化处理，即所使用的喷射粒子的直径是逐次递减的。

【技术特征摘要】
JP 1989-9-25 249821/891.一种生产磁致伸缩型扭矩传感器轴的方法，该传感器适合于当施加扭矩时检测导磁率的变化，其特征为对所述扭矩传感器轴的表面用下述方法进行多次喷射硬化处理，即所使用的喷射粒子的直径是逐次递减的。2.如上述权利要求1的生产磁致伸缩型扭矩传感器轴的方法，其特征在于使用两种直径不同的喷射粒子。3.如上述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：石野连信郎，柴田良雄，
申请(专利权)人：久保田铁工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]