將非圓形功能部件熱合在軸上的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將非圓形功能部件(3)熱合到軸(6)上的方法，尤其是將凸輪(4)熱合到凸輪軸(7)上的方法。其中，通過功能部件在圓形通孔(5)的制作過程中的彈性壓縮，在功能部件(3)解除應(yīng)力后，形成一個(gè)非圓形通孔(5′)，并在功能部件(3)熱合到軸(6)以后至少最小化軸(6)的非對稱變形。由此可以避免不期望的軸(6)的不對稱變形。
【專利說明】將非圓形功能部件熱合在軸上的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將非圓形功能部件熱合在軸上的方法，尤其是將凸輪熱合在凸輪軸上的方法。本發(fā)明還涉及一種非圓形功能部件和至少一個(gè)該非圓形功能部件熱合于其上的凸輪軸。
【背景技術(shù)】
[0002]在非圓形的、不對稱的功能部件的接合過程中，尤其是在凸輪(泵凸輪或閥致動(dòng)凸輪)熱合于凸輪軸的過程中，由于橫向的壓合以及凸輪孔和凸輪軸管徑之間的重疊，凸輪軸在功能部件區(qū)域(即凸輪區(qū)域)會產(chǎn)生管子變形。就軸承點(diǎn)與功能部件臨近布置的情形而言，這可能導(dǎo)致偏離圓形，其超出了好軸承的規(guī)格。在此情形下，軸承點(diǎn)必須在功能部件接合后進(jìn)行隨后的研磨，這是一個(gè)額外的加工步驟，因?yàn)樵撦S已在此前研磨過。這以額外加工步驟不僅復(fù)雜、時(shí)間緊而且成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]由此本發(fā)明關(guān)注的問題是說明一種將非圓形功能部件熱合在軸上的改進(jìn)的方法，其中，所述軸在功能部件熱合后的變形可以最小化，甚至可以消除。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決該問題。優(yōu)選的實(shí)施方式形成從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]本發(fā)明基于這樣一種基本構(gòu)思，在通孔引入過程中(即在凸輪孔鉆孔過程中)，彈性預(yù)壓(即彈性壓縮)用于熱合到軸上的非圓形功能部件，例如熱合到凸輪軸上的凸輪，因此在接觸壓力后可以產(chǎn)生一個(gè)非圓形的通孔。所述非圓形通孔具有這樣的效果，在其熱合到軸以后，后者沒有變形或僅有微小變形，因此，軸在熱合后仍保持圓形的形狀，這對于與功能部件臨近布置的軸承點(diǎn)具有重要的意義。對于軸的復(fù)雜而又昂貴的加工，例如后續(xù)的打磨，這在以前是必須的，而現(xiàn)在不再需要了，這是因?yàn)檫B接于軸上的功能部件在冷卻后可以防止軸的變形，因此，這些功能部件(即凸輪)能夠以完全加工的狀態(tài)與軸結(jié)合。
[0006]功能部件在通孔成型過程中通過爪型夾具施加彈性壓力，即彈性預(yù)應(yīng)力。該爪型夾具可以具有例如三個(gè)或四個(gè)卡爪，其能夠以單獨(dú)的受力控制或距離控制的方式壓住要制造的功能部件，因此使得后者處于彈性變形狀態(tài)。在該彈性變形狀態(tài)中，通孔(例如凸輪孔)被引入，其原始形狀為圓形。如果爪型夾具解除應(yīng)力，即卡爪從功能部件上移開，后者恢復(fù)到其初始狀態(tài)，因此，原來的圓形通孔變成近似橢圓形。該橢圓或非圓形在冷卻軸或加熱功能部件的熱合過程中具有這樣的影響，當(dāng)溫度均衡后，優(yōu)選分布在通孔周圍的相等的力作用于軸，尤其是作用于凸輪軸，由此，后者要經(jīng)受相當(dāng)大的壓縮，但并不失去其原始的圓形。
[0007]在本發(fā)明所述方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，該通孔是通過鉆孔、研磨、鉸孔、車削或銑削而成。上述非窮舉性的羅列示出了在功能部件(例如凸輪上)制作通孔的方法有很多種。通孔通常是先鉆孔，然后通過切削工具進(jìn)行后加工，切削工具例如是銑刀或研磨工具。[0008]通過爪型夾具的各卡爪能夠以應(yīng)力可控和距離可控的方式方便地產(chǎn)生預(yù)壓功能部件的彈性壓縮。根據(jù)要預(yù)壓的功能部件的構(gòu)造，可以合理地進(jìn)行爪型夾具的各卡爪的應(yīng)力控制和距離控制。必須進(jìn)行應(yīng)力控制和距離控制，這樣為了在各種情形下甚至是在變形的情形下很好地定心而平衡功能部件的變形。本發(fā)明可以加工已成型的功能部件(例如凸輪)，并將功能部件連接到軸上而不需要進(jìn)行必需的后加工。距離控制夾具具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，無須在夾具中設(shè)置復(fù)雜的測力設(shè)備，僅需通過精密的卷軸測量距離。功能部件的應(yīng)力控制夾具將會導(dǎo)致更高的精度。通過模擬來計(jì)算由施加的應(yīng)力所產(chǎn)生的功能部件的變形比抵靠著功能部件來移動(dòng)另外一個(gè)功能部件要簡單。
[0009]在本發(fā)明所述方法的另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一步，功能部件被中心定位并通過至少三個(gè)卡爪以應(yīng)力控制的方式進(jìn)行彈性變形。第二步，至少三個(gè)扁平的夾爪樞軸連接在功能部件的端面，然后通過軸向移動(dòng)壓在功能部件的端面上。功能部件可設(shè)置于夾具中，并且被牢固地固定。應(yīng)力控制卡爪所需的夾緊力來自于一個(gè)彈簧包。通過改變?nèi)ūP中的彈簧可以使該所需的應(yīng)力簡單地適合于要加工的功能部件，從而可以考慮不同的幾何形狀和尺寸。
[0010]通過卡爪的構(gòu)造，特別是使用至少三個(gè)卡爪夾緊功能部件所使用的卡爪，可以將功能部件壓緊在兩個(gè)接觸區(qū)。因此保持點(diǎn)位于靠近通孔的中心線和橢圓形或相對橢圓形的頂部的交叉點(diǎn)附近，并隨后位于通孔中。這樣，可以得到功能部件的特別有利的變形，其將獲得最大的影響。在具有近似相對的點(diǎn)和非對稱元件(例如凸輪)的夾具中，通過卡爪進(jìn)行精確定心是很困難的。在卡爪的一個(gè)更有利的構(gòu)造中，功能部件可以在卡爪接觸前通過輔助夾具置于中心。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步基于這樣一種基本構(gòu)思，提供一種具有一個(gè)非圓形的通孔的非圓形功能部件，例如凸輪，其在功能部件熱合后可以最小化軸的變形。根據(jù)本發(fā)明的上述段落描述生成通孔，其中，首先預(yù)壓功能部件，然后通過傳統(tǒng)的鉆孔方法形成通孔。由于隨后的應(yīng)力解除，通孔變成橢圓形，這導(dǎo)致在軸(例如凸輪軸)的熱結(jié)合過程中產(chǎn)生徑向力，其均勻地作用于軸上，并且不會或者不會顯著地使軸產(chǎn)生變形，所述變形出現(xiàn)在加熱的功能部件被冷卻后，或者冷卻的軸膨脹后。
[0012]功能部件與軸之間的連接由功能部件的橢圓形通孔的短軸限定，以使所述連接不被通孔的橢圓形影響。在本發(fā)明所述方法的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)中，在連接過程中(尤其是將軸插入加熱的功能部件的通孔的過程中)，功能部件由一個(gè)夾持部件保持著，所述夾持部件具有至少三個(gè)夾爪，通過這種方法，功能部件的彈性變形由類似于成孔的方法形成，由此，通孔的橢圓形再次變成幾乎圓形。可用的連接大幅增加，功能部件與軸之間的重疊也增加。
[0013]本發(fā)明的其他重要特征和優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在附加的權(quán)利要求、附圖以及相應(yīng)的【專利附圖】

【附圖說明】中。
[0014]很明顯，上述特征和下面要解釋的特征不僅用于給出的組合中，還可以用于其他組合或單獨(dú)使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例示出在附圖中，并在下面進(jìn)行更詳細(xì)地描述，相同的附圖標(biāo)記表示相同的、相似的或功能等同的部件。
[0016]以下附圖中:
[0017]圖1示出了用于在通孔成形過程中夾持功能部件(本例中為凸輪)的爪型夾具；
[0018]圖2示出了圖1的結(jié)構(gòu)，但具有一個(gè)設(shè)置有四個(gè)卡爪的爪型夾具；
[0019]圖3示出了非圓形通孔在解除應(yīng)力時(shí)的變形；
[0020]圖4示出了沿凸輪軸的剖面圖；
[0021]圖5a_d示出了用于夾持功能部件(本例中為凸輪)的爪型夾具，示出了卡爪的不同的夾持狀態(tài)；
[0022]圖6示出了在熱合過程中用于功能部件(本例中為凸輪)的夾持和彈性變形的夾
持裝置；
[0023]圖7示出了具有圖5所示的爪型夾具的具有彈簧的應(yīng)力控制夾具；
[0024]圖8示出了本發(fā)明的具有不同卡爪的夾具的另一個(gè)可能的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)圖1和圖2，爪型夾具I具有三個(gè)或四個(gè)卡爪2、2^用于夾持功能部件3，本例中的功能部件為凸輪4。凸輪4由此被夾持在爪型夾具I中，并通過各卡爪2、2^而至少輕微地彈性變形。在此彈性變形中，尤其是壓縮中，通孔5通過機(jī)器(未示出)鉆孔、研磨、鉸孔、車削或銑削而形成。然后，卡爪2、2'移動(dòng)到其起始位置，由此，被夾持的功能部件3或凸輪4解除應(yīng)力。在解除應(yīng)力的狀態(tài)下，由于彈性變形，通孔5變成非圓形通孔5'，通孔5在應(yīng)力狀態(tài)下最初為圓形，如圖3所示。
[0026]凸輪4或通常的功能部件3現(xiàn)在可以被加熱，相應(yīng)的軸6或凸輪軸7可以被冷卻。將功能部件3熱合到軸6的過程中，產(chǎn)生了壓合，其實(shí)際上施加徑向力到軸6，以使后者不會變形或僅僅輕微變形，并在冷縮配合過程中(也就是功能部件3或凸輪4的冷卻過程中)保持圓形。所述圓形具有重要意義，尤其是對于與功能部件3臨近布置的軸承點(diǎn)8具有重要意義，因?yàn)檩S承點(diǎn)必須是絕對的圓形以允許平穩(wěn)和持久承力。
[0027]通過卡爪2、2'，功能部件3能夠以控制壓力或控制距離的方式進(jìn)行彈性變形。同樣可以設(shè)想，爪型夾具I的至少一個(gè)卡爪2、2""(參見圖5)受壓，也就是以大于至少一個(gè)其他卡爪2'、2"的力抵靠著功能部件3被預(yù)壓。當(dāng)然，僅一個(gè)卡爪2、2'可調(diào)整也是可能的。圖1和圖2所示的爪型夾具I僅是舉例說明，要在其上設(shè)置通孔5的功能裝置3可以單獨(dú)預(yù)壓以形成非圓形的通孔5'。參照圖3，當(dāng)功能部件3解除應(yīng)力時(shí)，通孔5'為橢圓形，長軸和短軸具有近似3-25 μ m的差，如圖3中附圖標(biāo)記a所示。
[0028]圖5示出了爪型夾具I的一個(gè)特別有利的實(shí)施例，在a_d中處于不同的夾持狀態(tài)。圖5所示的爪型夾具I具有兩套不同的卡爪2"、2""和2"，?？ㄗ?"、2""用于將功能部件3 (本例所示為凸輪4)定位在中心，并按照期望的應(yīng)力控制方式使其彈性變形。其他三個(gè)卡爪2"，是可控制距離的，并用于抵靠著平面牢固地夾持功能部件3，由此固定其位置用于通孔5的加工。
[0029]在步驟a)中，示出了一個(gè)凸輪4，其已經(jīng)置于爪型夾具I中用于機(jī)械加工。在步驟b)中，卡爪2"、2""朝向凸輪4移動(dòng)，并使凸輪4定心和變形。由于功能裝置3的彈性變形，卡爪2""可以比2"更多地壓在功能部件3上。在步驟c)中，凸輪4已經(jīng)由卡爪2"、2""定心并變形。在步驟d)中，卡爪2"'已經(jīng)樞軸連接在凸輪4的端面，并以這樣一種方式夾持了軸向上，凸輪4已經(jīng)杯牢固地定位用于加工通孔5。
[0030]如圖7所示，通過彈簧包11，并借助卡爪2"、2""可以產(chǎn)生功能部件3的控制應(yīng)力的定心和變形。如果完全通過預(yù)壓的彈簧包11施加應(yīng)力，就可以正確地控制應(yīng)力。爪型夾具I可通過簡單地更換彈簧11而適應(yīng)不同的功能部件3，其允許一種簡單的且可以實(shí)現(xiàn)的夾持系統(tǒng)。
[0031]附圖6所示的夾持裝置9可以使功能部件3 (本例所示為凸輪4)在連接過程中由一個(gè)夾持部件10保持在結(jié)合位置，并產(chǎn)生彈性變形，通過這種方法，所述夾持部件具有至少三個(gè)夾爪，通過這種方法，橢圓形的通孔5'再次變成圓形通孔5。由此，連接過程，尤其是可用的接合，幾乎不受通孔5'的橢圓加工的影響。這尤其有利于可靠的連接操作。
[0032]對于圖8所示的夾具1，其具有三個(gè)卡爪2、2'、2"?？ㄗ?接合到功能部件3(這里為凸輪4)的基圓上，其中在卡爪2和功能部件3之間設(shè)置有一個(gè)輔助夾具的夾持部件12。這些夾持部件12例如為球形或圓柱形，并通常進(jìn)行彈簧預(yù)壓。所述輔助夾具用于確保功能部件3或各凸輪4在與卡爪2、2'、2"接觸之前能夠正確地定位，尤其是中心定位，而不需要施加特別大的應(yīng)力。這是有利的，否則，就不能保證通過閉合夾具將中心定位在凸輪頂端并與卡爪2精確地相對(凸輪4可以被傾斜夾持)。
[0033]借助圖8所示的夾具1，凸輪4被夾緊，并且與凸輪頂部相對設(shè)置的凸輪側(cè)邊(即基圓)由卡爪2支撐，以使軸承點(diǎn)靠近通孔5的軸線與凸輪頂部的交叉點(diǎn)。從圖8可以看出，卡爪2具有波形輪廓，因此，其可以接觸凸輪4，而沒有位于兩個(gè)軸承點(diǎn)(接觸點(diǎn))上的夾持件12。至少兩個(gè)其他卡爪2'、2"在靠近凸輪兩側(cè)頂部的位置夾住凸輪4。
[0034]所述的至少三個(gè)卡爪2、2'、2"在兩個(gè)接觸區(qū)域的兩個(gè)夾點(diǎn)(總計(jì)4個(gè)點(diǎn))夾住凸輪4。其位于凸輪頂部區(qū) 域和與基圓相對的區(qū)域，以便夾點(diǎn)位于靠近通孔5的軸線與橢圓的頂部的交點(diǎn)的位置，其隨后位于通孔5中。
[0035]卡爪2'和2"為不對稱的形狀，借此使其與凸輪4的接觸點(diǎn)(夾點(diǎn))盡可能地靠近凸輪頂部。夾持部件12設(shè)置在卡爪2'、2"和凸輪4之間。
[0036]通過本發(fā)明的非圓形的通孔5'，當(dāng)功能部件3解除應(yīng)力時(shí)，之前很難估算的壓力現(xiàn)在可以精確地控制。尤其對于壓合過程中作用在軸6上的應(yīng)力，其中軸6不改變或僅微小地改變其圓形外輪廓，因此不需要進(jìn)行后加工，在成本和時(shí)間方面具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
[0037]爪型夾具I的各卡爪2、2^、2"、2""可相對于將要夾持和預(yù)壓的功能部件3對稱布置，但是，也能夠想到一種非對稱的布置。
[0038]在功能部件3處于壓力狀態(tài)下制作的通孔5 (例如凸輪孔)是圓形的，然而由于功能部件3解除應(yīng)力后產(chǎn)生的回彈變形使通孔5變成非圓形的通孔5'。圖3略微夸張地示出了非圓形通孔5'。在接合的狀態(tài)下，非圓形通孔5'再次變成圓形通孔5，其均勻地環(huán)繞著軸(尤其是凸輪軸)的表面，由此產(chǎn)生較高的應(yīng)力傳遞，同時(shí)可以獲得最佳的壓合。
【權(quán)利要求】
1.一種將非圓形功能部件(3)熱合到軸(6)上的方法，尤其是將凸輪(4)熱合到凸輪軸(7)上的方法，其中，通過功能部件在圓形通孔(5)的制作過程中的彈性壓縮，在功能部件(3)解除應(yīng)力后，形成一個(gè)非圓形通孔(5')，并在功能部件(3)熱合到軸(6)以后至少最小化軸(6)的非對稱變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在通孔(5)的制作過程中，功能部件(3)由爪型夾具(I)壓縮。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，爪型夾具I的至少一個(gè)卡爪(2、2"")以大于至少另一個(gè)其他卡爪(2'、2")的力壓在功能部件(3)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以一種壓力可控和/或距離可控的方式產(chǎn)生彈性壓縮，接合以后，功能部件(3)被中心定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過爪型夾具(I)中的至少三個(gè)卡爪(2"、2"")，以控制應(yīng)力的方式將功能部件3定位在中心，并使其彈性變形，接著，由至少三個(gè)扁平卡爪(2"')以控制距離的方式軸向地將功能部件(3)夾在一個(gè)平面上，然后，加工功能部件(3)的通孔(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，至少三個(gè)卡爪(2"、2"")由彈簧包(11)進(jìn)行預(yù)壓，通過改變彈簧包(11)可以使功能部件(3)彈性變形所需的壓應(yīng)力適合不同的功能部件(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述的至少三個(gè)卡爪(2、2'、2")在至少兩個(gè)接觸區(qū)域夾住凸輪(4)，所屬接觸區(qū)域位于凸輪頂部區(qū)域和與基圓相對的區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在卡爪(2、2'、2")牢固地夾住功能部件(3)或各凸輪(4)之前，所述的至少三個(gè)卡爪(2、2'、2")通過夾持部件(12)將功能部件(3)或各凸輪(4)定位在中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通孔(5)通過鉆孔、研磨、鉸孔、車削或銑削形成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在熱合過程中，尤其是將軸(6)引入通孔(5')的過程中，功能部件(3)由一個(gè)夾持裝置(9)保持，通過這種方式，由于彈性變形，橢圓形通孔(5')再次變成圓形通孔(5)。
11.一種用于熱合到軸(6)優(yōu)選熱合到凸輪軸(7)的非圓形功能部件(3)，優(yōu)選是凸輪(4)，其具有非圓形通孔(5')，其至少可以在功能部件(3)熱合到軸(6)以后最小化軸(6)的不對稱變形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功能部件，其特征在于功能部件(3)構(gòu)造為凸輪(4)或傳感器輪。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的功能部件，其特征在于，功能部件(3)解除應(yīng)力時(shí)，通孔(5')為橢圓形，其中長徑和短徑的差值為5-25微米。
14.一種具有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)所述功能部件(3)的凸輪軸(7)。
【文檔編號】B23P11/02GK103878529SQ201310700755
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】克里斯托弗·貝倫斯, 弗蘭克·多泰爾, 安東尼奧·梅農(nóng)納 申請人:馬勒國際有限公司