專利名稱：用于周期地操縱可移動(dòng)安裝的元件的凸輪軸和制造這種凸輪軸的方法
由DE 0230731 B1公開了一種由空心的管形軸構(gòu)成凸輪軸的方法和裝置。上述軸插入凸輪的孔中，接著液壓擴(kuò)徑，以便使上述軸的邊界壁與凸輪的孔接觸，從而將凸輪固定在軸上。這里凸輪件以及旋轉(zhuǎn)支承凸輪軸的軸承安裝在上述軸上。為了制造這種凸輪軸使用了多件的型箱，它由多個(gè)軸向相繼的盤形段構(gòu)成。在這些段中位置精確地形成空隙用于容納軸承段或凸輪。
上述現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以制造單獨(dú)的和整體構(gòu)成的凸輪件或支承件，接著借助于液壓擴(kuò)徑固定在對(duì)于功能最佳的相對(duì)較輕的軸上。然而，這種凸輪件或支承件的制造要求很大的化費(fèi)，因?yàn)閷?duì)材料的選擇、調(diào)質(zhì)和表面質(zhì)量都提出了很高的要求。
由DE 4423107 A1公開了一種不同于已知的由多個(gè)相繼的扁平材料層構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)的凸輪。這種結(jié)構(gòu)具有明顯的制造費(fèi)用和制造時(shí)間方面的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸馄讲牧蠈永缯{(diào)質(zhì)的鋼沖制而成，接著可以疊合成可使用的凸輪。不需要其它的材料處理和表面加工。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種周期地操縱可移動(dòng)安裝的元件的凸輪軸以及其制造方法，由此減少制造費(fèi)用和制造時(shí)間。
上述任務(wù)的技術(shù)解決方案是由用于凸輪軸的權(quán)利要求1的特征以及用于其制造方法的權(quán)利要求6的特征實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明有利的結(jié)構(gòu)型式在從屬權(quán)利要求中說明。
按照本發(fā)明建議，凸輪軸由一個(gè)空心圓柱形的基軸以及借助于液壓擴(kuò)張而固定在其上的功能件構(gòu)成，其中功能件，例如凸輪盤或支承段分別由多個(gè)扁平材料層組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，凸輪軸的不同功能件可以在費(fèi)用相當(dāng)?shù)偷闹圃旃に囍杏杀馄讲牧蠈訕?gòu)成，接著可以將功能件在同樣低費(fèi)用的過程中固定在基軸上。這樣，相對(duì)于已知的裝置和方法實(shí)現(xiàn)了明顯的節(jié)省，同時(shí)不以任何方式忽略功能特征。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)中，要疊合的扁平材料層安放在模具的相應(yīng)的空隙中，然后基軸插入板疊的通孔中。接著進(jìn)行基軸的液壓擴(kuò)張，從而將板疊固定在基軸上。型箱的各個(gè)空隙可以設(shè)置成其相對(duì)位置是可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)的，這樣最終實(shí)現(xiàn)凸輪或支承件的功能正確的位置配置。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，基軸設(shè)有一個(gè)至少通入其端側(cè)的、在其外表面沿縱向延伸的槽，功能件設(shè)有一個(gè)相應(yīng)的伸入通孔中的凸起部，這樣在凸起部嚙合入槽中的情況下功能件接著可以推到軸上。尤其在凸輪件中，凸起部最好具有相對(duì)于最大的凸輪凸起相互錯(cuò)開的位置，這樣盡管是單一的、簡(jiǎn)單地和低費(fèi)用地制作的槽也能使每個(gè)凸輪件占據(jù)其預(yù)定的相對(duì)位置。這里，由于上述位置已經(jīng)沿每個(gè)元件的周向確定，因此型箱最好不需要相對(duì)精確地構(gòu)成的槽。
在上述兩個(gè)實(shí)施例中最好規(guī)定，在基軸的液壓擴(kuò)張之后，基軸在相鄰的功能件之間的外徑選擇得要大于基軸在功能件范圍的外徑。這樣，除了通過擴(kuò)張而固定功能件之外，通過在直徑的突變處形成凸肩而保證了功能件在軸向的保險(xiǎn)。在上述凸肩范圍內(nèi)的徑向擴(kuò)張是通過在型箱中相應(yīng)形成的止擋限制的。
與此不同也可以采取相對(duì)于直徑已旋轉(zhuǎn)的配置，即基軸在液壓擴(kuò)張之后在功能件之間具有一個(gè)較小的外徑。
為了避免在各扁平材料層的直徑突變的過渡區(qū)中的應(yīng)力尖峰，可以規(guī)定，限制徑向擴(kuò)張的止擋包括盤形件或角形件，它們緊貼在功能件的兩側(cè)，用于按照距離每個(gè)外面的扁平材料層的確定的軸向間距實(shí)現(xiàn)直徑的突變。
在另一有利的實(shí)施例中可以規(guī)定，功能件的通孔具有一個(gè)齒，它與基軸的液壓擴(kuò)張一起作用，用來附加地、形狀連接地夾緊功能件。
此外，作為補(bǔ)充或另一種方案，通孔可以不同于圓形，這樣同樣可以起到形狀連接的作用，以克服轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外，優(yōu)選規(guī)定，除了已經(jīng)提到的凸輪件或支承件之外可以在基軸上設(shè)置其它的功能件，例如所謂的頭部構(gòu)件或端件，它們本身又可以帶有例如齒輪或鏈輪用來傳動(dòng)凸輪軸。
本發(fā)明的凸輪軸優(yōu)選應(yīng)用在汽車的內(nèi)燃機(jī)中，并操縱可移動(dòng)地安裝在汽缸頭中的作為換氣閥構(gòu)成的零件。
此外也可以設(shè)想其它一系列的應(yīng)用，例如用在穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)器或自動(dòng)機(jī)上，以便機(jī)械控制周期性重復(fù)的過程。
本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)和特征由權(quán)利要求書以及下面借助于附圖對(duì)實(shí)施例的說明給出。其中

圖1表示在液壓擴(kuò)張后位于型箱中的凸輪軸，部分剖開；圖2表示沿著圖1中的線II-II的本發(fā)明實(shí)施例的剖面圖；圖3表示沿圖2中的箭頭X方向的視圖；圖4表示圖3中的放大的細(xì)節(jié)Y；圖5表示用于凸輪盤的多個(gè)扁平材料層；圖6表示在液壓擴(kuò)張后帶止擋的凸輪盤；圖7表示在液壓擴(kuò)張后帶另一止擋的凸輪盤。
凸輪軸主要由一根基軸1和多個(gè)軸向相互隔開地安裝在基軸上的功能件2構(gòu)成。這些功能件2分別由多個(gè)扁平材料層3構(gòu)成，后者組合成一板疊，例如一作為凸輪盤4構(gòu)成的功能件2或者作為支承環(huán)5構(gòu)成的功能件2。
每一功能件2都具有一整體由扁平材料層3的疊片中的所有孔7構(gòu)成的通孔6。
基軸1穿過通孔6，其中基軸首先被設(shè)計(jì)為外徑略小于通孔6的最小直徑的空心圓柱體。在所有的功能件2在基軸1的預(yù)定的軸向相互隔開的段8中定位后，基軸在模具10中在其內(nèi)部用液壓加載。
在本身已知的方法中，例如將一種液態(tài)介質(zhì)注入基軸中，接著用足夠的壓力加載。由于超壓，基軸徑向擴(kuò)張，由此使基軸1的外表面接近通孔6的圓周，并最終貼緊在上述圓周上。由此使功能件2固定在基軸1上，從而構(gòu)成整個(gè)凸輪軸。
在圖1的實(shí)施例中，首先通過將多個(gè)扁平材料層3的疊合而組成凸輪盤4或支承環(huán)5，接著將上述板疊位置精確地固定在模具10的各功能件的空隙11中。然而，將其內(nèi)圓周和外圓周被設(shè)計(jì)成圓柱形的空心基軸1穿過通孔6，接著按上述方法加壓。在模具10中，在支撐功能件2的段8之間構(gòu)成的段12附近設(shè)置徑向作用的止擋13。在液壓擴(kuò)張時(shí)，基軸1的徑向膨脹在段8的范圍由通孔6的圓周和在段12的范圍由止擋13限制。由此而確定的基軸1的直徑是這樣的，即段8范圍內(nèi)的外徑D1小于止擋13范圍內(nèi)的外徑D2。功能件2的側(cè)向端面15靠在D1和D2之間的直徑突變所構(gòu)成的凸肩14上作為軸向位置保險(xiǎn)。
按照?qǐng)D6或7的實(shí)施例，止擋13可以具有盤形件15或角形件16并且在液壓擴(kuò)張時(shí)用于在軸向與各外面的扁平材料層3間隔的凸肩14的范圍形成D1和D2之間的直徑突變。為此可靠地避免了疊層范圍的應(yīng)力尖峰。
為了提高可靠性以克服功能件2在已制成的凸輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)孔7都設(shè)有齒20，其中徑向指向孔7的齒20在基軸1的液壓擴(kuò)張期間進(jìn)入基軸中并用于傳遞高的轉(zhuǎn)扭。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，模具10的空隙11是非必需的，因?yàn)榛S1在其外表面上設(shè)有至少一個(gè)通入基軸1的端側(cè)22中的槽23，而每個(gè)扁平材料層3設(shè)有一個(gè)徑向指向孔7并與槽23相應(yīng)的凸起部24。按照這一實(shí)施例，功能件2在凸起部24與槽23嚙合的情況下推到基軸1上，并接著液壓擴(kuò)張。借助于凸起部24在通孔6或孔7的相對(duì)位置保證了功能件2在凸輪軸上的精確的圓周定位。
如圖5所示，凸起部24的位置相對(duì)于扁平材料層3的每個(gè)凸輪凸起25相互錯(cuò)開。只是為了更好地理解，在圖5中關(guān)于右下方所示的扁平材料層3表示了與基軸1和其槽23的共動(dòng)作用。
此外，圖5表示了由冷軋鋼板例如CK70制成的扁平材料帶30。由這一在沖床中從左向右移動(dòng)的帶材借助于適合的沖裁工具例如沖裁出四個(gè)沿著傾斜的列31排列的扁平材料層3。在本發(fā)明的這一實(shí)施例中也可以設(shè)有齒20。
圖5的上半部示例性表示用于首先描述的沒有槽23和凸起部24的實(shí)施例的扁平材料層3。此外表示了每一扁平材料層3的穿孔32和33。這些穿孔用于減輕重量，因此可以根據(jù)要求設(shè)置比圖示多的穿孔。較大尺寸的穿孔32同樣可以用來容納未圖示的銷子，以便改善扁平材料疊合。
多個(gè)扁平材料層3的疊合可以通過粘接、鉚接、壓緊或激光焊接而相互疊合。鉚釘例如可以穿過穿孔32和/或33。激光焊接例如可以在上述設(shè)置的槽34中進(jìn)行，槽34表示在圖5中的單一的扁平材料層3旁，相對(duì)于孔7徑向向外延伸。
如果計(jì)劃將基軸1直接支承在機(jī)器零件中，則可以取消圖1中所示的支承環(huán)5，例如位于該段的基軸1的外表面用作支承面。借助于上述的液壓擴(kuò)張和相應(yīng)的空隙11保證了所需要的高的精度。
除了形狀為凸輪盤4和支承環(huán)5的上述的功能件2外，凸輪軸可以具有圖1左側(cè)的未圖示的頭部構(gòu)件和位于右側(cè)的端件40。上述頭部構(gòu)件或端件40可以通過液壓擴(kuò)張與基軸1形成形狀連接和力連接，例如可以傳動(dòng)由凸輪軸驅(qū)動(dòng)的法蘭連接的裝置或可以安裝傳動(dòng)凸輪軸的成帶輪或鏈輪。
與圖示的大體為圓形的孔7不同，孔7也可以通過簡(jiǎn)單地改變沖裁工具而具有例如橢圓形的或近似三角形的形狀，其中在使用最為初為圓形的基軸1時(shí)實(shí)現(xiàn)了功能件2的附加的形狀連接的夾緊。
除了已經(jīng)所述的制造時(shí)間和材料費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)外，這樣制成的凸輪軸由于相互面對(duì)的扁平材料層3的邊界面之間的內(nèi)部摩擦而具有良好的聲學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.周期性操縱可移動(dòng)安裝的零件的凸輪軸，具有一個(gè)空心的基軸(1)以及借用于液壓擴(kuò)張而固定在基軸(1)上的、帶容納基軸(1)的通孔(6)的功能件(2)，其特征為，功能件(2)由多個(gè)扁平材料層(3)組合而成。
2.按照權(quán)利要求1的凸輪軸，其特征為，至少一個(gè)功能件(2)由一個(gè)設(shè)有通孔(6)的支承環(huán)(5)組成，以便支承凸輪軸。
3.按照權(quán)利要求1或2的凸輪軸，其特征為，基軸(1)在通孔(6)的范圍的外徑(D1)要比直接緊鄰功能件(2)的側(cè)端面(15)的基軸(1)的外徑(D2)小。
4.按照權(quán)利要求1～3中之一的凸輪軸，其特征為，基軸(1)在其外表面上具有一個(gè)沿縱向延伸的槽(23)，功能件(2)的相應(yīng)設(shè)計(jì)成伸入通孔(6)的凸起部(24)扣入上述槽中。
5.按照權(quán)利要求4的凸輪軸，其特征為，設(shè)計(jì)為凸輪盤(4)的功能件(2)設(shè)置在基軸(1)上，其凸起部(24)的位置相對(duì)于凸輪凸起(25)相互錯(cuò)開。
6.用于制造如權(quán)利要求1所述的凸輪軸的方法，具有下述步驟a)在軸向相互間隔的基軸(1)的預(yù)定的段(8)上安裝多個(gè)由扁平材料層(3)構(gòu)成的板疊，b)至少在支承板疊的段(8)中液壓擴(kuò)張基軸(1)，以便抗轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在基軸(1)上。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征為，在步驟a)之前，在基軸(1)中加工一沿縱向延伸的槽(23)，它至少通入基軸(1)的端側(cè)(22)中，扁平材料層(3)設(shè)有相應(yīng)的凸起部(24)；在步驟a)中使凸起部(24)嚙合在槽(23)中。
8.按照權(quán)利要求6的方法，其特征為，至少在步驟a1)中將要疊合的扁平材料層(3)安裝在模具(10)的功能件的各空隙(11)中，然后在步驟a2)中基軸(1)插入通孔(b)，從而使板疊相對(duì)于基軸(1)的預(yù)定的段(8)定位。
9.按照權(quán)利要求7或8的方法，其特征為，在一個(gè)容納凸輪軸的模具(10)中實(shí)現(xiàn)液壓擴(kuò)張，該模具借助于止擋(13)將基軸(1)的徑向擴(kuò)張這樣限定在位于支撐板疊的段(8)之間的段(12)中，即在段(12)中液壓擴(kuò)張后的外徑(D2)要大于支撐板疊的段(8)的外徑(D1)。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征為，止擋(13)是這樣形成的，即與每一外部的扁平材料層(3)軸向間隔地由從外徑(D1)到外徑(D2)的過渡區(qū)形成凸肩(14)。
全文摘要
為了費(fèi)用合理和縮短制造時(shí)間而簡(jiǎn)單地制造凸輪軸,本發(fā)明建議,在基軸(1)上安裝由多個(gè)扁平材料層(3)構(gòu)成的功能件(2),接著基軸(1)通過液壓擴(kuò)張而變形,使得功能件(2)固定在基軸(1)上。
文檔編號(hào)F01L1/047GK1251154SQ98803648
公開日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1998年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月25日
發(fā)明者C·庫(kù)魯斯, A·貝爾 申請(qǐng)人:大眾汽車有限公司