本發(fā)明一般涉及用于機器的旋轉軸，旨在提供一種旋轉軸，其包括具有放熱粘合套筒的軸頸。

背景技術：

用于諸如建筑和采礦機器等機器的旋轉軸，例如凸輪軸和曲軸等，一般包括各種接觸功能件，例如軸頸和凸輪，它們始終與這些機器的其他部件接觸，導致接觸功能件的表面發(fā)生磨損。保持建筑物接觸功能件既費錢又費時。

W.Whitney的美國專利申請No.5,536,587公開了一種用鋁合金制成的軸承?？梢酝ㄟ^淬火鑄造操作將合金制成連續(xù)固體帶材，其中將熔融合金饋送到兩個內冷型輥之間的界面，以便在不到一秒鐘時間內冷凍合金，形成固體帶材狀態(tài)。鋁合金帶材可以加壓粘合到鋼背襯條上，以形成用于制造軸承的復合帶材。

本發(fā)明旨在克服發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的一個或多個問題。

技術實現(xiàn)要素：

本文公開了一種用于機器的軸的接觸功能件。在實施例中，接觸功能件包括一體部分、套筒和粘合層。該一體部分與軸成為一體，并且包括小于該接觸功能件的整體輪廓的輪廓。該套筒圍繞一體部分放置，并且包括該接觸功能件的整體輪廓。該粘合層位于該一體部分和該套筒之間。該粘合層將一體部分和套筒之間的至少大部分界面連結在一起。

還公開了一種用于機器的軸的制造方法。在實施例中，該方法包括圍繞軸的一體部分放置套筒。該方法還包括將反應材料放置在套筒和一體部分之間。該方法進一步包括利用反應材料將一體部分和套筒之間的至少大部分界面粘合在一起，以形成軸的接觸功能件，該軸包括套筒、一體部分和其間的所得粘合層。

附圖說明

圖1是凸輪軸的透視圖。

圖2是沿穿過端部軸頸的線II-II截取的圖1的凸輪軸的剖視圖。

圖3是沿穿過內軸頸的線III-III截取的圖1的凸輪軸的剖視圖。

圖4是沿穿過凸輪的線IV-IV截取的圖1的凸輪軸的剖視圖。

圖5是曲軸的透視圖。

圖6是沿穿過主軸頸的線VI-VI截取的圖5的曲軸的剖視圖。

圖7是圖6中由標記為VII的虛線包圍的部分的剖視圖。

圖8是用于機器的包括接觸功能件的旋轉軸的制造方法的流程圖。

具體實施方式

本文披露的系統(tǒng)和方法包括用于諸如建筑和采礦機器等機器的軸，例如凸輪軸和曲軸等。在實施例中，該軸包括接觸功能件，例如包括一體部分和套筒的軸頸和凸輪。該一體部分與軸的大部分成為一體，而軸通過放熱反應粘合到一體部分。將套筒連接到一體部分可以防止軸套筒相對于一體部分發(fā)生旋轉。

圖1是凸輪軸100的透視圖。為了清楚并便于說明，這個圖和其他圖所示的某些功能件可以被放大。凸輪軸100包括軸部分105和各種接觸功能件，這些接觸功能件包括端部軸頸110、內軸頸120和凸輪130。凸輪軸100可以包括位于凸輪軸100的每個端部處的端部軸頸110。發(fā)動機組內，端部軸頸110支撐凸輪軸100的端部，并可乘載于可更換軸承上。圖2是沿穿過端部軸頸110的線II-II截取的圖1的凸輪軸100的剖視圖。

端部軸頸110中的一個或多個可包括端部軸頸一體部分112、端部軸頸套筒114和端部軸頸粘合層115。端部軸頸一體部分112與端部軸頸110的大部分成為一體，例如軸部分105。端部軸頸一體部分112可以包括圓柱體形狀。端部軸頸一體部分112的輪廓，例如外徑，小于端部軸頸110的總輪廓，例如外徑。粘合到端部軸頸套筒114之前，端部軸頸一體部分112的輪廓可以以預定量，例如述端部軸頸套筒114的厚度，偏離端部軸頸110的總輪廓。

端部軸頸套筒114從端部軸頸一體部分112向外并圍繞端部軸頸一體部分112放置。端部軸頸套筒114可以包括中空圓柱體形狀。在所示實施例中，端部軸頸套筒114是中空圓柱體形狀的單個一體零件。端部軸頸套筒114的外輪廓，例如外徑，至少與端部軸頸110的期望最小實體條件一樣大。在粘合到端部軸頸一體部分112之前，端部軸頸套筒114的內輪廓，例如內徑，可以在端部軸頸一體部分112的輪廓的預定容許量內。一些實施例中，端部軸頸套筒114的內輪廓可以小于端部軸頸一體部分112的外輪廓，以便在粘合之前在兩者之間形成過盈配合。

端部軸頸套筒114和端部軸頸一體部分112通過端部軸頸粘合層115連接在他們的界面處。當端部軸頸套筒114在形成端部軸頸粘合層115之前圍繞端部軸頸一體部分112放置時，該界面可以位于端部軸頸套筒114的內表面和端部軸頸一體部分112的外表面處。

端部軸頸粘合層115可以是冶金粘合，其經(jīng)由端部軸頸一體部分112和端部軸頸套筒114之間發(fā)生的放熱反應而形成。端部軸頸粘合層115將端部軸頸套筒114和端部軸頸一體部分112之間界面的至少大部分冶金粘合在一起，例如，將端部軸頸套筒114內表面的至少大部分和端部軸頸一體部分112外表面的至少大部分粘合在一起。端部軸頸粘合層115可以包括來自一體部分的材料、來自套筒的材料、以及放熱反應產(chǎn)生的形成端部軸頸粘合層115的殘余反應材料。

圖3是沿穿過內軸頸120的線III-III截取的圖1的凸輪軸100的剖視圖。參照圖1和3，發(fā)動機組內，內軸頸120在端部軸頸110之間支撐凸輪軸100，并可以乘載于可更換軸承上。內軸頸120中的一個或多個可以包括內軸頸一體部分122、內軸頸套筒124和內軸頸粘合層125。內軸頸一體部分122與凸輪軸100的大部分形成一體，例如，與軸部分105和端部軸頸一體部分112形成一體。內軸頸一體部分122可以包括圓柱體形狀。內軸頸一體部分122的輪廓，例如外徑，小于內軸頸120的總輪廓，例如外徑。粘合到內軸頸套筒124之前，內軸頸一體部分122的輪廓可以以預定量，例如內軸頸套筒124的厚度，偏離內軸頸120的總輪廓。

內軸頸套筒124從內軸頸一體部分122向外并圍繞內軸頸一體部分122放置。內軸頸套筒124可以包括中空圓柱體形狀，并可以包括多個內軸頸套筒部分126。在所示實施例中，內軸頸套筒124包括兩個內軸頸套筒部分126，其組合以形成中空圓柱體形狀。每個內軸頸套筒部分126均包括兩個內軸頸套筒端128。內軸頸套筒部分126可以在它們毗鄰內套筒端128處粘合在一起，例如，通過焊接或通過放熱反應。在一些實施例中，內軸頸套筒部分126的粘合靠近內軸頸套筒124的外表面，不會穿透內軸頸一體部分122。內軸頸套筒部分126可以是對稱的，并且可以沿內軸頸套筒124的中心分離。在所示實施例中，內套筒端128在垂直于其外表面和內表面的內軸頸套筒124的外表面和內表面之間延伸。

內軸頸套筒124的外輪廓，比如外徑至少像內軸頸120的期望最小實體條件一樣大。在粘合到內軸頸一體部分122之前，內軸頸套筒124的內輪廓比如內徑可以在內軸頸一體部分122的輪廓的預定容許量內。

內軸頸套筒124和內軸頸一體部分122通過內軸頸粘合層125連接在他們的界面處。當內軸頸套筒124在形成內軸頸粘合層125之前圍繞內軸頸一體部分122定位時，界面可以在內軸頸套筒124的內表面和內軸頸一體部分122的外表面處。

內軸頸粘合層125可以為由在內軸頸一體部分122和內軸頸套筒124之間發(fā)生的放熱反應形成的冶金粘合。內軸頸粘合層125將內軸頸套筒124和內軸頸一體部分122之間的至少大部分界面冶金地粘合在一起，比如將內軸頸套筒124的至少大部分內表面以及內軸頸一體部分122的至少大部分外表面連接在一起。來自放熱反應的一些殘留材料可以在內軸頸粘合層125形成之后保留。在圖3所示的實施例中，反應材料123為內軸頸套筒124和內軸頸一體部分122之間的殘留層。在其他實施例中，反應材料123散布在內軸頸粘合層125內。在實施例中，內軸頸套筒124包括一層反應材料123。反應材料123涂覆內軸頸套筒124的內表面并可涂覆每個內軸頸套筒部分126。反應材料123可以為放熱材料，比如鋁熱劑，其在反應中提供足夠的熱以冶金地將內軸頸一體部分122粘合到內軸頸套筒124。放熱反應系統(tǒng)可包括特別是氧化和金屬間形成。在其他實施例中，反應材料123可以應用到內軸頸一體部分122的外表面。

圖4是沿線IV-IV穿過凸輪130截取的圖1的凸輪軸100的剖視圖。參照圖1和4，凸輪130總體上控制打開和關閉機器的發(fā)動機中的閥的定時。凸輪130中的一個或多個可包括凸輪一體部分132、凸輪套筒134和凸輪粘合層135。凸輪一體部分132與大部分凸輪軸100成一體，比如軸部分105、端部軸頸一體部分112和內軸頸一體部分122。凸輪一體部分132可包括凸起。凸輪一體部分132的輪廓小于凸輪130的總輪廓。粘合到凸輪套筒134之前的凸輪一體部分132的輪廓可以以預定量比如凸輪套筒134的厚度，偏離凸輪130的總輪廓。凸輪一體部分132以及凸輪130的輪廓可以為橢圓形或由具有升程輪廓的基圓形成。

凸輪套筒134從凸輪一體部分132向外且圍繞凸輪一體部分132定位。凸輪套筒134可以為中空并包括恒定厚度。厚度可以在預定容許量內。凸輪套筒134還可包括多個凸輪套筒部分136。在所示實施例中，凸輪套筒134包括兩個凸輪套筒部分136，其組合成形成凸輪130的所有輪廓。凸輪套筒部分136可沿凸輪130的中心線分離凸輪130或者可在其他位置分離凸輪130。凸輪套筒部分136各自包括兩個凸輪套筒端部138。凸輪套筒部分136可以在他們的毗鄰凸輪套筒端部138處粘合在一起，比如通過焊接或通過放熱反應。在一些實施例中，凸輪套筒部分136的粘合鄰近凸輪套筒134的外表面且不會穿透凸輪一體部分132。凸輪套筒部分136可以是對稱的且可以沿凸輪套筒134的中心分離。在所示實施例中，凸輪套筒端部138在垂直于外表面和內表面的凸輪套筒134的外表面和內表面之間延伸。

凸輪套筒134的外輪廓至少像凸輪130的期望最小實體條件一樣大。在粘合到凸輪一體部分132之前，凸輪套筒134的內輪廓可以在凸輪一體部分132的外輪廓的預定容許量內。

凸輪套筒134和凸輪一體部分132通過凸輪粘合層135連接在他們的界面處。當凸輪套筒134在形成凸輪粘合層135之前圍繞凸輪一體部分132定位時，界面可以在凸輪套筒134的內表面和凸輪一體部分132的外表面處。

凸輪粘合層135可以為由在凸輪一體部分132和凸輪套筒134之間發(fā)生的放熱反應形成的冶金粘合。凸輪粘合層135將凸輪套筒134和凸輪一體部分132之間的至少大部分界面冶金地粘合在一起，比如將凸輪套筒134的至少大部分內表面以及凸輪一體部分132的至少大部分外表面連接在一起。來自放熱反應的一些殘留材料可以在凸輪粘合層135形成之后保留。

圖5是曲軸200的立體圖。曲軸200總體在往復運動和旋轉運動之間轉換，并包括主軸頸210、桿軸頸220、腹板230和安裝凸緣240。主軸頸210支撐發(fā)動機組內的曲軸200，并可乘載在可更換軸承上。圖6是沿線VI-VI穿過主軸頸210截取的圖5的曲軸200的剖視圖。主軸頸210中的一個或多個可包括主軸頸一體部分212、主軸頸套筒214和主軸頸粘合層215。主軸頸一體部分212與大部分曲軸200成一體。主軸頸一體部分212可包括圓柱形形狀。主軸頸一體部分212的輪廓比如外徑小于主軸頸210的總輪廓，比如外徑。粘合到主軸頸套筒214之前的主軸頸一體部分212的輪廓可以以預定量比如主軸頸套筒214的厚度，偏離主軸頸210的總輪廓。

主軸頸套筒214從主軸頸一體部分212向外并圍繞主軸頸一體部分212定位。主軸頸套筒214可包括中空圓柱形形狀并可包括多個主軸頸套筒部分216。在所示實施例中，主軸頸套筒214包括兩個主軸頸套筒部分216，其組合成形成中空圓柱形形狀。主軸頸套筒部分216各自包括兩個主軸頸套筒端部218。主軸頸套筒部分216可以在他們的毗鄰內套筒端部128處粘合在一起，比如通過焊接或通過放熱反應。在一些實施例中，主軸頸套筒部分216的粘合鄰近主軸頸套筒214的外表面且不會穿透主軸頸一體部分212。主軸頸套筒部分216可以是對稱的且可以沿主軸頸套筒214的中心分離。在所示實施例中，主軸頸套筒端部218以相對于垂直于外表面和內表面的表面的角度在主軸頸套筒214的外表面和內表面之間延伸，且不垂直于主軸頸套筒214的外表面和內表面。

主軸頸套筒214的外輪廓，比如外徑至少像主軸頸210的期望最小實體條件一樣大。在粘合到主軸頸一體部分212之前，主軸頸套筒214的內輪廓比如內徑可以在主軸頸一體部分212的輪廓的預定容許量內。

主軸頸套筒214和主軸頸一體部分212通過主軸頸粘合層215連接在他們的界面處。當主軸頸套筒214在形成主軸頸粘合層215之前圍繞主軸頸一體部分212定位時，界面可以在主軸頸套筒214的內表面和主軸頸一體部分212的外表面處。

主軸頸粘合層215可以是由在主軸頸一體部分212與主軸頸套筒214之間發(fā)生的放熱反應形成的冶金粘合。主軸頸粘合層215將主軸頸套筒214與主軸頸一體部分212之間的至少大部分界面冶金地粘合在一起，諸如將主軸頸套筒214的至少大部分內表面和主軸頸一體部分212的至少大部分外表面連接在一起。來自放熱反應的某些殘留材料可以在形成主軸頸粘合層215之后保留。

主軸頸套筒214可能需要沿相對于主軸頸一體部分212的預定定向對準以將它們各自的選定功能件對準。圖7是圖6中以標記為VII的虛線包圍的部分的橫截面圖。參考圖6和7，主軸頸一體部分212可以包括油道211，且主軸頸套筒214可以包括油孔219。如果油孔219未與油道211對準，那么油道211可能被主軸頸套筒214阻斷。

參考圖7，曲軸200可以包括一體部分對準功能件209和套筒對準功能件208。一體部分對準功能件209和套筒對準功能件208可以是主軸頸一體部分212和主軸頸套筒214中的配接突起和凹陷。在所說明的實施例中，一體部分對準功能件209包括位于主軸頸一體部分212中的鄰近于主軸頸套筒214的油道211的外端處的倒角，且套筒對準功能件208包括圍繞油孔219從主軸頸套筒214向內突起并且進入倒角上方的空間中的凸緣。在所說明實施例中，套筒對準功能件208與主軸頸套筒214成一體。如所說明，套筒對準功能件208可以從組合以形成主軸頸套筒214的一個主軸頸套筒段216向內突起。

參考圖5，連桿軸頸220包括連桿軸頸套筒224和連桿軸頸一體部分。連桿軸頸套筒224可以包括本文描述的與主軸頸套筒214、內軸頸套筒124、凸輪套筒134和端部軸頸套筒114有關的任何功能件。類似地，連桿軸頸一體部分可以包括本文描述的與主軸頸一體部分212、內軸頸一體部分122、凸輪一體部分132和端部軸頸一體部分112有關的任何功能件。

主軸頸210和連桿軸頸220可以由腹板230連接。主軸承一體部分212和連桿軸頸一體部分與腹板230成一體并且彼此成一體。安裝凸緣240可以位于曲軸200的每一端處。

根據(jù)本文公開的發(fā)明的機器(諸如建筑或采礦機器)的軸包括至少一個接觸功能件。接觸功能件可以包括端部軸頸110、內軸頸120、凸輪130、主軸頸210或連桿軸頸220。接觸功能件包括一體部分和套筒。一體部分可以包括本文相對于端部軸頸一體部分112、內軸頸一體部分122、凸輪一體部分132和主軸頸一體部分212描述的功能件的任何組合。套筒包括至少一個套筒段并且可以包括多個套筒段。套筒也可以包括本文相對于端部軸頸套筒114、內軸頸套筒124、凸輪套筒134和主軸頸套筒214描述的功能件的任何組合。

在實施例中，并非所有接觸功能件均包括一體部分和套筒。軸的某些接觸功能件可以僅僅包括一體部分，但不包括套筒。在其他實施例中，所有接觸功能件均包括一體部分和套筒。

套筒的材料可以基于接觸功能件的外表面處的期望接觸性質(諸如硬度)而選擇。套筒包括能夠粘合至一體部分的材料。在某些實施例中，套筒包括與一體部分的材料相同或類似的材料。在其他實施例中，套筒包括與一體部分的材料不同的材料。另外，套筒可以具有在粘合至一體部分之前施加的表面處理。套筒可以包括任何金屬，該金屬尤其包括鋼、工具鋼、鎳合金和青銅。

工業(yè)實用性

用于機器(諸如建筑和采礦機器)的軸的接觸功能件可能易遭受各種應力、應變力和各種形式的磨損。每個接觸功能件上的磨損量可以基于接觸功能件的位置，其中所述機器的部件連接至或接觸所述接觸功能件。

圖8是用于制造包括用于機器(諸如建筑或采礦機器)的接觸功能件的旋轉軸的方法的流程圖。所述方法可以包括在步驟802處制備軸和軸的一體部分以接納套筒。步驟802可以包括將一體部分預加工(諸如打磨、車削或碾磨)成預定輪廓。預加工可以在新軸上或在被再造的軸上執(zhí)行。在某些實施例中，一體部分在軸的初始制造過程期間可以形成有預定輪廓。

所述方法包括在步驟804處圍繞一體部分放置套筒。步驟804可以包括將套筒與一體部分對準。在某些實施例中，一體部分和套筒包括諸如需要對準的孔和通道的功能件。將套筒與一體部分對準可以包括一個或多個對準功能件，諸如一體部分對準功能件209和套筒對準功能件208。在某些實施例中，將套筒與一體部分對準是使用對準輔助物而執(zhí)行以將套筒的功能件與一體部分對準。在某些實施例中，對準輔助物是對準銷釘，其諸如通過將對準銷釘放置在油孔和油道中而相對于一體部分定位套筒。對準輔助物可以在粘合步驟期間保留并且可以在完成粘合步驟之后移除。

在實施例中，套筒是利用干涉配合圍繞一體部分放置。這些實施例可以包括由單個一體件形成的套筒。

所述方法還包括在步驟806處將反應材料放置在套筒與一體部分之間。步驟806可以包括在圍繞一體部分放置套筒之前施加反應材料至套筒的內表面或施加反應材料至一體部分的外表面。施加反應材料至套筒的內表面或施加反應材料至一體部分的外表面可以包括對表面涂敷一層反應材料。圍繞一體部分放置套筒可以在反應材料已被施加至套筒的內表面或一體部分的外表面時同時將反應材料放置在套筒與一體部分之間。

所述方法進一步包括在步驟808處使用反應材料將套筒粘合至一體部分。步驟808可以包括將一體部分與套筒之間的至少大部分界面粘合在一起。步驟808還可以包括起始反應材料中的放熱反應。放熱反應可以電氣、熱或機器方式起始。在某些實施例中，諸如電池或電焊機的電源提供電荷，所述電荷供應能量以起始放熱反應。在其他實施例中，諸如烙鐵的熱源提供熱量，所述熱量供應能量以起始放熱反應。在又其他實施例中，機器能諸如通過物理地撞擊材料而供應能量以起始放熱反應。

一旦起始，放熱反應可以自傳播并且產(chǎn)生足夠多的熱量以將套筒和一體部分粘合在一起。放熱反應可以產(chǎn)生粘合而不產(chǎn)生足夠多的熱量來顯著地影響套筒和一體部分的性質。步驟808可以將套筒與一體部分之間的大部分界面粘合在一起，諸如將套筒的內表面粘合至一體部分的大部分外表面。粘合可以足夠強到承受與機器的其他部件接觸期間產(chǎn)生的軸頸中的應力和應變力。粘合可以能夠承受應力和應變力以在其中軸頸與套筒之間的干涉配合可能不足以防止套筒相對于軸頸獨立旋轉的情況下防止一體部分與套筒之間的旋轉。在某些實施例中，反應材料可以包括(例如)鋁熱劑、氧化鐵與鋁的混合粉末或可具有金屬間反應的金屬(諸如鎳和鋁)。

所述方法可以進一步包括在步驟810處在將套筒粘合至一體部分之后對套筒進行后期加工。步驟810可以包括將套筒加工至軸頸的期望輪廓，所述期望輪廓是在軸頸的尺寸要求內。

在某些實施例中，所述方法包括對套筒進行表面處理，諸如熱處理或冷加工。表面處理可以在步驟806和808之前或之后執(zhí)行。步驟806和808之前對套筒進行的表面處理(諸如熱處理)可以允許修改套筒的材料性質而不影響軸的剩余部分的材料性質。這可以允許包括多個軸頸的軸具有帶有不同表面處理和不同性質的軸頸。具有不同性質的軸頸還可通過使用不同材料的軸頸而完成。

在某些實施例中，套筒包括多個套筒段。所述方法可以包括圍繞一體部分形成套筒段的閉環(huán)和將套筒段粘合在一起。在某些實施例中，將套筒段粘合在一起可以包括使用外部熱源的粘合過程，諸如焊接。焊接可以起始放熱反應。在其他實施例中，反應材料還被放置在套筒段的相鄰端之間且放熱反應還將套筒段粘合在一起。多個套筒段促進圍繞一體部分放置套筒，所述一體部分原本歸因于其在軸上的位置而無法接納套筒。

圖8中說明的過程具有許多變動，包括增加、省略、重新排序或更改步驟。另外，可以同時執(zhí)行步驟或子步驟。例如，可以在準備軸和一體部分以接納套筒之前、之后或同時執(zhí)行將反應材料施加至套筒的內表面。

前述詳述本質上僅僅是示例性的且并非意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用和用途。所述實施例并不限于與特定類型的機器粘合使用。因此，雖然本發(fā)明為了便于解釋而描繪用于建筑或采礦機器的旋轉軸，但是應當明白根據(jù)本發(fā)明的旋轉軸可以各種其他配置來實施并且可在其他類型的機器中使用。另外，并非意圖受前文的背景或詳述中展示的任何理論的限制。還應當理解，除非明確如此說明，否則所述說明可以包括夸大的尺寸以更好地說明所示的參考項，并且不考慮限制。