CN1009711B - 部件固定在空心物体上的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及把各带有开孔的一个或多个部件固定在一个空心物体上的方法和装置，在固定前，部件开孔的内径大于空心物体上固紧处的外径。为了保证在空心物体不会存在过应力或部件不会发生松动的条件下，将部件方便地固定在空心物体上，在部件装进空心物体之前，通过加热部件和/或冷却空心物体造成温度差。然后通过空心物体，至少是在固紧处的胀大，以及随后由温度差所造成的部件的热压配合，把每个部件固定在空心物体上。

Description

本发明涉及把各带有一个开孔的一个或多个部件固定在一个空心物体上的方法和装置，特别是把凸轮、轴承套和/或驱动部件等固定在空心轴上的方法和装置。其中，在进行固定工序之前，在原始状态下，这些部件内开孔的内径要大于空心物体固定面处的外径，并把这些部件放到空心物体上预定的位置。

众所周知，在各种技术领域中，代替制造复杂的整体构件，可以在一个基本部件上通过固定一些相应的成型附加部件来制造这些构件，这样，就可以低成本地加工构件的外形。这些附加部件可以用焊接、钎焊、热压或粘接方法固定在基本部件上。

欲在构件制造过程中节约材料和/或重量，也常采用空心物体作为基本部件。此时，在初始状态下，欲固定在空心物体上的部件的开孔也要大于空心物体固定处的外廓。这样，在进行固定工序之前，部件就能放到空心物体上的预定位置。

用焊接和钎焊方法会产生局部热应力，尤其是空心物体的热应力会引起不希望的且难以控制的变形或特性的变化。用粘接方法固定的缺点是设有把握肯定接触面上是否完全敷有粘接剂。

采用热压方法时，为了满足所要求的紧度而要求公差很小，因此支承面处的外径和热压部件内开孔的内径加工就必须极为准确。由温度差而引起的直径差与部件之间的温度突变、温度膨胀系数以及部件的半径成正比。因为互相连接的部件的弹性变形与半径的平方有关，而且实际所能产生的温度差有限，所以在很多情况下，尤其是在一定的材料组合中，紧度不够，特别当工作时出现温度的情况下，在所制造的构件上热压配合的部件可能会松动。

从英国专利GB-PS20，5020可知，生产凸轮轴的方法及设备是已知的，该设备带有圆柱形开孔的凸轮被固定在管子上。为使两个部件进行紧密配合，建议了用各种方法连接这些部件。通过凸轮元件的热胀使这些部件相连接的技术，用液压方式胀大管子的方法以及描述了一个可用标准部件组合的阴模，阴模有固定部件的凹槽。

美国专利US-PS3979810公开的是，将部件固定在管状物体上的方法，这种方法与高压源相连的压力探头插入管状部件里，给压力探头充气加压时，在探头与管子的内壁之间形成一个环状的压力区，该压力区使在这个范围内的管子扩大，紧靠在固定件的内壁上，环形压力区的轴向以可胀大的密封圈为界，两个密封圈安放在探头的两个凹槽内，密封圈使探头与管子间密封。管子进行液压膨胀后，将轧辊放入管子内，由于管子内壁的辗轧，管子沿纵向伸长。以这种方式，抵消了管子胀大时所引起的长度收缩。

本发明的目的是发展开始所说的这样一种方法和装置，用这种方法和装置能以简便而且成本低廉的方法把部件可靠地固定在一个空心物体上，而不会使空心物体产生过应力或者部件发生松动的危险。

本发明达到上述目的的方法之特点在于，部件在放入空心物体之前，通过加热部件和/或冷却空心物体造成温度差，并通过空心物体的胀大，至少是在固接处区域的胀大，以及随后的温差平衡所引起的部件的冷缩热胀，把每个部件固定在空心物体上。按照本发明的另一种特征，空心物体在部件被固紧处区域，以不同的压力胀大。

本发明所提出装置的特点是设有一个可伸入到空心物体内的探头，在该探头相应于各个固定部件的轴向伸展段的表面上装有密封环对，探头在密封环对之间至少各设有一个卸载通道。

在本发明的另一实施例中，这种装置的特点是在空心物体内插进一个探头，在该探头相应于各个固定部件的轴向伸展段的外表面上，装有一些密封环对，而在密封环对之间至少各设有一条卸载通道。空心物体的胀大被密封环对限制在相应的固定区域。为了使在这些固定区域之间的空心物体段不发生膨胀，探头在这些密封环对之间开有卸载通道，以避免空心物体在这些段位上出现不希望的高压。

本发明的优点在于：

由于胀大空心物体会发生塑性变形，这样，在应用本发明所提出的方法时，对固定部件开口的内径和空心物体上相应支承面处的外径的公差要求不高，因此降低了生产成本。通过空心物体的胀大，既可以实现传力连接固定，也可以实现形状相配合的固定。当用液压胀大方法时，为了获得所需要的固紧力，通过选择适当的参数就能方便地产生所需要的变形力。由胀大所产生的固紧力是由于围绕空心物体的部件发生较大的弹性反变形引起的。在空心物体的胀大工序之后，热的固定部件和冷的空心物体之间实现温度平衡所产生的热压过程又能提高固紧力。因此，本发明的方法也适用于固定那些仅由空心物体胀大后的弹性反变形来产生的固紧力尚不够大的薄壁部件，如套筒和轴套等的固接，应用本发明的方法时，固紧力是扩径参数、温度差和要连接的部件材料温度膨胀系数的函数。这三个参数可以随所希望的固紧力加以改变的，并且可以根据已知的材料特性预先进行计算。所以，总会把部件重复、准确地固定在空心物体上，此时，本方法所需费用很少，因而也适于进行小批量生产。

附图中说明了所述方法的四种实施例及其相应的装置。

图1是一个装有四个部件的空心物体的第一个实施例的两半阴模的纵剖面图，其中右半部表示的是初始状态，左半部表示的是终了状态。

图2是过图1所示的Ⅱ-Ⅱ线的横剖面图，其中右半部表示的仍是初始状态，左半部表示的还是终了状态。

图3是过图2所示的Ⅲ-Ⅲ线的另一个剖面图。

图4是装有四个部件的空心物体的侧视图，其中部分是剖面图。

图5是沿图4所示箭头Ⅴ方向的正视图。

图6是一个在阴模中装有一个要固定部件的空心物体的第三个实施例，其中图的上半部表示的是初始状态，下半部表示的是终了状态。

图7用部分剖开的侧视图示出第四个实施例，在这个实施例中多个空心物体都各通过一个在其上面固定的部件互相连接起来。

图8是过图7所示的Ⅷ-Ⅷ线的一个剖面图。

图1到图3所示的第一个实施例表示的是一个放在阴模2的凹槽内的圆柱形空心物体1，它具有圆形截面。阴模2由两个半阴模2a和2b组成，这两个半阴模2a和2b在它们相对的纵向侧面上都带有凸缘2c，通过凸缘2c可把这两个半阴模2a和2b夹紧，如图2和图3所示用横向移动的夹紧器3夹紧。

图1所示的实施例中，在空心物体1放进阴模2之前，先把预先加热过的四个部件4、5和6装到空心物体1上。在这两个半阴模2a和2b中为这些部件4、5和6各开有一个相应的凹槽，这样，在装有部件4、5和6的空心物体1放进阴模2之后，部件4、5和6就按顺序地配置到空心物体1上。

由图1到图3所示的各右半部可以看出，在初始状态下，部件4、5和6的开孔都大于空心物体1上用以固定这些部件处的外径。在图示的这个实施例中，部件4和6的开孔是圆形的，其直径比相应部位上空心物体1的外径略大一些。部件5的开孔，如图3所示，是正方形的，其边长大于相应部件处空心物体1的外径。

当两个半阴模2a和2b合上后，阴模2两端的中心开口要封闭。在本实施例中，一端用一个由密封装置7密封的堵头8、在其另一端用一个同样由密封装置7密封的连接件9来封闭阴模2两端的中心开口。穿过连接件9内的孔9a把压力介质送入空心物体1内，使空心物体1，尤其是固定部件4、5和6的区域胀大，这样，使空心物体1和部件4、5、6同时被固定连接起来。部件4、6和空心物体1之间主要是进行传力连接，而在固定部件5时还要产生一个附加的外形相配合的连接，因为空心物体1在部体5方形开口区的变形，要保证空心物体1和部件5之间能传递大扭矩。

在半阴模2a和2b内，于部件4、5和6的凹槽 之间所形成的支承面2d，用以避免压力介质加压时空心物体1在这些部位上产生不希望出现的膨胀。

当取下轴向堵头8和连接件9，并拨下侧向夹紧器3打开阴模2之后，就可以取出空心物体1连同已固定在其上面的部件4、5和6。阴模2将继续供下一次生产过程使用。

还在胀大过程中，以及空心物体1连同已固定在其上面的部件4、5、6取出之后，热的部件4、5、6和冷的空心物体1之间进行热平衡。由此产生了热压过程。这一热压过程给液压胀大所造成的固紧力又附加了一个固紧力。该固紧力是由于在冷却过程中部件4、5和6的内开孔内径减小造成的，它的大小与温度差、材料的温度膨胀系数以及部件的几何尺寸有关。也可以不使用给部件4、5和6加热或除了加热之外，还对空心物体1进行过冷却的方法来产生这种附加的固紧力。

按照图4和图5所示的第二个实施例，在一个圆形剖面的柱形空心物体1上要固定四个部件10及11，这里所用的固定方式是用一个可伸入到空心物体1内的探头12进行的，探头12的外径比初始状态下空心物体1的内径略小一点。在探头12上与固紧部件10和11的相应部件上装有密封环对13，每一密封环对13在其自身之间构成一个胀大空间，该胀大空间经连接管路12a连到探头的中心压力通道12b上。这样，输入到中心通道12b内的压力介质，使各密封环对13所封闭的空心物体段胀大，为了保证不对各密封环对13之间这一段空心物体1加压，用一条卸载通道12c把这一段与外界大气连通。图5所示的正视图中通过局部胀大而固定在空心物体1上的部件11是一个曲柄，其静止的部件11a通过滚珠11b可以相对于固定在空心物体1上的部件11转动。在该实施例中，也要象在第1个实施例中所说的那样进行附加热压过程。

图6所示的第三个实施例表示的是在一个锥形空心物体1上固定的一个环形部件14。它也是通过由两个半阴模2a和2b组成的阴模2来固紧，该阴模2为空心物体1和部件14开有凹槽。部件14的固紧也还是通过在固紧部件14区域的液压胀形来实现，这时会在圆环形部件14的直径较小的区域上产生一个隆起，用以防止部件14在锥形空心物体1上滑动。在这里部件14预先已被加热，以产生附加的热压过程。

最后，图7和图8所示的第四个实施例说明的是多个空心物体上1按照前面所述方法各通过一个部件15互相连接起来。为此所要求的固紧过程同样也可以把空心物体1连同事先已加热过的部件15放入图上来画出的几部分阴模中，该阴模相应地为空心物体1和部件15开有凹槽以及输入压力介质的通道，这样，使在固紧部件15的区域的空心物体1胀大。这里也可以用不同的压力来胀大不同的空心物体1。图8是过图7上的Ⅷ-Ⅷ线的剖面图，由该图可见，空心物体不一定都处在一个公共面内。

也可以用爆炸方法，电液方法，或者机械力以及磁力方法胀形来代替上述各实施例中所述的液压胀形方法。此外，不仅可以把附图中所示的、用通孔完全放在空心物体上的部件固定，而且也可以在空心物体端头上固定那些仅用一个孔放在空心物体端部上的部件。

Claims (3)

1、把各带有开孔的一个或多个部件(4，5，6，10，11，14，15)固定在一个空心物体(1)上的方法，特别是把凸轮，轴承套和/或驱动部件等固定在一根空心轴上的方法，其中，在随后的由于温度平衡造成部件(4，5，6，10，11，14，15)热压配合而将各个部件固定在空心物体(1)上之前，在初始状态下，部件(4，5，6，10，11，14，15)内开孔的直径要大于空心物体(1)上固定表面的外径并在把这些部件(4，5，6，10，11，14，15)放在空心物体(1)上之前，通过加热部件(4，5，6，10，11，14，15)和/或冷却空心物体(1)造成温度差，其特征在于，把部件(4，5，6，10，11，14，15)放在空心物体(1)上之后和进行温度平衡之前，借助于压力介质至少在固紧处区域胀大空心物体，将各个部件(4，5，6，10，11，14，15)固定在空心物体(1)上。

2、按照权利要求1的把一个或多个部件固定在空心物体上的方法，其特征在于，空心物体（1）在部件（15）被固紧处区域，以不同的压力胀大。

3、实施权利要求1或2所述方法的装置，有一个可伸入到空心物体（1）内的探头（12），在该探头（12）相应于各个固定部件（10，11）的轴向伸展段的表面上装有密封环对（13），其特征在于，探头（12）在密封环对（13）之间至少各设有一个卸载通道12c。

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