CN103878529A - 将非圆形功能部件热合在轴上的方法 - Google Patents

将非圆形功能部件热合在轴上的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将非圆形功能部件(3)热合到轴(6)上的方法，尤其是将凸轮(4)热合到凸轮轴(7)上的方法。其中，通过功能部件在圆形通孔(5)的制作过程中的弹性压缩，在功能部件(3)解除应力后，形成一个非圆形通孔(5′)，并在功能部件(3)热合到轴(6)以后至少最小化轴(6)的非对称变形。由此可以避免不期望的轴(6)的不对称变形。

Description

将非圆形功能部件热合在轴上的方法
技术领域
本发明涉及一种将非圆形功能部件热合在轴上的方法，尤其是将凸轮热合在凸轮轴上的方法。本发明还涉及一种非圆形功能部件和至少一个该非圆形功能部件热合于其上的凸轮轴。
背景技术
在非圆形的、不对称的功能部件的接合过程中，尤其是在凸轮(泵凸轮或阀致动凸轮)热合于凸轮轴的过程中，由于横向的压合以及凸轮孔和凸轮轴管径之间的重叠，凸轮轴在功能部件区域(即凸轮区域)会产生管子变形。就轴承点与功能部件临近布置的情形而言，这可能导致偏离圆形，其超出了好轴承的规格。在此情形下，轴承点必须在功能部件接合后进行随后的研磨，这是一个额外的加工步骤，因为该轴已在此前研磨过。这以额外加工步骤不仅复杂、时间紧而且成本高。
发明内容
由此本发明关注的问题是说明一种将非圆形功能部件热合在轴上的改进的方法，其中，所述轴在功能部件热合后的变形可以最小化，甚至可以消除。
根据本发明，通过独立权利要求的主题来解决该问题。优选的实施方式形成从属权利要求的主题。
本发明基于这样一种基本构思，在通孔引入过程中(即在凸轮孔钻孔过程中)，弹性预压(即弹性压缩)用于热合到轴上的非圆形功能部件，例如热合到凸轮轴上的凸轮，因此在接触压力后可以产生一个非圆形的通孔。所述非圆形通孔具有这样的效果，在其热合到轴以后，后者没有变形或仅有微小变形，因此，轴在热合后仍保持圆形的形状，这对于与功能部件临近布置的轴承点具有重要的意义。对于轴的复杂而又昂贵的加工，例如后续的打磨，这在以前是必须的，而现在不再需要了，这是因为连接于轴上的功能部件在冷却后可以防止轴的变形，因此，这些功能部件(即凸轮)能够以完全加工的状态与轴结合。
功能部件在通孔成型过程中通过爪型夹具施加弹性压力，即弹性预应力。该爪型夹具可以具有例如三个或四个卡爪，其能够以单独的受力控制或距离控制的方式压住要制造的功能部件，因此使得后者处于弹性变形状态。在该弹性变形状态中，通孔(例如凸轮孔)被引入，其原始形状为圆形。如果爪型夹具解除应力，即卡爪从功能部件上移开，后者恢复到其初始状态，因此，原来的圆形通孔变成近似椭圆形。该椭圆或非圆形在冷却轴或加热功能部件的热合过程中具有这样的影响，当温度均衡后，优选分布在通孔周围的相等的力作用于轴，尤其是作用于凸轮轴，由此，后者要经受相当大的压缩，但并不失去其原始的圆形。
在本发明所述方法的另一优选实施例中，该通孔是通过钻孔、研磨、铰孔、车削或铣削而成。上述非穷举性的罗列示出了在功能部件(例如凸轮上)制作通孔的方法有很多种。通孔通常是先钻孔，然后通过切削工具进行后加工，切削工具例如是铣刀或研磨工具。
通过爪型夹具的各卡爪能够以应力可控和距离可控的方式方便地产生预压功能部件的弹性压缩。根据要预压的功能部件的构造，可以合理地进行爪型夹具的各卡爪的应力控制和距离控制。必须进行应力控制和距离控制，这样为了在各种情形下甚至是在变形的情形下很好地定心而平衡功能部件的变形。本发明可以加工已成型的功能部件(例如凸轮)，并将功能部件连接到轴上而不需要进行必需的后加工。距离控制夹具具有这样的优点，无须在夹具中设置复杂的测力设备，仅需通过精密的卷轴测量距离。功能部件的应力控制夹具将会导致更高的精度。通过模拟来计算由施加的应力所产生的功能部件的变形比抵靠着功能部件来移动另外一个功能部件要简单。
在本发明所述方法的另一个特别优选的实施方式中，第一步，功能部件被中心定位并通过至少三个卡爪以应力控制的方式进行弹性变形。第二步，至少三个扁平的夹爪枢轴连接在功能部件的端面，然后通过轴向移动压在功能部件的端面上。功能部件可设置于夹具中，并且被牢固地固定。应力控制卡爪所需的夹紧力来自于一个弹簧包。通过改变三爪卡盘中的弹簧可以使该所需的应力简单地适合于要加工的功能部件，从而可以考虑不同的几何形状和尺寸。
通过卡爪的构造，特别是使用至少三个卡爪夹紧功能部件所使用的卡爪，可以将功能部件压紧在两个接触区。因此保持点位于靠近通孔的中心线和椭圆形或相对椭圆形的顶部的交叉点附近，并随后位于通孔中。这样，可以得到功能部件的特别有利的变形，其将获得最大的影响。在具有近似相对的点和非对称元件(例如凸轮)的夹具中，通过卡爪进行精确定心是很困难的。在卡爪的一个更有利的构造中，功能部件可以在卡爪接触前通过辅助夹具置于中心。
本发明进一步基于这样一种基本构思，提供一种具有一个非圆形的通孔的非圆形功能部件，例如凸轮，其在功能部件热合后可以最小化轴的变形。根据本发明的上述段落描述生成通孔，其中，首先预压功能部件，然后通过传统的钻孔方法形成通孔。由于随后的应力解除，通孔变成椭圆形，这导致在轴(例如凸轮轴)的热结合过程中产生径向力，其均匀地作用于轴上，并且不会或者不会显著地使轴产生变形，所述变形出现在加热的功能部件被冷却后，或者冷却的轴膨胀后。
功能部件与轴之间的连接由功能部件的椭圆形通孔的短轴限定，以使所述连接不被通孔的椭圆形影响。在本发明所述方法的另一个有利的设计中，在连接过程中(尤其是将轴插入加热的功能部件的通孔的过程中)，功能部件由一个夹持部件保持着，所述夹持部件具有至少三个夹爪，通过这种方法，功能部件的弹性变形由类似于成孔的方法形成，由此，通孔的椭圆形再次变成几乎圆形。可用的连接大幅增加，功能部件与轴之间的重叠也增加。
本发明的其他重要特征和优点体现在附加的权利要求、附图以及相应的附图说明中。
很明显，上述特征和下面要解释的特征不仅用于给出的组合中，还可以用于其他组合或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明优选的实施例示出在附图中，并在下面进行更详细地描述，相同的附图标记表示相同的、相似的或功能等同的部件。
以下附图中：
图1示出了用于在通孔成形过程中夹持功能部件(本例中为凸轮)的爪型夹具；
图2示出了图1的结构，但具有一个设置有四个卡爪的爪型夹具；
图3示出了非圆形通孔在解除应力时的变形；
图4示出了沿凸轮轴的剖面图；
图5a-d示出了用于夹持功能部件(本例中为凸轮)的爪型夹具，示出了卡爪的不同的夹持状态；
图6示出了在热合过程中用于功能部件(本例中为凸轮)的夹持和弹性变形的夹持装置；
图7示出了具有图5所示的爪型夹具的具有弹簧的应力控制夹具；
图8示出了本发明的具有不同卡爪的夹具的另一个可能的实施例。
具体实施方式
根据图1和图2，爪型夹具1具有三个或四个卡爪2、2′用于夹持功能部件3，本例中的功能部件为凸轮4。凸轮4由此被夹持在爪型夹具1中，并通过各卡爪2、2′而至少轻微地弹性变形。在此弹性变形中，尤其是压缩中，通孔5通过机器(未示出)钻孔、研磨、铰孔、车削或铣削而形成。然后，卡爪2、2′移动到其起始位置，由此，被夹持的功能部件3或凸轮4解除应力。在解除应力的状态下，由于弹性变形，通孔5变成非圆形通孔5′，通孔5在应力状态下最初为圆形，如图3所示。
凸轮4或通常的功能部件3现在可以被加热，相应的轴6或凸轮轴7可以被冷却。将功能部件3热合到轴6的过程中，产生了压合，其实际上施加径向力到轴6，以使后者不会变形或仅仅轻微变形，并在冷缩配合过程中(也就是功能部件3或凸轮4的冷却过程中)保持圆形。所述圆形具有重要意义，尤其是对于与功能部件3临近布置的轴承点8具有重要意义，因为轴承点必须是绝对的圆形以允许平稳和持久承力。
通过卡爪2、2′，功能部件3能够以控制压力或控制距离的方式进行弹性变形。同样可以设想，爪型夹具1的至少一个卡爪2、2″″(参见图5)受压，也就是以大于至少一个其他卡爪2′、2″的力抵靠着功能部件3被预压。当然，仅一个卡爪2、2′可调整也是可能的。图1和图2所示的爪型夹具1仅是举例说明，要在其上设置通孔5的功能装置3可以单独预压以形成非圆形的通孔5′。参照图3，当功能部件3解除应力时，通孔5′为椭圆形，长轴和短轴具有近似3-25μm的差，如图3中附图标记a所示。
图5示出了爪型夹具1的一个特别有利的实施例，在a-d中处于不同的夹持状态。图5所示的爪型夹具1具有两套不同的卡爪2″、2″″和2″′。卡爪2″、2″″用于将功能部件3(本例所示为凸轮4)定位在中心，并按照期望的应力控制方式使其弹性变形。其他三个卡爪2″′是可控制距离的，并用于抵靠着平面牢固地夹持功能部件3，由此固定其位置用于通孔5的加工。
在步骤a)中，示出了一个凸轮4，其已经置于爪型夹具1中用于机械加工。在步骤b)中，卡爪2″、2″″朝向凸轮4移动，并使凸轮4定心和变形。由于功能装置3的弹性变形，卡爪2″″可以比2″更多地压在功能部件3上。在步骤c)中，凸轮4已经由卡爪2″、2″″定心并变形。在步骤d)中，卡爪2″′已经枢轴连接在凸轮4的端面，并以这样一种方式夹持了轴向上，凸轮4已经杯牢固地定位用于加工通孔5。
如图7所示，通过弹簧包11，并借助卡爪2″、2″″可以产生功能部件3的控制应力的定心和变形。如果完全通过预压的弹簧包11施加应力，就可以正确地控制应力。爪型夹具1可通过简单地更换弹簧11而适应不同的功能部件3，其允许一种简单的且可以实现的夹持系统。
附图6所示的夹持装置9可以使功能部件3(本例所示为凸轮4)在连接过程中由一个夹持部件10保持在结合位置，并产生弹性变形，通过这种方法，所述夹持部件具有至少三个夹爪，通过这种方法，椭圆形的通孔5′再次变成圆形通孔5。由此，连接过程，尤其是可用的接合，几乎不受通孔5′的椭圆加工的影响。这尤其有利于可靠的连接操作。
对于图8所示的夹具1，其具有三个卡爪2、2′、2″。卡爪2接合到功能部件3(这里为凸轮4)的基圆上，其中在卡爪2和功能部件3之间设置有一个辅助夹具的夹持部件12。这些夹持部件12例如为球形或圆柱形，并通常进行弹簧预压。所述辅助夹具用于确保功能部件3或各凸轮4在与卡爪2、2′、2″接触之前能够正确地定位，尤其是中心定位，而不需要施加特别大的应力。这是有利的，否则，就不能保证通过闭合夹具将中心定位在凸轮顶端并与卡爪2精确地相对(凸轮4可以被倾斜夹持)。
借助图8所示的夹具1，凸轮4被夹紧，并且与凸轮顶部相对设置的凸轮侧边(即基圆)由卡爪2支撑，以使轴承点靠近通孔5的轴线与凸轮顶部的交叉点。从图8可以看出，卡爪2具有波形轮廓，因此，其可以接触凸轮4，而没有位于两个轴承点(接触点)上的夹持件12。至少两个其他卡爪2′、2″在靠近凸轮两侧顶部的位置夹住凸轮4。
所述的至少三个卡爪2、2′、2″在两个接触区域的两个夹点(总计4个点)夹住凸轮4。其位于凸轮顶部区域和与基圆相对的区域，以便夹点位于靠近通孔5的轴线与椭圆的顶部的交点的位置，其随后位于通孔5中。
卡爪2′和2″为不对称的形状，借此使其与凸轮4的接触点(夹点)尽可能地靠近凸轮顶部。夹持部件12设置在卡爪2′、2″和凸轮4之间。
通过本发明的非圆形的通孔5′，当功能部件3解除应力时，之前很难估算的压力现在可以精确地控制。尤其对于压合过程中作用在轴6上的应力，其中轴6不改变或仅微小地改变其圆形外轮廓，因此不需要进行后加工，在成本和时间方面具有很大的优点。
爪型夹具1的各卡爪2、2′、2″、2″″可相对于将要夹持和预压的功能部件3对称布置，但是，也能够想到一种非对称的布置。
在功能部件3处于压力状态下制作的通孔5(例如凸轮孔)是圆形的，然而由于功能部件3解除应力后产生的回弹变形使通孔5变成非圆形的通孔5′。图3略微夸张地示出了非圆形通孔5′。在接合的状态下，非圆形通孔5′再次变成圆形通孔5，其均匀地环绕着轴(尤其是凸轮轴)的表面，由此产生较高的应力传递，同时可以获得最佳的压合。

Claims (14)

1.一种将非圆形功能部件(3)热合到轴(6)上的方法，尤其是将凸轮(4)热合到凸轮轴(7)上的方法，其中，通过功能部件在圆形通孔(5)的制作过程中的弹性压缩，在功能部件(3)解除应力后，形成一个非圆形通孔(5′)，并在功能部件(3)热合到轴(6)以后至少最小化轴(6)的非对称变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通孔(5)的制作过程中，功能部件(3)由爪型夹具(1)压缩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，爪型夹具1的至少一个卡爪(2、2″″)以大于至少另一个其他卡爪(2′、2″)的力压在功能部件(3)上。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，以一种压力可控和/或距离可控的方式产生弹性压缩，接合以后，功能部件(3)被中心定位。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，通过爪型夹具(1)中的至少三个卡爪(2″、2″″)，以控制应力的方式将功能部件3定位在中心，并使其弹性变形，接着，由至少三个扁平卡爪(2″′)以控制距离的方式轴向地将功能部件(3)夹在一个平面上，然后，加工功能部件(3)的通孔(5)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少三个卡爪(2″、2″″)由弹簧包(11)进行预压，通过改变弹簧包(11)可以使功能部件(3)弹性变形所需的压应力适合不同的功能部件(3)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述的至少三个卡爪(2、2′、2″)在至少两个接触区域夹住凸轮(4)，所属接触区域位于凸轮顶部区域和与基圆相对的区域。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，在卡爪(2、2′、2″)牢固地夹住功能部件(3)或各凸轮(4)之前，所述的至少三个卡爪(2、2′、2″)通过夹持部件(12)将功能部件(3)或各凸轮(4)定位在中心。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，通孔(5)通过钻孔、研磨、铰孔、车削或铣削形成。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在热合过程中，尤其是将轴(6)引入通孔(5′)的过程中，功能部件(3)由一个夹持装置(9)保持，通过这种方式，由于弹性变形，椭圆形通孔(5′)再次变成圆形通孔(5)。
11.一种用于热合到轴(6)优选热合到凸轮轴(7)的非圆形功能部件(3)，优选是凸轮(4)，其具有非圆形通孔(5′)，其至少可以在功能部件(3)热合到轴(6)以后最小化轴(6)的不对称变形。
12.根据权利要求11所述的功能部件，其特征在于功能部件(3)构造为凸轮(4)或传感器轮。
13.根据权利要求11或12所述的功能部件，其特征在于，功能部件(3)解除应力时，通孔(5′)为椭圆形，其中长径和短径的差值为5-25微米。
14.一种具有至少一个根据权利要求11-13任一项所述功能部件(3)的凸轮轴(7)。
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