CN1063519C - 多组凸轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个带有至少两个椭圆套管并在椭圆套管之间设置一个环形连接轴颈的空心体及其制造方法，其中套管的外圆周表面至少在较小半径范围内超出连接轴颈，超出的尺寸在较小半径顶部大于其他范围，而且环形连接轴颈的圆周小于椭圆套管的圆周。空心体用可延展的材料制成。套管和连接轴颈在整个圆周上的壁厚大致相等。其中连接轴颈的壁厚至少部分大于套管的壁厚，但最多大到使套管和连接轴颈的横截面相等。

Description

多组凸轮
本发明涉及带有至少两个椭圆套管并在两个套管之间分别设置一个环形连接轴颈的空心体以及制造这种空心体的方法。其中套管的外周表面至少在较小直径的范围内超出连接轴颈，超出的尺寸在较小半径的顶部大于其余范围，而且环形连接轴颈的圆周小于椭圆套管的圆周。
这种空心体的一个例子将在本发明中叙述，但本发明不限于这个例子。这种空心体制成至少两个凸轮，即所谓凸轮组。如所周知，在装配空心凸轮轴时，至少分别由两个凸轮组成凸轮组，并用连接套管将各组的各个凸轮相互连接起来。
在欧洲专利EP0213529公知的这种凸轮组中，凸轮和设置在其间的连接套管具有相同的内直径，而且在把这种凸轮组装配到管子上时，位于凸轮组下方的管段产生塑性变形，而管组则只产生弹性变形，所以通过凸轮组在两部分之间引起的压力而实现牢固连接，但压力必须很高。
为了避免这种高的压力，在欧洲专利EP0309899提出的凸轮组中，凸轮的内直径大于连接套管，这样在扩径时，只有连接套管产生牢固连接，从而特别是在连接套管的壁厚很薄时，可明显降低所需的变形力。
这种公知的凸轮组通常用铸造或烧结或实心体制成。
这种凸轮组的制造费用十分昂贵。
本发明的任务是提出一种凸轮组及其制造方法，这种凸轮组比公知的凸轮组具有制造费用低、重量轻和机加工简单的优点。
本发明的这个任务是这样实现的：前述的空心体用可延展的材料制成，它的套管和连接轴颈在整个圆周上都基本具有相同的壁厚，而且连接轴颈的壁厚至少部分地比套管的壁厚大，但最多大到使套管和连接轴颈的横截面相等；这种空心体用一根管子制造，其方法是，首先将管子的整个长度成形为套管形状的椭圆管，然后按一定距离逐段将这根管子成形为预定内直径的环并分别在套管之间构成一个连接轴颈。
这样的空心体比公知的凸轮组具有这样的优点：可用价廉的坯料制造，简单、合理而且重量轻。
在本发明的另一种结构中，套管和连接轴颈之间的材料在较小半径的范围内被部分地割断例如剪断。在公知的凸轮组中，在整个圆周上凸轮顶点没有错开，而在本发明空心体中，较小套管半径的顶点在整个圆周上则相互错开一定的角度。在超出尺寸大于套管壁厚的范围内，连接轴颈侧向伸入套管内腔，从而使较小半径范围内的套管获得有利的支撑。
在常规的凸轮中，凹面的滚道范围必须通过磨削加工，而按本发明，这一范围在凸轮滚道面经过一般的磨削加工后可通过在较小半径顶点下方将套管压入这样一种很简单的方法制成。如果这样一种空心体具有多个连接轴颈例如在套管的外侧上也具有这种连接轴颈，则所有连接轴颈的圆形内表面成一直线。环形连接轴颈对这种空心体最好作成径向轴承。但亦可与连接轴颈同轴地设置另外的环形件，这些环形件的内直径大于连接轴颈的内直径，而且将这些环形件作成具有一定功能的部件，例如轴向止推轴承或径向轴承、多棱调节块、法兰等等。这样构成的空心体可直接作为凸轮轴使用。如果在某些使用场合中，这种空心体的强度或刚度不够，则最好在其内腔设置一根支撑管。特别是当这种空心体柔性装配到管子上时，例如通过管子液压扩径时尤为有利。这种作为凸轮组使用的空心体具有制造成本很低和精度高的优点，而不需在成形后进行孔和外轮廓的再加工。特别是可用几米长的管子成形多个这样的凸轮组，其中凸轮组在成形后可单个或成组从这根管子切断。
特别是将这种管子上的凸轮组装配成空心凸轮轴时本发明空心体的优点尤多：这种凸轮组可用扩径装置简单支撑并比常规制造的多个凸轮具有较小的角度误差和支承误差；此外，这种凸轮组可在装配前精加工例如磨削或淬火；这种凸轮组的凸轮盘相当小并可相互紧密设置，因为在较小的半径范围内即凸轮顶部范围内切开而不需要占地的材料过渡。
通过套管构成的凸轮和作为装配处用的连接轴颈的整体连接增加了可传递的扭矩。因为只有连接件在装配时扩径，所以扩径不影响凸轮轮廓和损害质量。
凸轮凸部附近即在凸轮宽度两侧椭圆较小半径范围内的切口在扭转成形时可将材料剪断。本发明空心体的优点是，镦锻成形连接轴颈和扭转成形凸轮顶点都可用冷成形，而且成形方法例如可用冲压、锻压或两种方法的组合。最好在空心体中心用一个校径规进行扭转成形和镦锻成形，这样可达到符合要求的扩径公差及公差的保持。
凸轮滚道面的淬火例如用电子射线法或激光法并可在装配前即扩径前进行，但亦可在以后进行，因为扩径区与要淬火的凸轮滚道面是明显断开的。所以，事先淬火不会由于扩径引起淬火损失。多个凸轮组可进行快速、费用少和精确的装配，而且在装配前整个凸轮组的加工可保证尺寸精度，特别是也可考虑角度误差进行加工。连接轴颈的壁厚增加和向套管内腔扩宽的可能性使整个空心体结构具有较大的刚度。
作为成组制造的多个凸轮具有用于变量阀门控制的良好前提。作为管套设置在轴上的凸轮组可旋转或移动。
下面结合附图所示的一个实施例来详细说明本发明。附图是：
图1表示按凸轮形状成形的管子的透视图；
图2表示交替由连接轴颈和凸轮状的套管组成的空心体的透视图；
图3表示用一根长管制成整体的带有凸轮状套管、连接轴颈和功能件的本发明多个空心体的透视图；
图4表示装配到管子上的本发明空心体另一种结构形式的侧剖图；
图5表示带有通过压入部分形成凹面凸轮轮廓的本发明空心体的横截面图。
在图示实施例中，本发明空心体1用可延展材料的管子制成。在第一道工序中，管子的整个长度成形为凸轮形状的管2，如图1所示。
图2表示将空心体凸轮状的套管3两侧附近成形为环形连接轴颈4。在所示的实施例中，凸轮状的套管3径向超出环形连接轴颈，特别是在较小半径的范围内即凸轮顶部5的范围内十分明显。
连接轴颈范围内由原来的一致凸轮形状的管截面2成形为连接轴颈最好用冷成形法，例如锻压、冲压或两种成形方法的组合。因为相应的管段在成形前具有较大的圆周，所以在成形为较小圆周的环形连接轴颈4时由于体积不变而可达到相当大的壁厚，但这种壁厚在整个圆周上相当均匀，而使环形连接轴颈4的横截面大致等于凸轮状套管3的横截面。
如果图中所示凸轮顶部5超出环形连接轴颈4的径向超出量大于凸轮状的套管3的壁厚，则形成一个超出空腔6。环形连接轴颈4和凸轮状的套管3之间的材料切断可通过在管子表面上切口来实现，但亦可通过在成形过程中剪断这部分材料这种简单方式进行，这样在轴向内在连接轴颈4和套管3之间不形成中间空间。通过在制作环形连接轴颈时适当控制成形过程而可在超出空腔6的范围内使连接轴颈4的材料展宽，这样在这个范围内连接轴颈4的侧面就可伸入套管3的超出空腔6中，从而在过渡区内使套管的相应范围获得附加的支撑。
在所示实施例和图2中，在两个端部的套管3前面都设置有连接轴颈4，但在这种空心体上也可将相应的凸轮状套管3设置为最外的部件。
通过成形方法的相应改进，例如通过侧向切入或切槽，可使连接轴颈4和凸轮状的套管3之间形成锐边过渡，这样由于没有软的轮廓过渡就使整个结构在轴向内具有很精确和紧凑的优点。在多于一个连接轴颈的实施例中，连接轴颈3的内直径在轴向成一条直线；当空心体通过一个内置的支撑管加强或装配在一根内置的管上时，则只要超过两个连接轴颈就必须符合这一要求。如果不是全部连接轴颈符合这个要求，则其余连接轴颈的内直径必须大于成一条直线的连接轴颈的内直径，并不得部分地向内凸出这条直线。
在图3所示实施例中，凸轮顶部5部分地相互错开。如图2所示，这些凸轮顶部在第一步是全部对准的。凸轮顶部5的错开成形同样也可用冷成形法，并可基本上保持凸轮的基本形状。
在图3所示实施例中，也可设置其他的功能件。例如与空心件1整体制成用于调节的多棱段7，在所示实施例中为一个调节用的四方体7、径向轴承8、轴向止推轴承9和法兰件10(见图4)。
如图4纵截面侧视图所示，径向轴承8和法兰件10的内直径可与最小的成一条直线的连接轴颈4的内直径相等，即用一根插入的支撑管或内管11构成装配空心体的空心轴而使空心体紧贴在内管11上，其中，调节四方体7和轴向止推轴承9的内直径不紧贴在内管11上。
空心体1可单独或整体多个串联成为驱动轴利用。这种空心体最好用一根长管制成整体并根据需要从管上切断。如果这种空心体1装配到一根内置的管子上而成装配好的空心轴例如空心凸轮轴使用时，则保持装配面内直径的尺寸精度是特别重要的。最好通过一个内置的校径规进行成形，以保证尺寸精度。
空心体需要的加工例如磨削、抛光、淬火等可在装配前进行，这样，在组装轴制成后就不需要精加工。本发明空心体的优点是，表面处理或加工后的件在装配时不变形，因而加工效果不受损害。在对整个产品有利的特殊情况中，加工亦可在装配后进行。
图5所示空心体横截面中较小半径的顶部下方的一段12通过压入成形，这种结构的使用例子例如为带凹入滚道面的凸轮断面例如用于阀门的摇杆控制。这种凹进的凸轮滚道面一般用磨削加工而成，由于几何比例加工特别困难而且昂贵。而在本发明的空心体上，则通过在相应部位的简单压入即可制成这种凹进的滚道面，因为可延展的材料具有均匀的壁厚而为这种无切屑成形提供了特别简单的前提。在所示实施例中，只有一侧有压入段12，但亦可在顶点两侧对称或不对称设置压入段12。
本发明空心体比常规凸轮组具有重量轻得多的优点。通过构成整体有助于在成形过程中连接轴颈4壁厚的增加，因此这种空心体亦具有高的强度和刚度。

Claims (14)

1．带有至少两个椭圆套管并在两个套管之间设置一个环形连接轴颈的空心体，其中套管的外圆周表面至少在较小半径的范围内超出连接轴颈，超出的尺寸在较小直径顶部大于其余范围，其特征是，套管(3)和连接轴颈(4)之间的材料在较小半径范围内被部分地剪断，套管(3)和连接轴颈(4)在此范围内无隔板地相邻设置，而且连接轴颈(4)的壁厚至少部分地比套管(3)的壁厚大一个使套管和连接轴颈的横截面相等的尺寸。
2．按权利要求1的空心体，其特征是，较小套管半径的顶点在整个圆周上相互错开一个预定的角度。
3．按权利要求1的空心体，其特征是，套管较小半径(5)范围内的超出尺寸大于套管(3)的壁厚，并且连接轴颈(4)在套管较小半径的范围内侧面伸入至少一个相邻套管(3)的内腔中。
4．按权利要求1的空心体，其特征是，至少在一个套管(3)的外端设置另一个连接轴颈(4)，而且连接轴颈(4)的环形内表面相互成一条直线。
5．按权利要求1的空心体，其特征是，套管(3)至少一侧在较小半径顶点(5)下方压凹成使压坑(12)的半径明显大于相邻没有压凹的范围。
6．按权利要求5的空心体，其特征是，压坑(12)具有一个与相邻未压凹范围相反的曲率。
7．按权利要求1的空心体，其特征是，连接轴颈(4)至少部分构成径向轴承。
8．按权利要求1的空心体，其特征是，空心体具有与连接轴颈(4)同轴的环形件，这些环形件的内直径大于连接轴颈(4)的内直径，而且这些环形件可构成功能件。
9．按权利要求1的空心体，其特征是，空心体至少连接在一根管子(11)上，其中管子(11)通过内部扩径产生塑性变形，而连接轴颈(4)则产生弹性变形，而且空心体(1)用它的连接轴颈(4)的内表面牢固紧贴在管子外表面上。
10．用管子制造空心体的方法，该管子的形状与空心体相符或者将管子整个长度成形为套管形状的椭圆管，然后最好用一个校径规用压力机和/或锻压机将管子按一定距离逐段成形为具有预定内直径的环，并在套管之间分别构成一个环形连接轴颈，其特征是，套管和连接轴颈之间的材料至少在较小半径范围内被部分地剪断，和至少一个套管扭制成使较小半径的顶点在至少大致保持它的横截面形状下与相邻套管的顶点错开一个预定的角度。
11．按权利要求10的方法，其特征是，在超出尺寸大于套管壁厚的圆周范围内，连接轴颈的材料被向凸轮顶点下方的范围展宽。
12．按权利要求10的方法，其特征是，连接轴颈的成形和套管的扭制按不同的角度位置用冷成形法进行。
13．按权利要求10的方法，其特征是，在一根长管上整体构成许多空心体，而且单个或多个空心体可切断。
14．按权利要求1至8任一项所述的至少一个空心体可用于制造凸轮轴，其特征是，至少一个空心体通过一根管子推动并按公知的方法通过管子的扩径与这个空心体牢固连接，其中管子产生塑性变形，而空心体的连接轴颈则产生弹性变形，所以空心体用其连接轴颈的内表面牢固张紧紧贴在管子外表面上。
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