CN110871341A - 制造带齿凸轮轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造带齿凸轮轴的方法、针装置的使用方法、施加的塑性表面变形的使用方法和带齿凸轮轴。在制造带齿凸轮轴的方法包括：a)用测量装置测量带齿凸轮轴以确定不平衡，b)通过变形装置将至少局部形成的塑性表面变形分段地施加至所述带齿凸轮轴的齿根以矫正所述不平衡，所述塑性表面变形形成冲击部，且随后，c)将固定元件推动至所述带齿凸轮轴上，当推动所述固定元件时，所述固定元件具有与所述冲击部的重叠部分且从而被轴向固定在所述带齿凸轮轴上。

Description

制造带齿凸轮轴的方法

技术领域

本发明涉及一种制造带齿凸轮轴的方法，其中利用测量装置测量带齿凸轮轴以确定不平衡，且固定元件随后被轴向固定至带齿凸轮轴。此外，本发明涉及一种用来矫正带齿凸轮轴的不平衡的针装置的使用方法以及利用针装置机加工的带齿凸轮轴。

背景技术

凸轮轴、特别是带齿凸轮轴，在各种制造和处理步骤中承受应用特定的载荷。这种机加工步骤可以包括机加工、齿轮成形、钻孔、研磨和至少部分硬化。通过各个机加工步骤，凸轮轴有时会经受相当大的形状偏差，且随后必须进行重新调整，以便将形状偏差减小至可容许的水平。

现有技术是所谓的弯曲矫直，由此材料被加载至屈服点以上且通过径向进给力的偏移来引起邻接部分的塑性变形。该力总是被选择得如此之高，以使其处于永久塑性范围内。

专利AT 36 1273 B揭示了一种通过对工件进行冲击加工来矫直由金属 (诸如铁、工具钢等)制成的优选细长的工件(诸如棒、板、轴或棒)的方法，由此通过具有弯曲尖端的撞针将一系列目标冲击以高频分布在弯曲件的内侧之上。

在现有技术的带齿凸轮轴生产工艺中，固定元件被施加至带齿凸轮轴。为了紧固固定元件，在带齿凸轮轴和用于传输扭矩和进行销连接的毂之间设有齿连接，以防止固定元件在带齿凸轮轴上的轴向位移。

此外，在现有技术中已知隆起是通过在圆轴上进行粗糙化而产生的，当接合毂形组件时，隆起在轴的外轮廓和毂的内轮廓之间形成重叠，且因此使得能够在两个元件之间传输力和扭矩。

现有技术的缺点在于，用于矫直凸轮轴的已知程序可能非常耗时且是成本密集型的。由于对凸轮轴矫直质量的要求越来越高，弯曲矫直正在达到另外的限制。应用特定的不同处理步骤确保了从塑性到弹性范围的精确过渡在每个矫直点处不具有相同的值。这导致了迭代搜索过程以确定每个参考点的精确值。这意味着矫直凸轮轴所需的时间超过了任何可接受的水平。

而且，当夹紧固定元件时，相对精确的预加工是必要的，这是因为固定元件中和齿条中的孔必须对齐且销必须与孔中的至少一个形成压入遮盖。这是防止固定元件移动的唯一方法。此外，销代表以便能够实现连接的额外构造元件。这导致了额外的成本。另一个缺点是通过中心冲压在轴和毂之间仅能传输相对低的扭矩。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于生产带齿凸轮轴的高效工艺，其既不是成本密集型的，也不耗时，且额外地满足了关于矫直质量的高要求。

根据本发明，该任务通过用于生产带齿凸轮轴的工艺、针装置的使用方法、所施加的表面变形以及带齿凸轮轴来解决。

在从属权利要求中指出了适应本发明的工艺的有利且变通的形式。

本发明基于以下思想：首先用测量装置来测量带齿凸轮轴以确定其不平衡。在随后的步骤中，使用变形装置来将至少局部形成的塑性表面变形分段地施加至带齿凸轮轴的齿根以矫正不平衡，塑性表面变形形成冲击部。随后，将固定元件推动至带齿凸轮轴上，当推动固定元件时，固定元件覆盖该冲击部且从而被轴向固定在带齿凸轮轴上。

该独创方法的一个优点是，能够通过测量凸轮轴的精确不平衡来对其进行确定。由于齿根中局部形成的塑性表面变形，特定应力被施加至轴的圆周。该应力矫正了先前测量的不平衡，以使得高对齐质量地补偿了带齿凸轮轴的形状偏差。

而且，在齿根表面上形成冲击部是有利的，这是因为固定元件能够在带齿凸轮轴上沿轴向固定，而无需额外的设计元件。这减少了制造工作量和成本。而且，实现了如下技术优点，例如，即使凸轮轴被重新研磨，也能够防止所施加的应力变为自由应力，这是因为塑性变形被布置在齿基处。这意味着在凸轮轴经过研磨之后保持了形状矫正。

带齿凸轮轴是这样的机械元件，其采用上面附接有至少一个圆形突起—凸轮的、具有沿纵向的凹部的杆的形式。轴在其自身的轴线上旋转，通过安装在其上的凸轮，这种旋转运动被重复地转换成短程纵向运动。带齿凸轮轴通常铸造为一个铸铁件或由钢锻造而成。在某些应用中，凸轮轴也被称为齿轮轴。

测量装置是适合对凸轮轴进行完整测量的测量系统。这需要例如几何测量、重量测量和旋转特性确定。此外，测量装置能够根据检测到的轴的不平衡来确定要施加至轴的表面的应力的位置和高度，所施加的应力能够引起对检测到的不平衡的矫正。例如，测量装置可以包括激光扫描器。

变形装置为适于使轴的表面塑性变形的装置。因此，硬度高于待变形表面的任何物体都适于塑性影响表面上的微结构。由于要施加的应力限于带齿凸轮轴的齿根中的精确限定的位置，变形装置必须适于在个位毫米范围内的强局部限制下实现塑性变形。

根据本发明的分段的意味着塑性表面变形主要被施加至凸轮轴的要设有固定元件的那些点。带齿凸轮轴的表现出塑性表面变形以矫正不平衡但仍然没有固定元件的那些区域，表现出具有相应低的变形程度的隆起。至少，没有固定元件的点处的冲击部的形状必须以如此方式实现，使得冲击部对带齿凸轮在带齿凸轮轴上的轴向位移没有影响。

根据本发明的隆起对应于由变形装置产生的移位材料的体积。冲击部必须是显著的，使得在带齿凸轮轴的外轮廓和固定元件的内轮廓之间作为毂形组件的固定元件被覆盖。因此，能够固定该固定元件。

根据优选的设计，利用针装置来进行塑性表面变形。

针装置提供了在精确限定的点处形成塑性变形的可能。所产生的应力矫正了先前测量到的不平衡，使得能够高对齐质量地补偿带齿凸轮轴的形状偏差。可以利用相对较少的工作量和容易获得的技术手段来实现精确定位。

在另一个优选设计之后，塑性表面变形被对称地施加至凸轮轴的圆周。

有利的是，在带齿凸轮轴的圆周上对称地引入变形，这是因为塑性变形引起带齿凸轮轴的形状偏差，且这些形状偏差利用对称布置相互抵消。

在已施加塑性表面变形且已将固定元件推动至带齿凸轮轴上之后，施加另一个塑性表面变形且推动另一个固定元件。

这具有的优点是，能够在带齿凸轮轴上布置多个固定元件和表面变形。

另一个优选的设计是将多个塑性表面变形和多个固定元件施加至带齿凸轮轴。

为了高效地布置固定顺序的固定元件，塑性表面变形的施加和固定元件至带齿凸轮轴上的滑动沿带齿凸轮轴的纵轴线相继进行。

为了精确地确定带齿凸轮轴的有形形状偏差，在利用测量装置测量带齿凸轮轴时确定带齿凸轮轴的实际旋转轴线。因此，实际旋转轴线用于与实际期望的旋转轴线相对齐。

根据另一个优选设计，当利用测量装置测量带齿凸轮轴时，确定局部表面变形在带齿凸轮轴的齿根中的合适位置和矫正带齿凸轮轴的不平衡所需的应力。

这具有的技术优点是，塑性表面变形仅被施加至实现矫直质量所必需的程度。以这种方式，非常高效且可靠地实现了期望的矫直质量。

为了能够高效地进行测量并实现可能的最高精确度，利用激光扫描器测量带齿凸轮轴。

该任务通过针装置的使用方法的特征来解决。

这种独创的针装置的使用方法使得可以一方面矫正凸轮轴的不平衡，且在另一方面施加隆起以固定固定元件。存在与已结合用于生产凸轮轴的创造性工艺所解释的优点相类似的优点。

该任务通过所施加的塑性表面变形的使用方法的特征来解决。例如，能够利用针装置进行塑性表面变形。

该任务通过带齿凸轮轴来解决。

对于上述所施加的塑性表面变形的使用方法以及带齿凸轮轴而言，存在与已结合用于生产凸轮轴的创造性工艺或结合针装置的创造性使用方法所解释的优点相类似的优点。

附图说明

下面参考所附示意图使用设计示例来更详细地解释本发明。其中示出：

图1示出具有不平衡的凸轮轴的示意图；

图2示出具有不平衡的凸轮轴的示意图，由此将塑性表面变形分段地施加至凸轮轴；

图3示出带齿凸轮轴的示意图，由此将塑性表面变形分段地施加在带齿凸轮轴12的齿根处；

图4示出具有固定元件的带齿凸轮轴的示意图；

图5示出具有固定元件的带齿凸轮轴的立体图；

图6示出具有针装置的带齿凸轮轴的横截面的示意图；以及

图7示出由针装置产生的冲击部的示意图。

具体实施方式

图1示出具有不平衡的凸轮轴10的示意图。不平衡是由之前的机加工步骤引起的。由于不平衡或形状偏差，凸轮轴10缺乏一定的矫直质量，且有必要矫直该轴以便将形状偏差矫正至可容许的水平。凸轮轴10 能够被设计成带齿凸轮轴。

图2示出具有不平衡的凸轮轴10的示意图，由此分段地施加塑性表面变形30。凸轮轴10的不平衡是通过施加局部形成的塑性表面变形30来矫正的。为了矫正不平衡，必须首先利用测量装置50(未示出)来测量凸轮轴10。例如，将凸轮轴10的几何旋转轴线与实际旋转轴线进行比较。这使得可以精确地计算凸轮轴10的表面上的应力的位置和水平，这对矫正所确定的不平衡是必要的。能够利用激光扫描器来测量凸轮轴10。

局部塑性表面变形产生目标应力，目标应力高矫直质量地补偿了先前测量到的不平衡。利用针装置22(同样参见图6)进行塑性表面变形。针装置22提供了在精确限定的点处形成塑性变形的可能。可以利用相对较少的工作量和容易获得的技术手段来实现精确定位。

图3示出带齿凸轮轴12的示意图，由此将塑性表面变形30分段地施加在一个齿根中。与凸轮轴10一样，首先利用测量装置50(未示出)测量凸轮轴12的不平衡。基于测量结果，能够计算矫正所确定的不平衡所需的凸轮轴12的表面上的应力的精确位置和水平。在下一步骤中，利用变形装置20将塑性表面变形30施加在带齿凸轮轴12的齿根中。例如，这允许保证在进一步的处理步骤、诸如过度研磨期间，不会释放出所施加的应力。换句话说，在凸轮轴12上研磨不会影响形状矫正。

图4显示具有固定元件40的带齿凸轮轴12的示意图。已测量了带齿凸轮轴12且已利用变形装置20、22将局部塑性表面变形30施加至带齿凸轮轴12的表面。因此，凸轮轴12处于已矫正了先前确定的不平衡的状态。

塑性表面变形30中的每一个形成了冲击部32(见图7)。在已将固定元件40施加至带齿凸轮轴12的那些点处，隆起32非常坚固，使得在固定元件中存在带齿凸轮轴12的外轮廓和固定元件40的内轮廓之间的重叠。该重叠使得通过将固定元件40滑动至带齿凸轮轴12上而将固定元件 40固定在带齿凸轮轴12上。

图5示出具有固定元件40的凸轮轴12的立体图，其没有重复描述与前述附图相同的特征。

图6示出具有针装置22的带齿凸轮轴12的横截面的示意图，其没有重复描述与前述附图相同的特征。

图7示出由针装置22产生的冲击部32的示意图，利用变形装置20，例如，利用针装置22将冲击部32施加在带齿凸轮轴12的齿根中。

对在其整个长度上没有齿连接的轴进行了描述。在这里，例如，组件 (例如，传感器轮)能够借助于隆起被固定在非锯齿区域中。

附图标记列表

10 凸轮轴

12 带齿凸轮轴

20 变形装置

22 针装置

30 表面变形

32 隆起

40 固定元件

50 测量装置。

Claims (12)

1.一种制造带齿凸轮轴(12)的方法，其中，

a)利用测量装置(50)测量带齿凸轮轴(12)以确定不平衡，

b)通过变形装置(20)将至少局部形成的塑性表面变形(30)分段地施加至所述带齿凸轮轴(12)的齿根以矫正所述不平衡，所述塑性表面变形(30)形成冲击部(32)，且随后，

c)将固定元件(40)推动至所述带齿凸轮轴(12)上，当推动所述固定元件(40)时，所述固定元件(40)具有与所述冲击部(32)的重叠部分且从而被轴向固定在所述带齿凸轮轴(12)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑性表面变形(30)利用针装置(22)来实现。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述塑性表面变形(30)被对称地施加至所述带齿凸轮轴(12)的圆周。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在已施加所述塑性表面变形(30)且已将所述固定元件(40)推动至所述带齿凸轮轴(12)上之后，施加另外的塑性表面变形(30)且推动另外的固定元件(40)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将多个塑性表面变形(30)和多个固定元件(40)施加至所述带齿凸轮轴(12)。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，塑性表面变形(30)的施加和固定元件(40)至所述带齿凸轮轴(12)上的滑动是沿所述带齿凸轮轴(12)的纵轴线相继发生的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当测量所述带齿凸轮轴(12)时，通过所述测量装置(50)确定所述带齿凸轮轴(12)的实际旋转轴线。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当测量所述带齿凸轮轴(12)时，所述测量装置(50)确定局部表面变形(30)在所述带齿凸轮轴(12)的齿根中的合适位置和矫正所述带齿凸轮轴(12)的所述不平衡所需的应力。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用激光扫描器测量所述带齿凸轮轴(12)。

10.一种针装置(22)的使用方法，所述针装置(22)用来矫正带齿凸轮轴(12)的不平衡。

11.一种施加的塑性表面变形(30)的使用方法，所述施加的塑性表面变形(30)用来通过将固定元件(40)滑动至所述局部表面变形(30)上来轴向固定带齿凸轮轴(12)的固定元件(40)。

12.一种带齿凸轮轴(12)，所述带齿凸轮轴(12)包括由于针装置(22)而导致的局部塑性表面变形(30)。

Images