CN112692718A - 制造冷缩配合接头的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造冷缩配合接头的方法，包括:（a）转动内部构件，(b)加工内部构件的最外表面，使得内部构件的最外表面具有连续的凸出形状；(c)转动外部构件；(d)加工外部构件的最内表面，使得外部构件的最内表面具有连续的凸出形状；(e)在加工外部构件的最内表面之后，加热外部构件的最内表面以使最内表面的尺寸扩大；(f)在将内部构件保持在室温的同时，将加热的外部构件放置到内部构件上；以及(g)将内部构件和外部构件保持就位，直到外部构件的最内表面与内部构件的最外表面之间的界面达到室温。

Description

制造冷缩配合接头的方法
技术领域
本公开涉及冷缩配合接头以及制造冷缩配合接头的方法。
背景技术
接头用于连接旋转部件。冷缩配合接头有时用于联接到旋转部件。然而，希望开发一种能够抵抗更高扭矩的接头。
发明内容
本公开描述了在两个旋转部件上产生所需凸出/凸出形式的高精度转动和研磨方法。然后加热外部构件以增大内径。内部构件位于外部构件内，并且两个构件冷缩配合在一起以形成一个部件。这种方法得到用于例如传动装置、发动机或电气化驱动单元中的旋转部件的更高扭矩的接头。
在本公开的一个方面中，制造扭矩传递组件的方法包括以下步骤:(a)使内部构件围绕第一纵向轴线转动，其中第一纵向轴线沿着内部构件延伸；(b)加工内部构件的最外表面，使得内部构件的最外表面具有连续的凸出形状；(c)使外部构件围绕第二纵向轴线转动，其中第二纵向轴线沿着外部构件延伸；(d)加工外部构件的最内表面，使得外部构件的最内表面具有连续的凸出形状；(e)在加工外部构件的最内表面之后，加热外部构件的最内表面以使最内表面的尺寸扩大；(f)在将内部构件保持在室温的同时，将加热的外部构件放置到内部构件上；以及(g)在将加热的外部构件放置到内部构件上之后，将内部构件和外部构件保持就位，直到外部构件的最内表面与内部构件的最外表面之间的界面达到室温以完成冷缩配合接头，从而最大化外部构件的最内表面与内部构件的最外表面之间的界面的传递扭矩。
加工内部构件的最外表面可以包括研磨内部构件的最外表面。研磨内部构件的最外表面可以包括将研磨轮放置成与内部构件的最外表面直接接触，并且在使内部构件围绕第一纵向轴线转动的同时以及在研磨轮与内部构件的最外表面直接接触的同时旋转研磨轮。外部构件的最内表面限定了延伸穿过外部构件的开口。
加工外部构件的最内表面可以包括研磨外部构件的最内表面。研磨轮可以被称为第一研磨轮。第二研磨轮可以插入外部构件的开口内。第二研磨工具可以被放置成与外部构件的最内表面直接接触，并且在使外部构件围绕第二纵向轴线转动的同时以及在第二研磨轮与外部构件的最内表面直接接触的同时旋转。该方法还可以包括在研磨外部构件的最内表面之后，从外部构件的开口移除第二研磨轮。
为了加热外部构件的最内表面，可以将感应加热线圈放置在外部构件的开口内。可以向感应加热线圈供应交流电（AC）以产生热量。外部构件的最内表面可以用加热系统加热，该加热系统可以是感应加热系统。加热系统可以包括电源，电源被配置为供应交流电。加热系统可以进一步包括感应加热线圈。感应加热线圈可以耦合到电源，使得感应加热线圈被配置为从电源接收交流电。感应加热线圈可以在开口内旋转，以均匀地加热外部构件的最内表面。感应加热线圈可以从外部构件的开口移除。
在从外部构件的开口移除感应加热线圈之后，在将内部构件保持在室温的同时，可以将加热的外部构件放置到内部构件上。在内部构件处于竖直取向的同时，可以将加热的外部构件放置到内部构件上。室温在华氏68度到72度之间。
本公开还描述了一种扭矩传递组件。扭矩传递组件包括内部构件、围绕内部构件设置的外部构件以及将外部构件与内部构件互连的冷缩配合接头。冷缩配合接头包括内部构件的最外表面和外部构件的最内表面。外部构件的最内表面与内部构件的最外表面直接接触。最外表面和最内表面中的每一个都具有连续的凸出形状。外部构件限定了开口。内部构件可以完全设置在外部构件的开口内。内部构件可以具有圆柱形形状。外部构件可以具有圆柱形形状。
本公开可以包括以下方案：
1. 一种用于制造扭矩传递组件的方法，包括:
使内部构件围绕第一纵向轴线转动，其中所述第一纵向轴线沿着所述内部构件延伸；
加工所述内部构件的最外表面，使得所述内部构件的最外表面具有连续的凸出形状；
使外部构件围绕第二纵向轴线转动，其中所述第二纵向轴线沿着所述外部构件延伸；
加工所述外部构件的最内表面，使得所述外部构件的最内表面具有连续的凸出形状；
在加工所述外部构件的最内表面之后，加热所述外部构件的最内表面以使所述最内表面的尺寸扩大；
在将所述内部构件保持在室温的同时，将所述热的外部构件放置到所述内部构件上；和
在将加热的外部构件放置到所述内部构件上之后，将所述内部构件和所述外部构件保持就位，直到所述外部构件的最内表面和所述内部构件的最外表面之间的界面达到室温，以完成冷缩配合接头，从而最大化所述外部构件的最内表面与所述内部构件的最外表面之间的界面的传递扭矩。
2. 根据方案1所述的方法，其中，加工所述内部构件的最外表面包括研磨所述内部构件的最外表面。
3. 根据方案2所述的方法，其中，研磨所述内部构件的最外表面包括将研磨轮放置成与所述内部构件的最外表面直接接触，并且在使所述内部构件围绕所述第一纵向轴线转动的同时以及在所述研磨轮与所述内部构件的最外表面直接接触的同时旋转所述研磨轮。
4. 根据方案3所述的方法，其中，所述外部构件的最内表面限定延伸穿过所述外部构件的开口。
5. 根据方案4所述的方法，其中，加工所述外部构件的最内表面包括研磨所述外部构件的最内表面，所述研磨轮是第一研磨轮，研磨所述外部构件的最内表面包括将第二研磨轮插入所述外部构件的所述开口内，研磨所述外部构件的最内表面包括将所述第二研磨轮放置成与所述外部构件的最内表面直接接触，并且在使所述外部构件围绕所述第二纵向轴线转动的同时以及在所述第二研磨轮与所述外部构件的最内表面直接接触的同时旋转所述第二研磨轮。
6. 根据方案5所述的方法，还包括在研磨所述外部构件的最内表面之后，从所述外部构件的所述开口移除所述第二研磨轮。
7. 根据方案6所述的方法，其中，加热所述外部构件的最内表面包括将感应加热线圈放置在所述外部构件的所述开口内。
8. 根据方案7所述的方法，其中，加热所述外部构件的最内表面还包括向所述感应加热线圈供应交流电（AC）以产生热量。
9. 根据方案8所述的方法，其中，所述外部构件的最内表面用加热系统加热，其中所述加热系统是感应加热系统，并且所述感应加热系统包括感应加热线圈。
10. 根据方案9所述的方法，其中，所述加热系统包括被配置为供应交流电的电源。
11. 根据方案10所述的方法，其中，所述加热系统还包括感应加热线圈，并且所述感应加热线圈耦合到所述电源，使得所述感应加热线圈被配置为从所述电源接收交流电。
12. 根据方案11所述的方法，其中，加热所述外部构件的最内表面还包括旋转所述开口内的所述感应加热线圈以均匀地加热所述外部构件的最内表面。
13. 根据方案12所述的方法，还包括从所述外部构件的所述开口移除所述感应加热线圈。
14. 根据方案13所述的方法，其中，在从所述外部构件的所述开口移除所述感应加热线圈之后，在将所述内部构件保持在室温的同时，将加热的外部构件放置到所述内部构件上。
15. 根据方案14所述的方法，其中，在所述内部构件处于竖直取向的同时，将加热的外部构件放置到所述内部构件上。
16. 根据方案15所述的方法，其中，所述室温在68华氏度到72华氏度之间。
17. 一种扭矩传递组件，包括:
内部构件；
围绕所述内部构件设置的外部构件；
将所述外部构件与所述内部构件互连的冷缩配合接头，其中所述冷缩配合接头包括:
所述内部构件的最外表面；和
所述外部构件的最内表面；
其中所述外部构件的最内表面与所述内部构件的最外表面直接接触；和
其中所述最外表面和所述最内表面中的每一个都具有连续的凸出形状。
18. 根据方案17所述的扭矩传递组件，其中，所述外部构件限定开口，并且所述内部构件完全设置在所述外部构件的所述开口内。
19. 根据方案18所述的扭矩传递组件，其中，所述内部构件具有圆柱形形状。
20. 根据方案19所述的扭矩传递组件，其中，所述外部构件具有圆柱形形状。
当结合附图考虑时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面对用于实施如所附权利要求中所限定的本教导的一些最佳方式和其他实施例的详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是制造系统的示意图。
图2是内部构件与外部构件之间的冷缩配合接头的示意性剖视图。
图3是制造图2的冷缩界面的方法的流程图。
图4是研磨图2的内部构件的第一研磨轮的示意性透视图。
图5是研磨图2的外部构件的第二研磨轮的示意性透视图。
图6是联接到控制器的加热系统的示意性透视图。
图7是图2的外部构件被放置到内部构件上的示意性前视图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制应用和使用。此外，无意受前面的介绍、概述或下面的详细描述中提出的明示或暗示的理论的约束。
本文可以根据功能和/或逻辑块构件和各种处理步骤来描述本公开的实施例。应当理解，这种块构件可以通过被配置为执行指定功能的多个硬件、软件和/或固件构件来实现。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路构件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将理解，本公开的实施例可以结合多个系统来实施，并且本文描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。
为了简洁起见，与信号处理、数据融合、信令、控制和系统的其他功能方面(以及系统的个别操作构件)相关的技术在本文中不做详细描述。此外，本文包含的各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的功能关系和/或物理联接的示例。应当注意，在本公开的实施例中可以存在替代的或附加的功能关系或物理连接。
参考图1，制造系统100包括控制器102、第一加工工具104、第二加工工具106和加热系统108。第一加工工具104、第二加工工具106和加热系统108中的每一个都与控制器102电子通信。这样，控制器102被配置成控制第一加工工具104、第二加工工具106和加热系统108的操作。虽然附图示出了单个控制器102，但是可以设想制造系统100可以包括多于一个控制器102。
控制器102包括至少一个处理器110和计算机非暂时性可读存储设备或介质112。处理器110可以是定制的或市场上可买到的处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、与控制器102相关联的几个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器、它们的组合，或者通常是用于执行指令的设备。计算机可读存储设备或介质可以包括例如只读存储器（ROM）中的易失性和非易失性存储、随机存取存储器(RAM)和不失效存储器(keep-alive memory，KAM)。KAM是永久性或非易失性存储器，其可用于在处理器110断电时存储各种操作变量。计算机可读存储设备或介质112可以使用多个存储设备来实现，存储设备是例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电子可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存或能够存储数据的另一种电、磁、光或组合存储设备，其中一些表示可执行指令，由控制器102用来控制第一加工工具104、第二加工工具106和/或加热系统108。控制器102还包括被配置成从用户接收命令的用户接口113。用户接口113可以包括例如按钮、触摸屏、旋钮、键盘或其组合。这样，用户可以通过用户接口113选择具体的几何尺寸和公差(GD&T)调出（callout）。响应于该选择，控制器102命令第一加工工具104、第二加工工具106或两者执行特定动作。控制器102、第一加工工具104和/或第二加工工具106可以是计算机数字控制(CNC)机器101的一部分。
参考图2，制造系统100(图1)可用于制造内部构件202与外部构件204之间的冷缩配合接头200。当内部构件202和外部构件204通过冷缩配合接头200联接在一起时，它们共同形成扭矩传递组件201。外部构件204具有最内表面206，并且内部构件202具有最外表面208。在制造方法300(如图3所示)完成之后，外部构件204的最内表面206和内部构件202的最外表面208中的每一个都具有凸出形式(即，连续的凸出形状)。外部构件204的最内表面206与内部构件202的最外表面208直接接触，以最大化冷缩配合接头200的扭矩传递能力。内部构件202和外部构件204中的每一个全部或部分地由刚性材料（例如金属或刚性聚合物)制成。内部构件202沿着第一纵向轴线X1延伸。外部构件204沿着第二纵向轴线X2延伸。第一纵向轴线X1和第二纵向轴线X2可以彼此平行。例如，外部构件204可以与内部构件202同轴。外部构件204的最内表面206限定了延伸穿过外部构件204的开口210。内部构件202和外部构件204中的每一个都可以具有圆柱形形状，以最大化扭矩传递组件201的冷缩配合接头200的扭矩传递能力。
图3是制造扭矩传递组件201的冷缩配合接头200的方法300的流程图。方法300可以通过控制器102来控制，并且响应于用户通过用户接口113对GD&T调出的选择，在块302处开始。GD&T调出可以是线轮廓。在块302处，内部构件202围绕第一纵向轴线X1转动。换句话说，内部构件202围绕第一纵向轴线X1旋转。然后，随着内部构件202围绕纵向轴线X1转动的同时，使用第一加工工具104加工内部构件202的最外表面208，直到最外表面208具有如图2所示的连续的凸出形状。控制器102可以被编程以控制第一加工工具104。
如图4所示，第一加工工具104可以是第一研磨轮104a，并且因此关于块302描述的加工过程可以是研磨。为了在内部构件的最外表面208上形成连续的凸出形状，随着内部构件202在第一旋转方向R1(例如，逆时针)上围绕第一纵向轴线X1转动的同时，第一研磨轮104a与内部构件202的最外表面208被放置成直接接触。当第一研磨轮104a与内部构件202的最外表面208直接接触时，第一研磨轮104a在相同的第一旋转方向R1上(例如，逆时针)旋转，同时内部构件202在第一旋转方向R1上围绕第一纵向轴线X1旋转，以研磨最外表面208，直到最外表面208具有连续的凸出形状。
再次参考图3，在块302处，外部构件204在第一旋转方向R1(例如，逆时针)上围绕第二纵向轴线X2转动。换句话说，外部构件204围绕第一旋转方向R1旋转。然后，使用第二加工工具106加工外部构件204的最内表面206(随着外部构件204围绕第二纵向轴线X2旋转的同时)，直到外部构件204的最内表面206具有连续的凸出形状。控制器102可以被编程以控制第二加工工具106。
参考图5，如上所讨论的，外部构件204的最内表面206限定了沿着第二纵向轴线X延伸的开口210。第二加工工具106可以是第二研磨轮106a，并且因此上述加工过程可以是研磨。为了在外部构件204的最内表面206上形成连续的凸出形状，第二研磨轮106a如箭头I所示插入外部构件204的开口210内，并在横向方向T上移动，直到第二研磨轮106a与外部构件204的最内表面206直接接触。随着外部构件204在第一旋转方向R1上围绕第二纵向轴线X2旋转的同时，第二研磨轮106a被放置成与外部构件204的最内表面206直接接触。此外，随着(a)第二研磨轮106a在第一方向R2上围绕第二纵向轴线X2转动以及(b)第二研磨轮106a与外部构件204的最内表面206直接接触的同时，第二研磨轮106a也在第二旋转方向R2(与第一旋转方向R1相反)上围绕第二纵向轴线X2旋转，以研磨最内表面206，直到最内表面206具有连续的凸出形状。第二研磨轮106a围绕第二纵向轴线X2的旋转运动保持第二研磨轮106a与外部构件204的最内表面206直接接触。然后，从外部构件204的开口210移除第二研磨轮106a，并且方法300前进到块304。第一研磨轮104a和第二研磨轮106a中的每一个都具有修整成研磨轮(即，相应的第一研磨轮104a或第二研磨轮106a)的相应受控形式(例如，相应的凸出形状)，用于每个构件(即，相应的外部构件204或内部构件202)的优化控制。
再次参考图3，块304需要加热外部构件204的最内表面206，以扩大最内表面206。作为加热的结果，与加热前其位置相比时，最内表面206移动更靠近第二纵向轴线X2。为了加热外部构件204的最内表面206，可以使用加热系统108。加热系统108可以是与控制器102通信的感应加热系统。因此，控制器102可以被编程以控制加热系统108。加热系统108包括被配置为供应交流电（AC）的电源114。此外，加热系统108包括耦合到电源114的感应加热线圈116。这样，感应加热线圈116被配置成从电源114接收交流电。
继续参考图3和6，在块304处，感应加热线圈116被放置在外部构件204的开口210内，同时在外部构件204的最内表面206与感应加热线圈116之间留有间隙。控制器102然后可用于命令电源114向感应加热线圈116提供交流电，以在外部构件204内产生热量。感应加热线圈116可以在开口210内围绕第二纵向轴线X2旋转，以均匀地加热外部构件204的最内表面206，从而在最内表面206热膨胀之后最大化热配合接头200的扭矩传递能力。在加热最内表面206之后，从外部构件204的开口210移除感应加热线圈116。在块304之后，方法300前进到块306。
参考图3，块306需要将外部构件204组装到内部构件202上。具体地，加热的(膨胀的)外部构件204被放置到内部构件202上(如箭头O所示)，同时将内部构件202保持在室温以防止内部构件202热膨胀。在本公开中，术语“室温”是指在68华氏度到72华氏度之间的温度。在此过程中可以使用竖直夹具。这样，外部构件204如箭头O所示竖直地放置到内部构件202上，以便于将外部构件204组装到内部构件202上。方法300然后前进到块308。
继续参考图3，块308需要将内部构件202和外部构件204保持就位，直到外部构件204的最内表面206与内部构件202的最外表面208之间的界面达到室温，以完成冷缩配合接头200。扭矩传递组件201的所得冷缩配合接头200能够传递比具有两个直的接触表面或凹入和凸出的接触表面组合的冷缩配合接头更高的扭矩。例如，冷缩配合接头200能够传递比由两个直的接触表面限定的冷缩配合接头高16%的扭矩。
详细描述和附图或图形是对本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳方式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例用于实施在所附权利要求中限定的本教导内容。

Claims (10)

1.一种用于制造扭矩传递组件的方法，包括:
使内部构件围绕第一纵向轴线转动，其中所述第一纵向轴线沿着所述内部构件延伸；
加工所述内部构件的最外表面，使得所述内部构件的最外表面具有连续的凸出形状；
使外部构件围绕第二纵向轴线转动，其中所述第二纵向轴线沿着所述外部构件延伸；
加工所述外部构件的最内表面，使得所述外部构件的最内表面具有连续的凸出形状；
在加工所述外部构件的最内表面之后，加热所述外部构件的最内表面以使所述最内表面的尺寸扩大；
在将所述内部构件保持在室温的同时，将所述热的外部构件放置到所述内部构件上；和
在将加热的外部构件放置到所述内部构件上之后，将所述内部构件和所述外部构件保持就位，直到所述外部构件的最内表面和所述内部构件的最外表面之间的界面达到室温，以完成冷缩配合接头，从而最大化所述外部构件的最内表面与所述内部构件的最外表面之间的界面的传递扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，加工所述内部构件的最外表面包括研磨所述内部构件的最外表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，研磨所述内部构件的最外表面包括将研磨轮放置成与所述内部构件的最外表面直接接触，并且在使所述内部构件围绕所述第一纵向轴线转动的同时以及在所述研磨轮与所述内部构件的最外表面直接接触的同时旋转所述研磨轮。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述外部构件的最内表面限定延伸穿过所述外部构件的开口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，加工所述外部构件的最内表面包括研磨所述外部构件的最内表面，所述研磨轮是第一研磨轮，研磨所述外部构件的最内表面包括将第二研磨轮插入所述外部构件的所述开口内，研磨所述外部构件的最内表面包括将所述第二研磨轮放置成与所述外部构件的最内表面直接接触，并且在使所述外部构件围绕所述第二纵向轴线转动的同时以及在所述第二研磨轮与所述外部构件的最内表面直接接触的同时旋转所述第二研磨轮。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括在研磨所述外部构件的最内表面之后，从所述外部构件的所述开口移除所述第二研磨轮。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，加热所述外部构件的最内表面包括将感应加热线圈放置在所述外部构件的所述开口内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，加热所述外部构件的最内表面还包括向所述感应加热线圈供应交流电（AC）以产生热量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述外部构件的最内表面用加热系统加热，其中所述加热系统是感应加热系统，并且所述感应加热系统包括感应加热线圈。
10.一种扭矩传递组件，包括:
内部构件；
围绕所述内部构件设置的外部构件；
将所述外部构件与所述内部构件互连的冷缩配合接头，其中所述冷缩配合接头包括:
所述内部构件的最外表面；和
所述外部构件的最内表面；
其中所述外部构件的最内表面与所述内部构件的最外表面直接接触；和
其中所述最外表面和所述最内表面中的每一个都具有连续的凸出形状。
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