HU186223B - Hollow shaft and mezhod for producing same - Google Patents

Description

A találmány tárgya üreges tengely gépekhez, különösen motorokhoz cs hajtóművekhez, amely egymással egyesített legalább két tengelvrészból all. valamint eljárás az ilyen tengelyek előállítására.

A gép-, motor- és hajtóműgyártásban általában tömör tengelyeket alkalmaznak elterjedtem Repülögépmotorokhoz. ahol a fajlagos, súlyegységre eső teljesítménynek igen nagy szerepe van, már korábban áttértek forgácsolással könnyített üreges tengelyek alkalmazására, amelyre jó példát szolgáltatnak példaképpen az ismert Hirt-motorok. Az üreges tengelyrészeket általában csavarmenetes kötéssel egyesítették. Kézenfekvő ugyanakkor az ilyen tengelyrészek hegesztéssel történő egyesítése is. ezt követő nemesítő hőkezelés alkalmazásával. Ismeretes másfelől forgástest alakú képződmények. testek, így például egy oldalról nyitott belső üreges tengelyek folyasztó sajtolás útján történő előállítása, amely eljárás nem csupán igen pontos, tehát csak csekély megmunkálási ráhagyást igényel, hanem viszonylag olcsó is. A folyasztó sajtolás továbbá olyan üregek kialakítását teszi lehetővé, amelyeknél feszültségkoncentrációk és mechnikai feszültségcsúcsok kialakulása az átmérőlépcsőknél megfelelően finom átmenetek alkalmazásával elkerülhető.

A gépgyártásban, különösképpen a motor- és hajtóműgyártásban jelentős igény van csekély súlyú. ugyanakkor mechanikai szilárdság szempontjából kellő biztonságot nyújtó, könnyén előállítható tengelyek, különösen végeik irányában csökkenő átmérőkkel bíró tengelyek iránt, amelyek teljes anyagszükséglete jelentős hányadban nem értéktelen esztergaforgács vagy hasonló hulladék formájában megy hulladékba.

A találmány célja a fentebb körvonalazott igényt kielégítő üreges tengelyek, valamint az ilyenek előállítására alkalmas eljárás kialakítása, amelyet olyan tárgyi üreges tengelyekkel érünk el, melyek a találmány értelmében legalább közelítőleg radiális síkok mentén egymással oldhatatlan kötéssel egyesített, egyenként folyasztó sajtolással előállított tengelyrészekből állnak. Az ilyen tengelyek előállítására alkalmas, ugyancsak találmány szerinti eljárás lényege, hogy folyasztó sajtolással belső üregű tengelyrészeket állítunk elő, majd ezeket zárt belső tengelyüreg képzése mellett egymással oldhatatlan kötéssel egyesítjük.

A találmányt az alábbiakban célszerű példaképpeni kiviteli alakok kapcsán a csatolt rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az í. ábra egy példaképpeni, mindkét tengelyvég irányában csökkenő átmérőkkel bíró vállas üreges tengely két, önmagában ismert módon folyasztó sajtolással előállított tengelyrészének részben metszeti vázlata, a

2. ábra az 1. ábra szerinti tengelyrészeket dörzshegesztéssel egyesített állapotukban feltüntető vázlat, a

3. ábra két másik üreges tengelyrészt folyasztó sajtolás után. dörzshegesztés előtti állapotban bemutató rajz. a

4. ábra a 3. ábra szerinti üreges tengelyrészeket dörzshegesztéses egyesítésük után feltüntető részben metszeti vázlat, az

5. ábra a 2. ábra szerinti alakú tömör tengely nézete, a

6. ábra egy további tömör tengely nézeti képe. amelynek két nagyobb átmérőjű tartomány között egv kisebb átmérőjű tartománya van. ahol is C a tengely folyasztó sajtolásos előállítása esetén jelentkező forgácsolási anyagveszteséget jelöli, a

7. ábra egyik végén legnagyobb átmérővel bíró ismert kivitelű tömör tengely nézete, a

8. ábra a 7. ábra szerinti, de zárt belső tengelyüreges könnyített tengely felmetszett vázlata, a

9. és 10. ábra egyenként folyasztó sajtolással előállított üreges tengelyrészek metszeti vázlata a

8. ábrán feltüntetett zárt üregű tengellyé egyesítést megelőző gyártási fázisban feltüntetve, a

11. ábra nagyobb átmérőjű vállak közötti kisebb átmérőjű két tartománnyal bíró tömör tengely vázlatos képe, ahol C-vel jelöltük a folyasztó sajtolásos tengelyelóállítás esetén előálló forgácsolási anyagveszteséget, a

12. ábra a 11. ábra szerintivel analóg, de zárt belső tengelyüreges könnyített tengely metszeti vázlata, a

13.. 14.. és 15. ábra egyenként folyasztó sajtolással előállított üreges tengelyrészek metszeti vázlata a 12. ábra szerinti üreges tengellyé történő egyesítéshez előkészített állapotukban feltüntetve, a

16. ábra egy további vállas tömörtengely nézete, a

17. és 18. ábra folyasztó sajtolással előállított üreges tengelyrészeket, mint a

19. ábrán egyesítve látható 16. ábra szerinti vállas tengely üreges, könnyített kivitelének előkészített alkatrészeit feltüntető vázlat, a

20. ábra egy további hagyományos kivitelű tömörtengely képe.a

21. és 22. ábra folyasztó sajtolással külön-külön előállított tengelyrészeket, a

23. ábrán feltüntetett találmány szerinti üreges tengely kiindulási alkatrészeiként bemutató vázlat. a

24. ábra végül egy további példaképpeni ismert alakú tömörtengely vázlata, amelynek egyenként folyaszó sajtolással előállítható tengelyrészeit, a

25. és 26. ábra tünteti fel, míg a

27. ábra a 24. ábrán láthatóval azonos alakú, de találmány szerinti, zárt belső üreges tengely egyesítés utáni metszetét bemutató vázlat.

Az 1. ábrán 7 és 8 forgástengelyű, 4 és 5 üregekkel bíró 1 és 2 tengelyrészek láthatók. A 4 és 5 üregek 10és 11 váltakkal lépcsős kiképzésűek. Az 1 és 2 tengelyrészek egyenként önmagában ismert folyasztó sajtolással vannak előállítva, aminek következtében rendkívül méretpontosak és készremunkálásukhoz csak igen csekély megmunkálási ráhagyás szükséges. A 4 és 5 üregek igen nagy pontossággal forgásszimmetrikusak a 7 és 8 forgástengelyekre. Az 1 és 2 tengelyrészeket egy ugyancsak az utóbbi években ismertté vált modern eljárással, dörzshegesztéssel egyesítjük 13 tengellyé. A 2. ábrán van feltüntetve a dörzshegesztési 15 varrat, valamint a teljesen zárt 16 tengelyüreg, amely normál körülmények között folyadék- és gáztömör, és az ismert azonos jellegű tengelyhez képest igen jelentős súly-, ill. anyagmegtakarítást eredményez. A falvastagságok természetszerűleg a mechanikai és termikus igénybevételnek megfelelően vannak méretezve.

-2186223

Egy további példaképpeni kiviteli alakot, amely nem szimmetrikus 20 és 21 tengelyrészekből áll. alkatrészenként a 3. ábra tüntet fel. míg a 4. ábrán a tlörzshegesztési 24 varrattal egyesített kész 23 tengely metszeti képe látható.

Az ilyen találmány szerinti üreges tengelyek a mechanikai szilárdság szempontjából egyenértékű tömörtengelyekhez képest 50%-kal könnyebbek.

Találmányunk jelentősége elsősorban abban áll, hogy lehetővé teszi folyasztó sajtolással a tengelyvégek vagy ezek legalább egyike felé erősen vékonyodó vállas, lépcsős tengelyek előállítását, amelyeknél az üregek előállítása az általánosan ismert korábbi módon rendkívül nehéz volt.

Lehetőség van továbbá a tengelyrészek egyesítésére a viszonylag olcsó dörzshegesztés helyett tompa ellenálláshegesztés alkalmazással is, és természetesen kettőnél több tengelyrészből is állhat a kész találmány szerinti üreges tengely. Az egyes üreges tengelyrészek elektronsugaras hegesztéssel is egyesíthetők.

A gyakorlatban is bebizonyosodott, hogy kizárólag a folyasztó sajtolásos eljárás alkalmazásával az egyes üreges tengelyrészek és kész munkadarabban jelentkező megengedhetetlen súlyponthelyzet-eltolódások nélkül állíthatók elő igen nagy pontossággal. A normál körülmények között a külvilággal szemben hermetikusan, tömítetten lezárt belső üregek biztosítják, hogy a későbbi beépített, üzemi állapotban a gépbe, különösen motorba vagy hajtóműbe szennyeződések, így reveszemcsék, égési maradványrészek és hasonlók nem kerülhetnek. A zárt belső üregekbe ugyanígy nem juthat be olaj, ami az olajfelhasználás ill. a betöltendő olajszükséglet tekintetében előnyös.

A folyasztó sajtolással előállított üreg következtében jelentkező anyagtérfogat-megtakarítás az anyagigény ill. -ráfordítás jelentős csökkenését, ezzel megfelelő költségcsökkenést eredményez a kész termékre vetítve is.

A 3. és 4. ábrán látható módon a találmány szerinti eljárással olyan tengelyek is előállíthatók, amelyek két (vagy több) nagyobb átmérőjű vállal közrefogott kisebb átmérőjű palásttartományokkal bírnak. Az ilyen viszonylag gyakori tengelyalak folyasztó sajtolásssal csak a vékonyabb tengeíytartomány(ok)ban fellépő jelentős anyagfelhalmozódás mellett ill. árán volt eddig előállítható. A találmány szerinti eljárás alkalmazásával az említett hátrány kiküszöbölhető.

Az 5—27. ábrákon tömörtengelyek és ezekkel analóg találmány szerinti üreges tengelyek különböző további példaképpeni kiviteli alakjait tüntettük fel anélkül, hogy azok bővebb magyarázatot igényelnének ill. a találmány oltalmi köre azokra korlátozott lenne.

A találmány szerinti üreges tengelyek előnyei a következőkben foglalhatók össze:

— A hagyományos tömörtengelyekben zárt belső tengelyüreg kialakításával és alkalmazásával ‘ súlycsökkenés jelentkezik.

— Olyan előállítási eljárást fejlesztettünk ki, amelynek során egyoldali nyitott belső üregekkel bíró két vagy több tengelyrészt folyasztó sajtolással állítunk elő, majd a tengely részeket egymással pl. dörzshegesztéssel egyesítjük.

— A belső tengelyüreg alakja racionálisan választható meg az alábbi előnyök érvényesítésével:

Az üreg alakja követheti a külső felület alakját, ezzel optimális geometriai alakok valósíthatók meg poláris és axiális másodrendű nyomaték szempontjából optimális súlymegtakarítás mellett anélkül, hogy torziós vagy hajlítószilárdság terén a legcsekélyebb veszteség következne be. Átmérőlépcsőknél kedvező átmenetek alakíthatók ki. így sarkok, bemetszések által okozott feszültségcsúcsok elkerülhetők.

Az alkatrész szövetszerkezetében a teljes lépcsőzetre kiterjedően megszakítás nélküli folytonos szálszerkezet biztosítható.

— Tömörtengelyek helyett üreges tengelyek járművek hajtórendszereiben történő alkalmazása révén a jármű tömege, ezzel önsúlya jelentősen csökkenthető anélkül, hogy az érintett szerkezeti elemek hajlításra vagy csavarásra való mechanikai igénybevehetősége számottevően csökkenne.

A csupán példaképpen a rajzon feltüntetett kiviteli alakok többsége mindkét tengelyvégen erősen levékonyított tengelycsapban végződik. Ennek következtében a tengelycsapokban forgácsolással nem alakíthatók ki üregek. Ahol ez konstrukciós okokból még lehetséges lenne, ott ez költségokokból nem jöhet számításba. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi az ilyen alkatrészek gazdaságos előállítását, mimellett az alábbi előnyök is jelentkeznek:

Az egyoldali nyitott vagy átmenő üreges tengelyrészek összehegesztésük előtt gazdaságosan előállíthatok folyasztó sajtolás, azaz hidegfolyatás vagy hasonló eljárás alkalmazásával. Folyaszíó sajtolásnál az üreg alakja a külső felület dákjához nehézség nélkül illeszthető. Ezáltal a keresztmetszetváltozások helyein optimális mechanikai feszültségviszonyok állnak elő. Üreges tengelyek egyes tengelyrészeinek előállításakor a folyasztó sajtolásos eljárás lehetővé teszi, hogy az üregek benyúljanak a viszonylag hosszú tengelyvég-, ill. tengelycsaptartományokba is anélkül, hogy ezzel az eljárás gazdaságossága kérdésessé válna. Ily módon optimális súlymegtakarítás érhető el.

Folyasztó sajtolás útján a különböző átmérőlépcsőket elválasztó lépcsős átmenetek folyási ábra vonatkezásában úgy alakíthatók ki, hogy az alkatrész tartós szilárdságát, azaz kifáradási hatásszilárdságát csökkentő feszültségkoncentrációk nem keletkeznek.

A folyasztó sajtolásos eljárás alkalmazása esetén a belső üreg és a külső burkolófelület egytengelyűségének tűrése olyan csekélyre választható, hogy zavaró kiegyensúlyozatlan erők, nyomatékok nem ébrednek. A falvastagságkülönbségek csekély eltéréseire visszavezethetően a betétedzést követő lehűtés során elviselhetetlen tartós edzési alakváltozások, deformációk nem lépnek fel.

A belső üreg következtében megtakarított anyag az anyagköltség-ráfordítás jelentős csökkenését eredményezi, ami több mint kompenzálja a találmány szerinti eljárás alkalmazása miatt bizonyos esetekben jelentkező többletköltségeket.

-3186223 ζ

Közbenső befúződéses. tehát közrefogott vállas tengelyek, mint pl. a 6. és ll. ábrák szerinti előtéttengelyek eddig még tömör kivitelben sem voltak hidegfolyatás útján gazdaságosan előállíthatók. mert ahhoz két síkban osztott szerszám 5 lett volna szükséges, vagy a 6. és 11. ábrán A-val. ill. B-veljelölt tartományokban költséges anyagtöbblet leforgácsolására lett volna szükség. Egyik vagy mindkét végükön viszonylag vékony csappal bíró tengelyeket egyrészes tö- 10 mör kivitelben eddig csak jelentős előalakítási és forgácsolási többletráfordítással lehetett előállítani. Egy vagy több üreges tengelyrészből történő találmány szerinti előállítással ez a probléma egyszerűen és többletköltség nélkül meg- 15 oldhatóvá vált. Komplikált alakú alkatrészek, így pl. vékony testű és nagy tárcsás peremű tengelyek előállítása esetén a nagyon kicsi és nagyon nagy átmérőjű tartományok kitöltése a nem kielégítő anyagfolyás miatt nem ritkán 20 olyan problémákat vet fel, amelyek vagy egyáltalán nem, vagy csak jelentős többletköltséggel hidalhatok át. A találmány szerinti eljárással az ilyen gondok megszüntethetek. mert a kész alkatrész két vagy több részre bontásával a ²⁵ kritikus keresztmetszetlépcsők és átmenetek elkerülhetők. Ily módon a folyasztó sajtolással gazdaságosan előállítható termékek köre jelentősen kibővíthető.

Tömör tengelyek folyasztó sajtolásos előállítása ³⁰ esetén a kiindulási nyersdarab anyagtöbblete a tengely vékony végéhez folyik. Minthogy itt a keresztmetszet viszonylag kicsi, gyakran nem elviselhető hosszméret-tűrések jelentkeznek a kész munkadarabon, amelyeket járulékos mű- ³³ velettel kell méretre hozni. A találmány szerinti eljárás alkalmazásakor a hosszméret-eltérés a hegesztési helynél jelentkezik, és a javasolt hegesztési művelet megfelelő vezérlése útján a kívánt végméret többletköltség nélkül beállítható.

Az összehegesztés után előálló belső üreg a környezettől folyadék- és gáztömör módon hermetikusan el van választva. Ennek következtében nincs szükség az üregfelületek járulékos megmunkálására, vagy tisztítására reve vagy egyéb maradványok eltávolítása céljából.

Claims (6)

1. Üreges tengely gépekhez, különösen motorokhoz és hajtóművekhez, amely legalább két egyesített tengelyrészből áll, azzal jellemezve, hogy legalább közelítőleg radiális síkok mentén egymással oldhatatlan kötéssel egyesített, egyenként folyasztó sajtolással előllított tengelyrészekből (1,2, 20, 21) áll.

2. Az 1. igénypont szerinti üreges tengely kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tengelyrészek (1, 2, 20, 21) dörzshegesztés, elektronsugaras hegesztés, ívhegesztés, zsugorkötés, sajtoló illesztés vagy zömítés útján vannak egyesítve.

3. Az 1. igénypont szerinti üreges tengely kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy forgásszimmetrikus belső tengelyüreget (16) tartalmaz.

4. Az 1. igénypont szerinti üreges tengely kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy zárt és előnyösen legalább folyadékokkal szemben hermetikusan tömített belső tengelyüreget (16) tartalmaz.

5. Eljárás az 1. igénypont szerinti üreges tengely előállítására, azzal jellemezve, hogy folyasztó sajtolás útján nyitott belső üregű tengelyrészeket állítunk elő, majd ezeket zárt tengelyüreg képzése mellett egymással oldhatatlan kötéssel egyesítjük.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a tengelyrészeket hegesztéssel, különösen dörzshegesztéssel vagy tompa ellenálláshegesztéssel egyesítjük.