KR920005026B1 - 조립식 축 - Google Patents

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KR920005026B1 KR1019890001326A KR890001326A KR920005026B1 KR 920005026 B1 KR920005026 B1 KR 920005026B1 KR 1019890001326 A KR1019890001326 A KR 1019890001326A KR 890001326 A KR890001326 A KR 890001326A KR 920005026 B1 KR920005026 B1 KR 920005026B1
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스바르스 헬무트
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에미텍 게젤샤프트 퓌르 에미숀스테크놀로기에 엠베하
베. 마우스·베. 디트리히
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Abstract

내용 없음.

Description

조립식 축
제1도는 내측 지지 슬리이브들을 갖는 본 발명에 의한 캠축 형태의 축을 도시한 도면.
제2도는 관형 부재의 두꺼운 벽면 부분들을 갖는 본 발명에 의한 캠축 형태의 축을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 관형 부재 2, 3, 4, 5 : 구동 요소
6, 7 : 슬리이브 8 : 보강 슬리이브
9, 10 : 칼라 대역 11, 12, 13 : 지지 슬리이브
14 : 이중 요소 15 : 요홈부
16, 17, 18, 19 : 두꺼운 벽면 부분 20 : 팽창부
21 : 종방향 슬로트 22, 23, 24 : 각형 공간
본 발명은 조립식축, 특히 관형 부재와 이 관형 부재 위에서 각각 활주되고 상기 관형 부재의 일부를 수압식으로 팽창시킴으로써 강제 체결식(force-locking)으로 고정되는 구동 요소들로 구성된 캠축, 크랭크축 또는 구동축에 관한 것이다.
전술한 형태의 축들은 예컨대 독일연방공화국 특허 출원 제 P 36 33 534.9호에 공지되어 있다. 이러한 축들은 자체의 중량 및 질량 관성 모멘트를 감소시키는 한편 동일한 외형을 갖는 종래에 사용되었던 주조축 또는 단조축들과 교체하기 위한 것이므로, 이들은 하중 지지 용량에 관하여 동일한 요건, 특히 제어축, 즉 배기 및 흡기 밸브들을 작동시키는 캠축 또는 직렬로 연결된 분사 펌프 캠축들의 경우에 있어서는 특히 굽힘 강도 및 비틀림 강성에 관하여 동일한 요건들을 만족시키는 것이어야 하며, 비틀림으로 인한 각변위(角變位)는 연소 공정에 나쁜 효과를 가져오므로 비틀림 강성은 특히 높아야 한다. 이에 대한 간단한 해결책은 벽면 두께가 두꺼운 관형 부재들 및/또는 강도가 높은 관재료들을 사용하는 것이다. 첫째 해결책에서는 팽창 프로우브(probe)를 도입하는 데에 필요한 내부 치수들 때문에 중량상의 장점이 없다는 한계가 있으며, 둘째 해결책은 종래의 축들에 비해 제품의 가격이 고가이어서는 아니되므로 비용상의 이유 때문에 일반적으로 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 중량상의 장점을 상실하는 일이 없이 또한 작은 직경에도 적합한 높은 비틀림 강성과 굽힘 강도를 갖는 전술한 형태의 조립식축을 제공하고자 함에 있다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은 관형 부재보다 직경이 더 크고, 그 관형 부재 상에서 안내되는 직경이 축소된 칼라(collar) 대역들로 구성되는 슬리이브를 2개의 구동 요소들 사이에 항상 삽입시킴으로써 달성된다. 상기 칼라 대역들은 구동 요소들 아래로, 바람직하게는 축방향 길이의 절반길이까지 연장되며 관형 부재와 구동 요소들 사이에 강제 체결식으로 고정된다.
따라서, 본 발명은 구동 요소들 사이의 대역들내에 2개의 쉘들로 구성되는 축을 제공하는데, 내측의 연속관형 부재의 직경은 캠의 치수에 의해 결정되고, 각개 슬리이브들로 구성되는 외측 관형 부재의 직경은 상당히 커지게 되며 축 주위의 조립체의 상태에 따라 허용되는 정도로 캠의 외곽선 이상으로 연장되기도 한다. 어떤 관의 극저항 모멘트가 증가하면, 비틀림 강성은 직경의 4제곱만큼 증가하므로, 활주시킨(slid-on) 슬리이브들이 얇은 벽면으로 되어 있는 경우라 할지라도 내측 관형 부재의 벽면 두께가 증가되었을 경우와 마찬가지로 그 잇점은 상당히 크다. 따라서, 슬리이브들은 강 이외의 다른 재료들, 알루미늄, 티탄, 또는 탄소 섬유 합성체를 단독으로 또는 이들의 혼합물 중의 하나 또는 플라스틱과의 혼합물 형태로 하여 사용되는 더 가볍고 저렴한 재료들로 제작할 수도 있다.
내측 연소 관형 부재의 벽면 두께도 역시 비교적 얇을 수가 있는데, 이 경우 특히 보강된 지지 슬리이브들이 구동 요소들 내에 사용되고 또한 팽창되는 경우에는 상기 내측 관형 부재는 단지 안내 및 정렬 기능만을 갖는다. 상기 지지 슬리이브들은 구동 요소들에 대해 슬리이브들의 칼라 대역들을 고정시키기 위한 신축성 프리텐션(pretension)을 증가시키고 높게 유지시키게 된다.
물론, 구동 요소를 직접 결합시키는 보강 슬리이브의 목을 조성하는 대역(region of necking)내에 임계지역들이 위치하는 내측 관형 부재는 비틀림 강성 때문에 중요하다. 그러나, 일반적으로, 얇은 벽면으로된 관들까지도 충분한 비틀림 강성을 갖는다. 그러나, 임계 비틀림 강성 때문에 2개의 구동 요소들 사이의 길이가 더 긴 부분들과 함께 이중 쉘 설계는 매우 중요하며, 큰 비틀림각을 효율적으로 방지한다.
슬리이브의 칼라 대역들 내에 고정시키는 데에 필요한 신축성 프리텐션을 유지시키면서 동시에 벽면 두께가 얇은 내측 관형 부재를 설계할 수 있도록 하기 위해서는, 2가지의 대등한 해결책이 유용하다. 첫째 해결책으로서는 구동 요소 아래에 이 구동 요소들보다 약간 길이가 긴 지지 슬리이브들을 삽입하는 것이 가능한데, 이들 지지 슬리이브들은 관형 부재 및 이들 슬리이브들과 함께 상기 구동 요소들에 대해 소성 변형하에 팽창되며, 이러한 관형 부재 및 슬리이브의 칼라 대역들은 클램핑-인(clamping-in) 효과를 받는다. 둘째 해결책에 의하면, 두꺼운 벽면 부분들은 관형 부재 자체에서 구동 부재 아래에 마련되며, 또한 상기 두꺼운 벽면 부분들 역시 구동 부재보다 길이가 약간 길며, 생산 기술상의 이유로 내경이 동일하게 되고 관형 부재의 외측상에 배열된다. 소성 변형을 수반하는 수압식 팽창 방식의 경우, 두꺼운 벽면 부분들의 상기 칼라 대역들은 탄성 변형된 구동 요소들에 대하여 그 슬리이브들의 칼라 대역들 내에 고정시키는 데에 필요한 탄성 프리텐션을 발생할 수 있다. 2개의 관형 구조물들 사이에서의 큰 반경 차이때문에 이 해결책은 만곡 강성을 개선시키지만, 첫째 해결책의 경우에는 내측 관형 부재의 큰 직경때문에 비틀림 강도가 더 높다.
이 방법의 특히 바람직한 실시예에 있어서는, 구동 요소들을 고정할 때, 즉 두꺼운 벽면 부분들 또는 지지 슬리이브들의 대역 내에 압력을 가할 때 내측 관형 부재는 짧아지게 된다. 이들 슬리이브 부재들은 미리 삽입되어 있고 맞댐식(in butt)으로 접촉되어 축방향 압력을 받게 되며 직경상의 단을 이룬 대역 내에서 구동 요소들의 플랭크(flanks)에 착좌되게 된다. 이것은 밀봉체에 의해 미리 설정된 지지 부재 또는 두꺼운 벽면 부분들의 팽창 구역을 구동 부재에 의해 마련된 외측 지지부보다 약간 넓게 함으로써 이루어진다. 이에 따라 구동 요소들의 양측면들 상에 비이드(bead)형 팽창부들이 생기게 되는데, 이들 팽창부들은 관형 부재를 필요한 만큼 짧게 한다.
근접 결합되는 구동 부재들의 경우, 특히 이들이 동일한 각(角) 위치의 상승된 캠 부분을 가진 한쌍의 캠 형태로 설계되는 경우, 바람직한 실시예에 있어서는, 구동 요소들과 일체로 되도록 연결된 슬리이브는 상기 부재를 연결함으로써 길이가 더 긴 이중 구동 요소들을 형성하여도 좋다. 이 경우, 연결 슬리이브의 유효 직경은 가능한 한 커야 하며, 특히 주연부를 횡단하는 구동 요소들의 최소 직경까지 증가되어야 한다. 이중 캠들을 형성하도록 연결된 이러한 구동 요소에는 상승된 캠 부분들의 외측 단부 표면들 내에 개구(開口)들을 마련함으로써 중량을 감소시킬 수도 있다.
또 다른 적합한 실시예에 있어서는, 구동 요소들이 동일한 축방향 단부 위치 내에 존재하게 되면, 일단부에 후속되는 보강 슬리이브에는 구동 요소들의 전체 너비[폭輻]에 걸치는 칼라 대역들을 마련할 수도 있다.
얇은 벽면으로 된 관형 부재의 경우에 상기 연결된 구동 요소들, 특히 이중 캠 형태로 된 구동 요소들이 삽입된 지지 슬리이브에 의해 지지되는 경우, 그 관형 부재는 결합 연결된 구동 부재의 전체 길이를 따라 바람직하게 연장될 수도 있으나, 구동 부재들 아래의 대역들은 부분적으로 팽창된다.
본 발명에 의한 축의 바람직한 실시예에 있어서는, 관형 부재 및 슬리이브 부재들에 의해 형성된 각형(角形) 공간들은 구동 요소들 또는 베어링 대역들에 윤활유를 공급하는 데 사용된다. 이 경우, 칼라 대역들로 부터 외측 슬리이브까지의 직경상에 단을 이룬 대역내에서 구동 요소들의 플랭크들에 밀봉 접촉이 이루어지게 되면, 예컨대 슬리이브 부재들의 칼라 대역들 내에 축방향 슬로트들의 형태로 각개 공간들 사이에 축방향 연결부를 마련하는 것이 필요하다. 상기 후자의 조건과는 관계 없이, 관형 부재의 두꺼운 외측 벽면 부분들 내의 축방향 관통 구멍들 또는 외측 축방향 홈들은 동일한 효과를 가질 수 있다.
비틀림 강도가 충분히 높은 본 발명에 의한 축의 경우에, 기초원(基礎圓)에 있어서 축직경과 근접하게 되고 따라서 단순한 연속 관형 부재를 갖는 조립식 캠축으로서는 제작될 수 없는 캠 형상을 제작하는 것도 역시 가능하다. 표면 처리가 적절하게 이루어진 경우에는, 더 조치를 취하지 않더라도 추가의 슬리이브들은 축용 베어링 대역으로서의 역할을 할 수도 있으나, 구동 요소들 처럼 대접하여 정렬되어 있고 그 축에 연결된 베어링 레이스 형태의 베어링 대역을 마련하는 것도 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상술한다.
제1도는 좌측에는 오프셋 형태로 된 2개의 구동 요소(2, 3)들이 각각 부착되어 있고, 우측에는 동일한 원주각으로 정렬된 캠 형태로 상호 연결된 2개의 구동 부재(4, 5)들을 갖는 이중 구동 요소(14)가 부착되어 있는 연속된 관형 부재(1)을 도시한 것이다. 상기 구동 요소는 하나의 부품을 형성하도록 연결 슬리이브(6)에 의해 연결되어 있다. 관형 부재(1)의 직경보다 직경이 큰 보강 슬리이브(7, 8)들은 구동 요소(2, 3, 14)들을 결합시키고 구동 요소들 사이에 각각 위치하도록 관형 부재(1)상에서 활주되고, 직경이 축소된 칼라 대역(9, 10)들은 관형 부재에 대하여 안내 기능을 가지며 구동 요소(2, 3, 14)들의 개구들 내로 삽입되어 있다. 보강 슬리이브(7)의 칼라 대역(9)들을 구동 요소(2, 3)내에 삽입시키기 위하여, 축방향 내측 위치에서 각각 길이가 구동 요소들 길이의 대략 절반 정도이고 각각 서로 상호 맞댐식으로 접촉되나, 보강 슬리이브(8)의 칼라 대역(10)은 이중 구동 요소(14)들 내로 삽입시키기 위한 목적으로 각 구동 부재(4, 5)들과 동일한 길이만으로 되어 있다. 상기 도면에서는 구동 요소(2, 3, 14)들 아래에 지지 슬리이브(11, 12, 13)들이 마련된 상태를 도시하였는데, 이 슬리이브들은 반드시 필요한 것은 아니며 관형 부재(1) 및 보강 슬리이브(7, 8)들의 칼라 대역(9, 10)들과 함께 수압식으로 팽창되며 구동 요소(2, 3, 14)들에 대하여 탄성 프리텐션 상태를 유지시킨다. 이와 같이 삽입된 슬리이브들은 슬리이브(7, 8)들의 벽면 두께 및 관형 부재(1)의 벽면 두께를 감소시키는 것을 가능하게 하며, 본 실시예에 있어서 슬리이브(7, 8)들은 단지 프리텐션의 일부만을 발생시키고 내측 및 외측으로부터 강제 체결식으로 고정되어 있다.
중량을 감소시키기 위하여, 이중 구동 요소(14)는 구동 요소(4, 5)들의 단부면에 요홈부(15)들을 갖는다. 길이가 더 긴 단일한 지지 슬리이브(13)은 이중 구동 요소(14)내에 삽입되어 있는데, 밀봉링들은 팽창의 목적상 압력이 인가되는 구역들을 형성하는 세선(細線)에 의하여 상징적으로 표현되어 있다. 지지 슬리이브(13)들의 대역 내에는 구동 요소(4, 5)들 아래에 각각 종방향 대역들이 있다. 그러므로, 표면 처리가 되면, 슬리이브(6) 또는 (7, 8)들은 베어링 대역으로서의 역할을 할 수 있으나, 구동 요소(2, 3)들과 동일한 방법으로 관형 부재(1)상에 원형 베어링 레이스들을 부착하는 것도 또한 가능하다. 도면에 도시된 제어캠들은 구동축의 경우에는 기어로 또는 크랭크축의 경우에는 크랭크로 극히 용이하게 교체될 수 있다.
제2도는 구동 요소(2, 3, 4, 5)들 아래에 두꺼운 벽면 부분(16, 17, 18, 19)들이 마련되어 있는 관형 부재(1)을 다시 도시한 것이다. 구동 요소(4, 5)들이 스페이서(spacer) 슬리이브(6)을 통해 이중 구동 요소(14)를 형성하도록 연결되어 있다. 모든 구동요소들의 경우에 상승된 캠 부분들의 대역 내에는 연속 요홈부(15)들이 마련되어 있다. 관형 부재(1)상에서 활주되는 외측 슬리이브 부재(7, 8)들은 칼라 대역(9, 10)들에서 구동요소 아래로 연장된다. 칼라 대역(9)들은 구동 요소(2, 3)들 아래에서 맞댐식으로 접촉되어 있고, 반면에 구동 요소(4, 5)들 아래의 칼라 대역(10)들은 구동 요소 전체의 너비[輻]에 걸쳐 있으며 그 단부는 자유단으로 되어 있다.
일점 쇄선으로 표시된 광역(over-wide) 밀봉 조립체에 의하여 칼라 대역(9) 내에 도시된 바와 같이, 관형 부재(1)에서 팽창부(20)을 형성하는 것이 가능하다. 이 팽창부는 관형 부재(1)의 길이를 짧게 하고 이 직경상의 대역 내에서 구동 요소(2, 3)들의 단부면들과 접촉되게 한다. 그 결과 이루어지는 내측 및 외측 관내의 장력 상태는 강도의 증가를 가져온다. 단면도에 도시된 바와 같이, 구동 요소(2)에는 연속 요홈부(15)가 있고, 슬리이브(7)의 대역(9)와 관형 부재(1)의 두꺼운 벽면 부분들의 대역도 역시 확인이 가능하다. 제2도에는 슬리이브 부재(7)의 칼라 대역 내의 축방향 슬로트(21)이 역시 상세히 도시되어 있다. 이 슬로트를 통하여 관형 부재(1)과 슬리이브 요소(7)들 사이의 환형 공간(22, 23)들이 연통되어 있으므로 윤활유 공급이 가능하다. 슬리이브 부재(8) 아래의 또 다른 환형 공간(24)에는 그 주연부의 최소한 일부에 걸쳐 댐핑재료가 충전되므로, 전술한 해결책이 배제되는 것은 아니다.

Claims (16)

  1. 관형 부재 및 이 관형 부재 위에서 각각 활주되는 구동 요소들로 구성된 조립식축, 특히 캠축, 크램크축 또는 구동축에 있어서, 관형 부재(1)상에 안내되는 직경이 축소된 칼라 대역(9, 10)으로 구성되고 이 관형 부재(1)보다 직경이 큰 슬리이브(7, 8)은 2개의 구동 요소(2, 3, 14)들 사이에 활주 삽입되고, 상기 칼라 대역들은 구동 요소(2, 3, 14)들 아래에서 연장되어 관형 부재(1)과 구동 요소(2, 3, 14)들 사이에 강제 체결식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  2. 제1항에 있어서, 광형 부재(1) 상의 축방향 단부 위치에 구동 요소와 이중 구동 요소(14)의 일부인 구동 요소(4, 5)들을 가지며, 결합 슬리이브 요소의 칼라 대역의 길이가 구동 요소(4, 5)의 길이와 대략 일치하고 직경상의 단을 이룬 부분까지 구동 요소 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  3. 제1항에 있어서, 관형 부재(1) 상의 축방향 내측 위치 내에 구동 요소(2, 3)들을 가진 각각의 결합 슬리이브 요소(7)들의 칼라 대역(9)들의 길이가 구동 요소(2, 3)들 길이의 대략 절반에 해당되고, 상기 칼라 대역(9)들은 직경상의 다른 이룬 부분까지 구동 요소(2, 3)들 내로 삽입되어 있는 각기 정확하게 상호 맞댐식으로 접촉되도록 서로 근접되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 비원형 구동 요소(2, 3, 4, 5)들을 갖는 슬리이브(7, 8)들의 외경이 구동 요소들의 외경을 지나 적어도 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 관형 부재(1)과 함께 팽창되어 있고 적어도 구동요소들보다 길이가 약간 긴 지지 슬리이브(11, 12, 13)들이 구동 요소(2, 3, 4, 5)들의 대역 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 구동 요소(2, 3, 4, 5)들의 대역 내에서 관형 부재(1)이 구동 요소들보다 적어도 길이가 약간 긴 두꺼운 벽면 부분(16, 17, 18, 19)들을 내측 또는 외측에 마련하는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  7. 제2항에 있어서, 관형 부재(1)로부터 격설되어 있는 슬리이브(6)에 의해 일체식으로 되도록 연결된 구동 요소(4, 5)들로 구성되는 이중 구동 요소(14)가 마련되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  8. 제5항에 있어서, 관형 부재(1) 및 지지 슬리이브(11, 12, 13)들이 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 구동 요소(2, 3, 14)들, 특히 제어캠 형태로된 요소들이 주조 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 중간 슬리이브(7, 8)들이 강, 알루미늄, 티탄 또는 탄소 섬유 합성체의 단독, 또는 이들의 혼합물 중의 어느 하나, 또는 플래스틱과의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 구동 요소(2, 3, 4, 5)들의 아래에 직경상의 단을 이룬 벽면 대역과 구동 요소의 플랭크들 사이의 밀봉 접촉부가 있는 중간 슬리이브(7, 8)들이 관형 부재(1)과 중간 슬리이브(7, 8)들 사이의 각각의 환형 공간들을 연결시켜 윤활유 통로를 형성하도록 하는 축방향 슬로트(21)을 구성하는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 두꺼운 외측 벽면 부분(16, 17, 18, 19)들의 대역 내의 위치 및 구동요소(2, 3, 4, 5)들 아래서, 관형 부재(1)과 중간 슬리이브(7, 8)들 사이의 각각의 환형 공간들을 연결시켜 윤활유 통로를 형성하는 축방향 관통 구멍들 또는 축방향 외측 홈들이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식축.
  13. 관형 부재 및 이의 관형 부재 위에서 각각 구동 요소들로 구성된 조립식축, 특히 캠축, 크랭크축 또는 구동축 제조방법에 있어서, 슬리이브 부재(7, 8) 및 구동 부재(2, 3, 4, 5)의 삽입된 칼라 대역(9, 10)과 함께 구동 부재(2, 3, 4, 5)내의 관형 부재(1)의 부분들이 각각 공동으로 변형되어, 칼라 대역(9, 10)들이 관형부재(1)과 구동 부재(2, 3, 4, 5) 사이에서 실제로 강제 체결식으로 부착되는 것을 특징으로 하는 축 제조 방법.
  14. 관형 부재 및 이 관형 부재 위에서 각각 구동 요소들로 구성된 조립식축, 특히 캠축, 크랭크축 또는 구동축 제조방법에 있어서, 구동 요소(2, 3, 4, 5) 내의 지지 슬리이브(11, 12, 13), 구동 요소(2, 3, 4, 5) 내의 관형 부재(1) 부분 및 구동 요소(2, 3, 14)와 함께 슬리이브 요소(7, 8)의 삽입된 칼라 대역(8, 9)가 단일 팽창에 의해 공동으로 변형되는 것을 특징으로 하는 축 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 관형 부재(1) 위에서 활주되기 전에, 슬리이브 요소(7, 8)들의 칼라 대역(8, 9)들이 압연 방법에 의하여 직선 관형 부분의 직경을 감소시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 축 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 관형 부재(1), 특히 두꺼운 벽면 부분(16, 17, 18, 19)들 또는 맞댐식으로 접촉되도록 구동 요소들 아래에 미리 삽입된 칼라 대역(9, 10)들을 갖는 축방향 요소(2, 3, 4, 5)들의 축방향 길이를 지나는 지지 슬리이브(11, 12, 13)들 위에 반경방향의 수압을 인가함으로써 관형 부재(1)의 반경 방향 팽창 및 축방향 길이를 짧아지도록 하고 이어서 슬리이브 부재(7, 8)들 위에 축방향의 기계적인 공기압을 인가하여 직경상에 단을 이룬 부분에서의 벽면 부분들이 구동 요소(2, 3, 4, 5)들의 플랭크들과 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 축 제조 방법.
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