SU1722243A3

SU1722243A3 - Вал и способ его изготовлени

Info

Publication number: SU1722243A3
Application number: SU874203553A
Authority: SU
Inventors: Бройер Ханс-Юрген; Маус Вольфганг; Шулце Рудолф; Сварс Хелмут; Хансвиллеменке Ханс; Римшайд Хелмут; Вейс Карл; Фрилингсдорф Херберт; Шварц Енгелберт; Греве Хериберт; Гройлих Клаус
Original assignee: Емитек Гезельшафт Фюр Емиссионстехнологи Мбх (Фирма)
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1992-03-23
Also published as: IN167866B; CN1009481B; MX173130B; ES2046190T5; EP0265663A1; CA1294798C; CN87106724A; EP0265663B1; JPH0465729B2; DE3788191D1; JPS63119937A; EP0265663B2; DE3633435A1; ES2046190T3; BR8705053A

Abstract

Изобретение касаетс области машиностроени , в частности деталей двигателей внутреннего сгорани с множеством клаланов , а именно распределительного вала, который изготовлен из трубчатого вала и наса- женных на него элементов, таких как распределительные кулачки, кольца подшипников , простые или конические шестерни . Цель изобретени - улучшение эксплуатационных характеристик распределительного вала. По предлагаемому способу осуществл етс расширение трубчатого вала 1 внутренним давлением в области отдельных насаживаемых элементов 2. Вследствие этого материал на опре- деленных отрезках трубчатого вала 1 подвергаетс упругой деформации, причем материал насаживаемого элемента 2 переводитс в состо ние большей упругой дег формации. Изобретение касаетс изготовленного в соответствии с этим способом распределительного вала или аналогичных ему деталей. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 5 ил. I з Ё

Description

Е У////7//7///////7

////////////////777,

,/ /Ґ

4i

I

-J

Л

ю о ю

4 СО

со

Фш.1

Изобретение касаетс области машино- и моторостроени , а именно вала и способа изготовлени преимущественно распределительных валов и аналогичных им деталей из трубчатого вала и насаженных на него элементов.

Целью изобретени вл етс улучшение эксплуатационных характеристик распределительного вала.

На фиг. 1 показан участок соединени перед соединением кулачков и трубы, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, после соединени ; на фиг. 3 - то же, с двум соседними элементами после соединени ; на фиг. 4 - снабженный продольной выемкой элемент , продольное и поперечное сечени ;на фиг. 5 - элемент, имеющий различное поперечное сечение, продольное и поперечное сечени .

Вал состоит из трубчатого вала 1 и насаженных на него по прессовой посадке элементов 2, которыми вл ютс кулачки и подшипниковые втулки. Между валом 1 и насаживаемым элементом имеетс периферический зазор

3.Вал 1 между продольными участками 4, на которых насажены элементы 2, имеет диаметр меньший, чем на продольных участках

4.Между продольными участками 4 вала 1 предусмотрено свободное пространство 5. На внутренней поверхности насаживаемого элемента 2 выполнены преимущественно три расположенных по периметру углублени 6, занимающие в сумме 1/3 периметра внутренней поверхности.

Внутренн поверхность насаживаемого элемента состоит из среднего участка 7 посто нного поперечного сечени и по меньшей мере конически уменьшающихс по отношению к зоне среднего участка 7 в сторону торцовых поверхностей конечных зон.

Трубчатый вал 1 имеет прочность, на 25-35% меньшую прочности материала насаживаемого элемента 2. Трубчатый вал 1 изготовлен из т нутой необработанной по поверхности прецизионной трубы из стали с прочностью при раст жении 50-70 кг/мм2, пределом текучести 28-39 кг/мм2 и относительным удлинением при разрыве 22-15%.

Насаженные элементы 2 типа кулачков изготовлены из чугуна, стали или спекаемого материала большой твердости (син- терматермал),преимущественно

шарикоподшипниковой стали состава, %:

Углерод0,9-1,0

Марганец0,25-0,30

Кремний0,25-0,30

Хром1,3-1,5

ЖелезоОстальное

Внутренн поверхность отверсти насаженного элемента 2, кроме углублений 6, может быть выполнена с покрытием, в котором в качестве св зующего вещества используетс специальна металлическа паста, состо ща из твердых металлов: вольфрама, молибдена или хрома.

Вал изготавливаетс по предлагаемому способу, который осуществл етс следую0 щим образом.

При соединении трубчатого вала 1 и насаживаемого элемента 2 характеристики обоих материалов не нарушаютс . Поскольку соединение осуществл етс без нагрева5 ни снаружи, а также в св зи с тем, что не требуетс теплова обработка дл сн ти напр жений изменени структуры материала , отрицательно вли ющие на соединение, а также потери прочности не происход т.

0 Происход щие при расширении изменени размеров соедин емых деталей в отличие от тепловой обработки могут быть рассчитаны. Вследствие большой свободы при выборе исходного материала дл изготовлени

5 элементов может производитьс более тщательна подборка материала дл изготовлени кулачков с учетом различных нагрузок. Могут примен тьс кулачки и опоры подшипников из различных материалов и при

0 этом обеспечиваетс надежна передача необходимого крут щего момента. Способ и устройство, примен емые дл гидравлического расширени отдельных продольных участков, просты и недорогосто щи посрав5 нению с- расширением вала с нагнетанием внутрь него пластической массы. Кроме того , внутреннее пространство трубы вала остаетс открытым, что обеспечивает возможность охлаждени вала и внутрен0 нюю смазку опор подшипников. Предлагаемый вал легко изготавливаетс и с учетом соответствующих процессов соединени может вл тьс законченным изделием, не требующим последующего шлифовани ку5 лачков или опор подшипника. Возможность обеспечени небольших рассто ний между закрепл емыми элементами и специально подобранные с учетом функционировани исходные материалы обеспечивают значи0 тельную свободу при конструировании соответствующей головки блока цилиндров.

Способ заключаетс в том, что на вал 1 в виде трубчатого вала насаживают элементы 2, в качестве которых могут быть распре5 делительные кулачки, кольца подшипников, цилиндрические и конические шестерни, и вал 1 расшир ют в радиальном направлении посредством внутреннего давлени гидросреды, прикладыва давление только на отдельных продольных участках 4 вала 1,

сопр женных с насаживаемыми элементами 2, до получени пластических деформаций по всему поперечному сечению этих участков трубчатого вала и упругих деформаций во внутреннем слое насаживаемых элементов, после чего гидросреду удал ют. Способ вл етс оптимальным в тех случа х, если разница 1)Мин между наружным диаметром вала da и внутренним диаметров элементов DI перед расширением определ етс как 0,9 от величины наружного диаметра вала, умноженное на отношение 0,2% предела текучести при раст жении Rp к модулю упругости Е. При достижении этой величины в наружном слое внутреннего сквозного отверсти устанавливаетс упругое предварительное напр жение , необходимое дл силового замыкани устанавливаемых элементов, т.е. когда соблюдаетс соотношение

Умакс Drda 0,9 da- ,

где Rp - модуль текучести при раст жении;

Е - модуль упругости материала трубы;

da - наружный диаметр трубчатого вала;

DI - внутренний диаметр насаживаемого элемента.

Расширение трубчатого вала 1 осуществл етс вдоль осевого участка, который выходит по меньшей мере примерно на 50% и максимум примерно на 150% от толщины стенки за торцовую поверхность насаживаемого элемента с каждой стороны. Вследствие этого оптимальным образом обеспечиваетс полное и по существу с рав- ным напр жением прилегание стенок трубчатого вала к сквозному отверстию в насаживаемом элементе по всей длине, благодар чему уменьшаетс опасность микропроскальзывани и исключаетс возможность образовани посадочной коррозии .

Аналогичным образом предотвращаетс вспучивание трубчатого вала с концентрацией напр жений на торцовых поверхност х элементов. Особые услови возникают в том случае, если несколько насаживаемых элементов тесно располагаютс р дом один с другим, как это бывает, в частности, в трех-или четырехклапанных двигател х, т.е. при расположении трех или четы- рех клапанов на каждый цилиндр. С учетом этого способ можно измен ть таким образом, чтобы расширение трубчатого вала осуществл лось одновременно на участке, превышающем длину двух или нескольких насаживаемых элементов. Поскольку при этом максималь- мое рассто ние между насаживаемыми элементами составл ет не более чем 40% от

толщины стенки трубчатого вала, то можно не опасатьс вздути трубчатого вала, кроме того, обеспечиваетс равномерна прочна посадка различных насаживаемых элементов.

Упруга радиальна деформаци кромки сквозного отверсти насаживаемого элемента в случае использовани пластичных материалов,,таких как сталь, происходит в материале до глубины, составл ющей приблизительно 10-15% толщины наиболее тонкой радиальной стенки насаживаемого элемента. При этом достигаетс достаточна сила соединени и прочность насажива- емых элементов не подвергаетс отрицательному воздействию. В случае использовани твердых материалов/гаких как чугун, упруга деформаци кромки в этих же пределах невозможна и необходимость в ней отсутствует.

Происход ща в наружной зоне насаживаемого элемента в тангенциальном направлении продольна деформаци должна составл ть после расширени величину пор дка до 1 %, чтобы при эксплуатации избежать повреждени поверхности в случае дополнительных нагрузок. При использовании таких т гучих материалов, как сталь, предпочтительные границы продольной деформации составл ют 0,1-0,4%, в то врем как в случае использовани хрупких материалов , таких как чугун, эти границы должны составл ть 0,01-0,2%.

Способ предусматривает, что дл расширени в области насаживаемого элемента (кулачков) внутреннее гидравлическое давление должно составл ть 2000-3500 бар, а дл расширени трубчатого вала в области насаживаемого элемента (более тонкостенной опоры подшипника) внутреннее гидравлическое давление должно составл ть 1000-2500 бар.

Возможно, помимо соответствующего силового замыкани между трубчатым валом и насаживаемым элементом, осуществл ть также и геометрическое замыкание. Дл этого, в частности, предусматриваетс в сквозном отверстии насаживаемого элемента один или несколько пазов, в которые вдавливаетс материал, из которого выполнен трубчатый вал, при его упругой деформации .Друга возможность геометрического замыкани заключаетс в создании имеющего большее поперечное сечение среднего участка насаживаемого элемента, к торцовым поверхност м которого примыкают участки с меньшим поперечным сечением.

Достигаетс преимущество, заключающеес в обеспечении прочной посадки,

устойчивой в течение длительного времени к нагрузкам крут щего момента, а также достигаетс равномерное прижатие по всей длине опоры и предотвращаетс подверженность трубчатого вала вздутию перед торцовыми поверхност ми насаживаемых элементов. Помимо указанных возможностей макрогеометрического замыкани , существует такжевозможность микрогеометрического замыкани , обуслов- ленна тем, что на поверхности сквозного отверсти насаживаемого элемента предусмотрено покрытие из твердых частиц, которые при соединении вдавливаютс в материал, из которого выполнен трубчатый вал, друга возможность такого микрогеометрического замыкани обеспечиваетс целенаправленно осуществл емой обработкой , а именно нанесением по периметру пазов в сквозном отверстии насаживаемого элемента, которые перекрещиваютс с аналогичными оставшимис после обработки пазами (желобками, царапинами) на поверхности трубчатого вала, и таким образом при вдавливании один в другой образуют прочное соединение. Следы обработки в виде точечных углублений получаютс при пескоструйной обработке или обработке стекл нными шариками насаживаемого элемента перед соединением, что св зано с чрезвычайно низкими затратами.

В случае использовани указанных приемов вместе или в различных комбинаци х необходимое дл . расширени давление может быть уменьшено. Вследствие этого до- стигаетс уменьшение допусков на погрешность формы вала после расширени . Помимо этого, дл продлени срока службы вала насаживаемые элементы (кулачки ) могут изготавливатьс из твердых и хрупких материалов.

Изобретение касаетс распределительных валов или аналогичных им деталей, вы- полненных из трубчатого вала, и насаженных элементов, таких как распределительные кулачки, кольца подшипников, простые и конические шестерни, посредством расширени трубчатого вала в области насаживаемых элементов путем подачи дав- лени внутрь трубчатого вала, в частности, в соответствии со способом, при котором материал, из которого выполнен трубчатый вал, упругого деформируетс на продольных участках, материал, из которого выпол- йены насаживаемые элементы, деформируетс в большей степени. Процесс деформации предпочтительно осуществл ть путем подачи внутрь давлени гидравлическим путем.

Материал, из которого выполнен трубчатый вал, должен иметь предел прочности при разрыве на 25-35% меньше, чем материал , из которого выполнены насаживаемые элементы. Этим обеспечиваетс возможность выбора требуемого вида соединени , а также выбора относительно м гкого материала дл изготовлени трубчатого вала с учетом его стоимости,

В качестве кулачков могут примен тьс окончательно обработанные перед соединением чугунные, стальные или синтерэле- менты, причем дл повышени срока службы кулачкового вала могут выбиратьс материалы повышенной прочности, такие как, например, шарикоподшипникова сталь, и это не оказывает вредного вли ни на качество соединени .

Предлагаемый вал и способ его изготовлени целесообразно примен ть при установке пустотелых цапф в отверсти , дл соединени двух труб с помощью трубчатой муфты или дл соединени двух установленных один в другой отрезков труб.

Claims

1.Вал, в частности распределительный вал, состо щий из трубчатого вала и насаженных на него по прессовой посадке элементов типа распределительных кулачков, колец подшипников, цилиндрических и конических шестерен, отличающийс тем, что, с целью улучшени эксплуатационных характеристик распределительного вала , трубчатый вал между продольными участками, на которых насажены элементы, выполнен с диаметром меньшим, чем на продольных участках.

2.Вал поп. 1,отличающийс тем, что материал трубчатого вала имеет прочность , на 25...35% меньшую прочности материала насаживаемого элемента,

3.Вал по пп. 1-2, отличающийс тем, что трубчатый вал выполнен из т нутой необработанной по поверхности прецизи- оннойтрубы, изготовленной из стали с прочностью при раст жении 50.,.70 кг/мм2, пределом текучести 28..,39 кг/мм2 и относительным удлинением при разрыве 22...15%.

4.Вал по пп. 1-3, отличающийс тем, что насаженные элементы типа кулачков изготовлены из чугуна, стали или спекаемого материала большой твердости (синтерматериал), преимущественно шарикоподшипниковой стали состава, %:

Углерод0,9-1,0

Марганец0,25-0,30

Кремний0,25-0,30

Хром1,3-1,5

ЖелезоОстальное

5.Вал по пп. 1-4, отличающийс тем, что внутренн поверхность отверсти насаживаемого элемента выполнена с рифлени ми по периметру или с покрытием, в котором в качестве св зующего вещества использована специальна металлическа паста, состо ща из твердых металлов: вольфрама, молибдена или хрома.

6.Вал по п. 5, отличающийс тем, что рифлени выполнены в виде распределенных по периметру продольных углублений глубиной 0,2...1% толщины стенки трубчатого вала.

7.Вал по п. 6, отличающийс тем, что рифление выполнено в виде преимущественно трех расположенных аксиально и распределенных по периметру углублений, занимающих в сумме 1/3 общего периметра .

8.Вал по пп. 1-7, отличающийс тем, что насаживаемые элементы выполнены с внутренней поверхностью, состо щей из среднего участка посто нного поперечного сечени и по меньшей мере конически уменьшающихс по отношению к зоне среднего участка в сторону торцевых поверхностей конечных зон.

9.Способ изготовлени вала, в частности распределительного вала, из трубчатого вала и насаживаемых на него элементов типа распределительных кулачков, колец подшипников , цилиндрических и конических шестерен путем расширени трубчатого вала в области насаживаемых элементов посредством внутреннего давлени гидросреды, отличающийс уем, что, с целью улучшени эксплуатационных характеристик распределительного вала, расширение осуществл ют в радиальном направлении только на отдельных продольных участках трубчатого вала, сопр женных с насаживаемыми элементами, до получени пластических деформаций по всему по- перечному сечению этих участков трубчатого вала упругих деформаций во внутреннем слое насаживаемых элементов, после чего гидросреду удал ют.

10.Способ по п, 9, о т л и ч а ю щ и и с тем, что перед расширением трубчатого вала разницу Умакс между наружным диаметром da трубчатого вала и внутренним диаметром DI насаживаемого элемента определ ют из соотношени :

имакс-Drda 0,9da,

где Rp - предел текучести при раст жении; Е - модуль упругости материала трубы.

11.Способ по пп. 9 и 10, отличающийс тем, что расширение трубчатого

вала осуществл ют на продольном участке длиной, равной длине насаживаемого элемента , и двух длин участков, выступающих за насаживаемый элемент с каждой сторо- ны на величину, составл ющую по меньшей мере 50% и максимум 150% от толщины стенки трубчатого вала.

12.Способ по п. 11, отл ича ющи й- с тем, что при установке двух насаживае0 мых элементов, рассто ние между которыми меньше величины, составл ющей 40% толщины стенки трубчатого вала, осуществл ют одинаковое расширение трубчатого вала на участке длиной, перекрывающей

5 длину двух соседних насаживаемых элементов .

13.Способ по пп. 9-12, отличающийс тем, что одновременно с расширением трубчатого вала дополнительно осу0 ществл ют геометрическое замыкание между трубчатым валом и насаживаемыми элементами.

14.Способ по п. 13, о т л и ч а ю щ и й- с тем, что макрогеометрическое замыка5 ние осуществл ют путем вдавливани материала трубчатого вала при его расширении в распределенные по периметру продольные углублени насаживаемого, элемента.

15.Способ по п. 13, о т л и ч а ю щ и й- 0 с тем, что макрогеометрическое замыкание осуществл ют путем вдавливани материала трубчатого вала при его расширении в средний участок большего диаметра насаживаемого элемента.

5

16. Способ по п. 13, о т л и ч а ю щ и й- с тем, что макрогеометрическое замыкание осуществл ют путем вдавливани в материал трубчатого вала при его расширении сло из твердых частиц, расположенного на

0 внутренней поверхности насаживаемого элемента,

17.Способ по п. 13, о т л и ч а ю щ и й- с тем, что макрогеометрическое замыкание осуществл ют путем вдавливани мате5 риала трубчатого вала при его расширении в пазы насаживаемого элемента.

18.Способ по пп. 9-17, отличающийс тем, что после расширени продольна деформаци во внутренней зоне

0 насаживаемого элемента в тангенциальном направлении составл ет величину 0,01-1 %.

19.Способ по пп. 9-17, отличающийс тем, что при изготовлении насаживаемого элемента из стали, после расшире5 ни продольна деформаци во внутренней зоне насаживаемого элемента в тангенциальном направлении составл ет величину 0,1-0,4%.

20.Способ по пп. 9-17, отличающийс тем, что при изготовлении насаживаемого элемента из твердых материалов ренней зоне насаживаемого элемента в тан- типа чугуна или синтерматериала после рас- генциальном направлении составл ет вели- ширени продольна деформаци во внут- чину 0,01-0.2%.

Y7/S

///№

1№/ -&itt4lSЈ- -

///////////77777.

%

Y/////////№(( 4

Хч Ч Г

J о

Ч,

1

S

LaxE

4

LaxR

Фиг. г

//77777.

%

3z

VT/T/

Ч Г

J о

Aax

ФигЗ

Фаг. 5