[发明专利]接合式多层轴

说明书

本发明涉及具有外在功能元件的组合式空心轴，该空心轴是采取依轴向分段径向扩径的方式接合而成的，在此，扩径区段中的内轴管是塑性地变形的，而扩径区段中的外在部件则仅是弹性地变形的。本发明还涉及这种轴的制造方法，以及用于制造接合式空心轴的多重功能元件的制造方法。

在内燃发动机用的传动轴和控轴的领域中，尤其是分配凸轮轴，随着多阀技术的发展，不断要求解决这样一个问题，那就是制造出具有下述多个相互靠近的元件的轴，如凸轮、其它功能部件以及滑动轴承和轴向止挡。这一情况对常规的工艺技术带来越来越多的困难。尤其对制造具有较大直径的轴来说，还有按平方函数增加重量的问题。

在接合式空心轴领域中尤其有解决上述复杂问题的有趣苗头。在这里，在降低重量的同时可解决凸轮间距的问题，但与此同时又会随着抗扭刚度的下降而带来一些困难。此外，须安置在该轴上的而且须精确定位的功能元件的数目是很大的。特别在载重卡车轴方面，尤其是用于柴油机的轴，除上述问题外还有一个附带的问题是：由于所需的抗扭刚度并顾及到功能元件之间的单层结构，空心轴的壁厚必须保持相当的大，从而使得减重的优点不能如所要求的那样加以实现。特别是采用长轴时，接合前的准备时间，例如缓慢地将高压探管装入空心轴中，是非常长的，因而降低了昂贵投资金的生产率。

在制造接合式空心轴时，通过采用多重功能元件，例如多重式凸轮，至少可以减少上述各问题中的几个问题。为此提出的方案是已经公开的，例如采用扭转方法用管制造多重式凸轮，或者用钢板坯料制造多重式凸轮，这些钢板坯料做成具有相应的构型，然后加工成一环形体，并加以焊接。

就上述第一个方案来说，仍存在一个问题，那就是被局限于统一的凸轮轮廓，而且凸轮对外压力例如对推杆压力没有大的刚度。就所说的两个方案来说，有关凸轮尖端在圆周上的偏向角或不同角分布都存在很大的限制，这一情况就上述第二个方案来说，只有通过昂贵的制造方法的改变才能加以克服。

本发明要解决的技术问题是：为具有外在功能元件的接合式空心轴提出新型的设计结构，即可避免前述的那些问题，且在制造上是有利的和经济合算的；以及提出一些制造方法，采用这些方法可以高生产率、高精密度、低花费地制造所述的轴和多重功能元件。

上述任务按照本发明是采取以下措施加以解决的：带有外在功能元件的接合式空心轴是通过依轴向分段径向扩径的方式加以接合的，这时扩径区段中的内轴管是塑性变形的，而扩径区段中的外在部件则仅是弹性变形的，在此情况下，各功能元件至少一部分配置在多重功能元件上，扩径区段均处于功能元件之间；为解决上述任务还采用了一种制造这种轴的方法，据该方法，分段扩径是借助液体内高压实现的，液压液体是通过一个探管而被引入到空心轴中，而探管的外径仅略小于轴的内径，在扩径区段的两个轴向端上对着空心轴的探管由密封元件加以密封，而那些具有一种可拆卸的高压快速接头的探管在连接到高压发生器上之前被引入空心轴中，并加以定位；为解决上述任务还采用了一种制造多重功能元件的方法，据该方法，各个功能元件都是用具有与功能元件相符轮廓的管材制成的，并组合成多重式凸轮，在这种情况下，不圆的功能元件在轴向中具有与基圆同心的环形凸缘，这些凸缘的内径略大于轴管的外径，凸缘在其侧边具有一个大约一半壁厚的环形区域，使得该区域同相邻的不圆功能元件的环形区域补充成全壁厚，在这里，环形凸缘是通过型材管的重新成形而制做出来的。

通过使用按本发明提出的多重式凸轮，可以实现一系列的优点。附表A中所举的例子，包括进气凸轮、排气凸轮、柴油喷油凸轮以及一个滑动轴承，都以模块形式加以组合，依此，例如用于一个六气缸柴油机的部件数量与按照现有技术各个功能部件拼合相比，可由26个减少到9个。这些例子是顾及到现代载重卡车发动机的通常功能选择出来的。按本发明提出的工艺使得以最佳方式实现每个气缸多个凸轮的设想成为可能，例如顾及到喷油技术特点或者阀的断开和闭合角倾角。

上述对比，也就是对按传统接合工艺和按本发明接合工艺制造出来的具有相同尺寸与功能的凸轮轴进行的比较，由这一对比可以看出不同结构形式在重量和抗扭刚度方面的差异，抗扭刚度作为极惯性力矩Jp以大小cm⁴表示。按本发明提出的轴的那些优点在很大程度上受下述条件的制约：轴的重量只能随轴管直径线性地增大，而抗扭刚度则随轴管直径按多次幂增高，此外由于多层结构之故在接合点亦受到有利的影响。