專利名稱：通過在分開軸頸上的軸套的擴(kuò)徑來裝配曲軸的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由異型件構(gòu)成的活塞發(fā)動機(jī)曲軸的制造方法，該曲軸總是包括曲柄臂和軸頸部件。對于較小的活塞式發(fā)動機(jī)，尤其是汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)，它們的曲軸多采用在金屬鑄模澆鑄或在鍛模成一體制造的。隨后，對軸承軸頸進(jìn)行機(jī)加工，最后進(jìn)行硬化;這樣為了必須完成加工好的工件，這是花費(fèi)比較大的。反之，對于較大的發(fā)動機(jī)曲軸就得由零部件組裝了，這時(shí)，考慮制造工藝上的可能性如何就占支配地位了，典型的解決方案表示在DE-B-1625579中，在這里兩個(gè)部件之間的分界線是由曲柄壁走向的，以及DE-B-2023364，在這里軸頸是分隔開。這些零件一律是通過焊接的方法互相連接的;只有在這種情況下，按照DE-C-498170曲軸應(yīng)當(dāng)是用板壓件而彼此組裝的。通過DE-C-848728，對專業(yè)人員來說這些也是公知的，即為了節(jié)省重量而可將曲軸做成空心的并且總是可使用不同的材料來制造軸頸和曲柄臂，然而它們之中的每一種都用特殊的不同的載荷擴(kuò)展，它們并且能使這些部件裝配起來。通過DE-A-1922488，部件與部件之間通過電子束焊接產(chǎn)生中間層而改進(jìn)的安裝已經(jīng)公知。DE-A-1951097表明，在安裝零部件之前，在同樣的曲軸軸頸上可推入并固定一個(gè)準(zhǔn)備好的傳動元件，例如一個(gè)齒輪。同一份專利也可給技術(shù)人員提出一個(gè)建議，在分界線上應(yīng)當(dāng)如此的形成一個(gè)零件，即在焊接以前就能交錯推入以提供一個(gè)輔助裝配。
為了使曲軸同活塞連接起來一律使用分開的連桿，同樣在制造時(shí)是比較昂貴且配裝時(shí)要求特別小心，以保證軸頸優(yōu)良地迴轉(zhuǎn)，特別是在多次使用滑動軸承地方應(yīng)該安裝滾動軸承。一個(gè)管子在另一個(gè)另件上的孔中固定是通過前者的擴(kuò)徑已由熱交換器結(jié)構(gòu)而公知，不僅利用機(jī)械的而且利用液壓的擴(kuò)徑裝置。
在一份同時(shí)遞交的德國專利申請(DE37376012)中申請人描述了由單個(gè)制造隨后連接曲柄臂和軸頸的裝配曲軸的制造方法，在此，呈空心園筒體的造好的軸頸通過擴(kuò)徑塑性變形而置入相應(yīng)曲柄壁的孔內(nèi)，在此最后將發(fā)生彈性變形。這種方法適合于這樣的曲軸，其中曲軸銷和軸承軸頸在軸向投影中互相不能重影。該曲軸是做成整體式的，在對強(qiáng)度上能承受不利的負(fù)荷作用，這就是為什么最近所謂的短沖程發(fā)動機(jī)具有優(yōu)點(diǎn)的原因，其中曲柄臂如此的縮短了以及曲軸銷和軸承軸頸在必要時(shí)直徑如此的擴(kuò)大，以至使后面在軸向投影處部分互相重影。本發(fā)明適合于制造最后所說的這種曲軸。
本發(fā)明的任務(wù)是找到一種成本合適的裝配曲軸的制造方法，在此可以為單個(gè)零件選擇材料，適合材料特別適合所希望的不同的特殊的負(fù)荷。這些零件應(yīng)該在連接前就加工完畢，以至于直到矯正和精細(xì)加載都不需要后處理。借助于本發(fā)明的制造曲軸的方法應(yīng)該配置著安排簡單的潤滑管路，在一定的情況下也要具有良好的備用操作性能。由于這種制造同時(shí)伴隨而來的驅(qū)動另件的附件，如軸承與連桿也應(yīng)同時(shí)簡化并改進(jìn)其運(yùn)轉(zhuǎn)功能。
這樣的要求的解決方案如下，即總是與異型件毗連的軸頸部件被推裝到一個(gè)總的軸套上，該軸套通過擴(kuò)徑發(fā)生塑性形變而軸頸部件都保持彈性變形。因此，構(gòu)成曲軸的單個(gè)部件總是包括曲柄臂(該曲柄臂能夠被裝配到由單個(gè)部件構(gòu)成的很大的發(fā)動機(jī)上)和軸頸的零件，最后都會在軸套上組裝起來，盡管軸頸在軸向投影上互相有部分重影。通過軸頸部件的彈性變形，這種發(fā)生在軸套上的擴(kuò)徑過程結(jié)束之后又被反彈回來，因此就產(chǎn)生了一種能經(jīng)受住高的傳遞力矩的連接。
如要使用異形件，這種異形件的臂上帶有與軸套的內(nèi)徑尺寸至少一樣的直徑尺寸的孔，那么，借助引入軸套的液壓擴(kuò)徑器這種擴(kuò)徑過程可以實(shí)現(xiàn)，如已經(jīng)利用裝固在冰冷管壁上的熱交換管一樣。如果考慮到曲柄臂和軸頸附件的不同負(fù)荷，應(yīng)該使用其它的材料作為后部中段，最好安裝在曲柄臂的軸頸部件和附加的軸頸部件之間。為簡化起見，建議附加的軸頸部件與起聯(lián)接作用的軸套整體完成，因此正如在附圖中進(jìn)一步表明的那樣，達(dá)到了軸頸部件的夾緊和為此達(dá)到了兩部件之間的大面積連接。
因此附加的軸頸部件作為軸套以外的其余部分具有不同的材料性能，可以著手使曲軸的各個(gè)范圍的材料性能進(jìn)一步優(yōu)化，例如使曲軸潤滑得到改善，在可能的情況下靡恢執(zhí)泄?fàn)C迦蠡兩蟮納戰(zhàn)岵牧現(xiàn)瞥傻鬧崽?。一纸K庋鬧崽?，染J丫侵崽椎囊徊糠鄭梢院芎玫匕誶嶠峁怪凇 因此，軸承軸頸另件通過的在總軸套上推動，并且該異型件固定在用于連桿的范圍“d”內(nèi)，然后對軸承軸頸進(jìn)行優(yōu)良的矯正。此外，對于軸承軸頸的擴(kuò)徑工序和曲軸軸頸的相互調(diào)節(jié)可在一工序中完成，正如申請人已在EP-A-0213529中建議的，將如凸輪、齒輪或軸瓦等驅(qū)動另件固定在一個(gè)空心軸上。
由于在軸套壁厚和軸頸或連接的曲柄臂之間的相互作用，在這個(gè)意義上，通過最終限制彈性擴(kuò)徑材料的厚度尺寸而確定減少塑性擴(kuò)徑的部件并建議利用在軸套的端部縮小其橫截面。由于軸向壓力分布是不同的，也可以考慮這種相互作用，以至于這里在所有的連接另件都應(yīng)達(dá)到均勻的連接。
軸頸部件和軸套的特殊成型產(chǎn)生了這樣的可能性，即提供曲軸的軸承位置的同時(shí)也提供了潤滑材料，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的曲軸時(shí)必須補(bǔ)充加入潤滑管路部分，不過可能產(chǎn)生了困難且增加了生產(chǎn)消費(fèi)。
這種使應(yīng)用推動的軸套成為可能，即對具有摩擦性的軸承而使用特別適當(dāng)?shù)牟牧?。對此是可能的，正如上文已敘述過的，使用一種用固體潤滑材料浸漬過的燒結(jié)材料，那么，不僅潤滑劑可以均勻地通過軸承表面，而且能保證良好的備用性能。
因此可以在已經(jīng)加工完的軸承襯套上安裝一個(gè)軸頸，只把原來軸承處表面的這樣一個(gè)部分納入擴(kuò)徑流程。至此，例如可以在軸承表面以外的部分安裝箍，或者按照其結(jié)構(gòu)使其端部變細(xì)。
接著一個(gè)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)在連接之前可將整體滾動軸承裝在軸頸或軸套上。因?yàn)檫@樣的連接沒有熱效應(yīng)，以及沒有這種還不能完全消除在先進(jìn)的焊接方法中由焊接部位甩出材料的危險(xiǎn)，因此這種軸承對此是沒有損害的。
同時(shí)，使用上述建議的滾動軸承也可以將整體的連桿推裝到軸頸上去。因?yàn)榘凑毡景l(fā)明制造的曲軸就改進(jìn)而言，它的使用壽命表示出不大于該整機(jī)疲勞強(qiáng)度而限定的因素，通過把連桿分開可以放棄可修性。
一些互相從屬的軸頸另件的適應(yīng)被用來作為裝配的輔助手段，這時(shí)，它們是獨(dú)立進(jìn)行并且不化費(fèi)的使另件彼此正確地定位。
如果軸套在裝配前過冷，隨后加熱周圍介質(zhì)使之膨脹進(jìn)入軸頸的一個(gè)特別堅(jiān)固的支座里。
擴(kuò)徑的軸套可用車削(其橫截面大約呈V型槽)而成型。這里它們必然要沿軸向收縮，這種產(chǎn)生的予應(yīng)力必要時(shí)將由外部作用的力進(jìn)行反調(diào)正，該力調(diào)節(jié)連接的軸頸另件的拉伸。這種這樣產(chǎn)生的輪廓連接將給軸頸與軸套的連接一個(gè)附加的阻力。
當(dāng)軸套的開口端部在擴(kuò)徑后用蓋子關(guān)閉時(shí)，使整體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。一種這樣形成的空腔也可以作為潤滑劑的存貯器來使用。
本發(fā)明的實(shí)施例是用附圖表示的，而且指出

圖1一種聯(lián)合三個(gè)實(shí)施例的曲軸及共同起作用的另件的斷面的總軸向剖視圖，圖2其它的實(shí)施例的縱軸向剖視圖，圖3按圖5和6Ⅲ-Ⅲ方向的另外的實(shí)施例的縱軸向剖視圖，圖4另一個(gè)其他實(shí)施例及圖5和圖6按圖3的Ⅴ-Ⅴ向和Ⅵ-Ⅵ向的橫向剖視圖。
在任何種類的活塞發(fā)動機(jī)的殼體1當(dāng)中是借助軸承軸頸2來支承一個(gè)曲軸，另外又具有曲軸銷3，在曲軸軸頸3上支承著整體的連桿4上。如果可能的話，一般都是由軸承軸頸2和曲軸銷3的一半和一個(gè)起連接作用的曲柄臂例如通過澆鑄或者鍛壓而制成的一個(gè)異型件5。為了制造整體的曲軸，必需要有一定數(shù)量的異型件5互相組合起來，這些另件總是成雙地套裝到軸套6上，隨后通過內(nèi)部的壓力分布而擴(kuò)徑;這個(gè)過程最好借助于通過在曲柄臂28上安置的孔29插入的液壓裝置7來實(shí)現(xiàn)，一直到軸套6通過塑性變形緊貼在異型件5的內(nèi)側(cè)而達(dá)到成整體的軸承銷安裝，不過只是在彈性變形范圍內(nèi)變形。通過這種最后的反回彈力就對于所有的載荷性質(zhì)來說創(chuàng)造了足夠強(qiáng)固的連接。因此孔29不必非要與軸頸2，3如這里表示的那樣同軸安裝。在最適宜的應(yīng)力分布的情況下，雖然一種偏心結(jié)構(gòu)也仍然是有利的。連接的抗扭強(qiáng)度在必要時(shí)可以通過在軸套與軸頸之間安裝一種由硬的顆粒狀物質(zhì)如金剛砂形成的一層8來得到提高，它使得連接的部件能緊密地相互結(jié)合在一起(圖中所表達(dá)的過于厚了);出于同樣的目的，與連接的另件相接觸的表面上可開一些溝槽9或類似的結(jié)構(gòu)。為了在軸向連接上施加予應(yīng)力，異型件5在軸頸另件的范圍內(nèi)可以開一些環(huán)形的凹槽或棱角不尖的槽10。在擴(kuò)徑過程當(dāng)軸套6的材料擠向凹槽，就導(dǎo)致產(chǎn)生沿軸向收縮作用的予應(yīng)力，而使連接進(jìn)一步緊固?？捎诋愋图?的結(jié)合面上開一些使其安全的鍵形齒11，這就使單個(gè)的異型件5僅僅以正確的定位來互相結(jié)合。異型件5可用普通的方法將必需的配重12鎖住。此外異型件5設(shè)置潤滑管路13，這些管路將(潤滑劑)注入軸套6和異型件5之間出現(xiàn)的環(huán)形空腔中。此外，前者開設(shè)長槽15，通過長槽將建立兩個(gè)連續(xù)的環(huán)形室之間的聯(lián)系，這樣在曲軸中就開通了用于潤滑劑循環(huán)的連續(xù)不斷的迴路。向作為滑動軸承或滾動軸承17的連桿軸承供應(yīng)潤滑劑可以公知的方式通過徑向的潤滑孔16來進(jìn)行。特別要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，軸承襯套18同樣也要在部件連接之前準(zhǔn)備好，它是燒結(jié)材料制成的，由于其多孔性能可以使?jié)櫥瑒└鶆虻胤峙洌颂幩€可用固體潤滑劑浸漬，這樣就將良好的備用性能傳導(dǎo)給了軸承。在原來的軸承承受面e的外面，軸承襯套18具有箍30，或者相反的在其末端壁厚縮小(參看圖4右下部)。還可以為異型件5以及軸承面選擇最適合的材料，同樣如另外的一個(gè)實(shí)施例一樣，其中將附加的軸頸部件19插裝到異型件5中，他們是軸套6的組成部份并用來夾緊軸頸，由此夾緊面得以擴(kuò)大。附加的軸頸部件19也可以在其材料性能方面與軸套6有所不同，例如用比較軟而韌的鋼來制造，或用硬的，從摩擦學(xué)的觀點(diǎn)來用較適宜的鑄鋼來澆鑄。通過這種擴(kuò)徑而制造的連接的質(zhì)量除了取決于使用材料本身的性能之外，還取決于擴(kuò)徑壓力的正確調(diào)節(jié)以及將結(jié)合部件的接合間隙調(diào)節(jié)到一定的厚度。由于軸套6(參看圖3左上部)在擴(kuò)徑前具有兩頭呈錐形的端部且呈薄的延伸凸肩21，也就是軸套6被做成了具有可變的橫截面，這是有利的，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)強(qiáng)度并不處于十分重要的地位，而是使環(huán)形室14具有可靠的密封性以防止?jié)櫥瑒┑膿p失。這一點(diǎn)可以通過安置在軸套延伸凸肩21和異型件5的鄰近部件之間的由可塑材料如銅制成的厚實(shí)疊層20來支撐。對此抉擇或附加也可以改變軸向的擴(kuò)徑壓力，例如在圖上所標(biāo)明的如a段保持微小的擴(kuò)徑壓力，因?yàn)樵谶@樣的條件下相應(yīng)的軸套延伸凸肩21也將發(fā)生足夠的變形。反之，在圖中所標(biāo)明的b段可能得到很高的壓力，因?yàn)橛捎趶?qiáng)度的原因，這一段不僅軸套6而且異型件5的相對的另件部件均具有較大的厚度。在c段其特征是，這一段位于軸頸的中部，在一定情況下中等擴(kuò)徑壓力就足夠了，因?yàn)檫@里異型件5的擴(kuò)徑部份較薄。為了能夠進(jìn)行如此程度的各種不同的擴(kuò)徑，存在著簡化的擴(kuò)徑裝置7，在此未予顯示，為產(chǎn)生壓力的公知的裝置由一種采桿22構(gòu)成的，這種采桿中至少有用于壓力液體的輸入管道23穿過。從這種輸入管道23中接出支管24，通過支管壓力液體進(jìn)入工作段25，它們總是在軸向通過環(huán)形的密封圈26加以限制。如果應(yīng)在不同的擴(kuò)徑段a，b，c也應(yīng)產(chǎn)生不同的壓力的話，那么就應(yīng)有同樣多數(shù)目的不同的輸入管道23，或者這些輸入管道是相同的，而經(jīng)過必須的軸向距離而移動的工作段25以可變化的壓力加工。如圖4所描述的，采桿22能夠同時(shí)矯正互相調(diào)正同心的軸頸，也就是說特別是軸承軸頸2。如果這個(gè)采桿具有相應(yīng)數(shù)目的工作段25的話，那么對于全部的軸承軸頸2來說，軸套6和異型件5在一個(gè)工作程序中可以連接起來。為了曲軸銷3的擴(kuò)徑延續(xù)的采桿22是必需的，說得確切一些，在這里才能發(fā)生下一步工作程序里的擴(kuò)徑。附圖2表示了一種選擇的可能性，這兒為軸承軸頸2使用了一個(gè)唯一的連續(xù)的軸套6，此軸套同樣在它的不同的段中以一個(gè)工作程序擴(kuò)徑，并且同樣保證了對軸承軸頸2的優(yōu)良的矯正。緊接著軸套的d段分開，目的是為了連桿創(chuàng)造一個(gè)空間。也可以以類似的方式將互相調(diào)同心的曲軸銷3在一個(gè)工作程序上中固定，因?yàn)樵诖┝丝?1的配重12上所有的屬于軸套6的都串到了一根液壓的壓力裝置7上。異型件5上可以設(shè)計(jì)帶有彎筋27，這一點(diǎn)從圖5上看得很明顯，通過這條彎筋可以達(dá)到進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的目的。因?yàn)樵诋愋图?上為了伸進(jìn)采桿22而保留在原處的孔僅需比較小的尺寸，所以軸承軸頸2和曲軸銷3在軸向投影上可以互相重影，這就如同在近代的短沖程發(fā)動機(jī)中必需使用曲軸是一樣的。在圖2右下方所描述的曲軸銷3處，被擴(kuò)徑的軸套6的端部例如被壓入的蓋32封閉，它的作用不僅僅是為了增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)，而且也是為了創(chuàng)造這樣的可能性，即把軸套6內(nèi)部的密封的空腔作為貯藏潤滑劑的容器，例如用于軸承軸套18。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)由異型件(5)組成的活塞式發(fā)動機(jī)(1)曲軸的方法，該異型件(5)總是包括一個(gè)曲柄臂(28)和軸頸(2，3)的一個(gè)另件，其特征如下a)總與異型件(5)鄰接的軸頸(2，3)被套裝到一個(gè)總軸套(6)上，并且b)軸套(6)通過擴(kuò)徑發(fā)生塑性變形，而軸頸(2，3)則發(fā)生彈性形變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，把軸承軸頸部件(2)套裝到一個(gè)連續(xù)的總軸套(6)上，在固定異形件(5)之后，將其用于連桿(4)通道的d區(qū)內(nèi)分隔出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征是，軸承軸頸(2)和曲軸銷(3)借助一個(gè)單獨(dú)的連續(xù)的擴(kuò)徑裝置(7)在一個(gè)工序當(dāng)中被固到軸套(6)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法其特征是，軸套(6)在沿軸向分為a、b、c的區(qū)域內(nèi)被施以不同壓力，其中b區(qū)內(nèi)壓力最大，在此區(qū)內(nèi)設(shè)置具有最大材料厚度的軸頸(2、3、19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，空心軸襯(18)在連接前先套裝到軸頸(2、3、19)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其特征是，只有軸承表面以外的帶有軸頸(2、3、19)的軸襯(18)的部件發(fā)生變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其特征是，將滑動軸承或滾動軸承(17)在連接前套裝到軸頸(2、3、19)或軸襯(18)上去。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7的方法，其特征是，在連接前將整體連桿(4)套裝到軸頸(2，3，19)或軸襯(18)上，也套裝到滑動軸承或滾動軸承(17)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征是，在連接軸頸部件(2，3，19)和軸套(6)的過程中，軸襯(18)要過冷。
10.裝配式曲軸由異型件構(gòu)成，異型件總是包括一個(gè)曲柄臂和至少一個(gè)緊挨著的空心軸頸作為主軸頸段或端軸頸段，在此配置的主軸頸段或端軸頸段套裝到一個(gè)總的軸套上，這里，軸套在塑性變形的狀態(tài)下擴(kuò)徑，而軸頸在同樣的力作用下的彈性予應(yīng)力被固定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的軸，其特征是，使用在曲柄臂(28)上具有孔(29)的異型件(5)，其孔徑與軸套(6)的內(nèi)徑是一樣的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的軸，其特征是，在異型件(5)零件的軸頸部件(2、3)之間插入一個(gè)附加軸頸部件(19)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的軸，其特征是，附加的軸頸部件(19)是軸套(6)的附件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的軸，其特征是，附加的軸頸部件(19)與軸套(6)的其余部件相比具有不同的材料特性。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一的軸，其特征是，軸套(6)在其端部呈圓錐形橫截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15之一的軸，其特征是，軸頸部件(2，3)及在軸套(6)的外表面上制成的縱槽(15)，使擴(kuò)徑后同樣在軸套的端部保留空的環(huán)形室(14)，貫通的管道(13)匯流到環(huán)形室。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16之一的軸其特征是，使用的軸承襯(18)，在軸承軸向表面之外的e處裝有箍(30)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17之一的軸，其特征是，使用在軸承軸向表面之外的e處壁厚減小的軸襯(18)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至18之一的軸，其特征是，軸頸部件(2、3、19)帶有互相調(diào)節(jié)的鍵齒(11)，零部件之間得以互相準(zhǔn)確定位。
20.根據(jù)權(quán)利要求10至19之一的軸，其特征是，軸頸部件(2、3、19)可制成沿其內(nèi)側(cè)徑向擴(kuò)大。
21.根據(jù)權(quán)利要求10至20之一的軸，其特征是，擴(kuò)徑的軸套(6)在其端部以緊固的蓋(32)而封閉。
22.根據(jù)權(quán)利要求10至21之一的軸，其特征是，穿過軸頸段的軸套(6)具有夾緊的外軸承區(qū)。
全文摘要
本方法是由單個(gè)的異型件來安裝曲軸的，曲軸總是具有一個(gè)曲柄臂和兩個(gè)軸頸附件2、3。配對的軸頸部件被推裝到一個(gè)總的軸套6上，在接合之前可以在軸承軸頸2也包括曲軸箱3上安裝的軸承軸套和/或滾動軸承17連桿4。在曲柄臂，軸套與軸頸之間設(shè)置了暢通連續(xù)的潤滑。通過安置在曲軸臂上的孔29可使壓力擴(kuò)徑裝置伸入到軸套6之中去。根據(jù)本方法，可能使工序減少并可使部件之間的連接性可密封性得到改善。
文檔編號F16C3/10GK1036347SQ88108408
公開日1989年10月18日 申請日期1988年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月5日
發(fā)明者沃爾特·綱·毛斯, 赫爾穆特·施瓦斯 申請人:埃米特放射技術(shù)股份有限公司