专利名称：压配合的毂和凸轮轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种毂和一种具有一个用于压配到一个基体上的毂的凸轮以及一种其上具有至少一个压配合的毂的、尤其是一个凸轮的凸轮轴。
背景技术：
通过将多个凸轮压配到一个轴上来制造凸轮轴的方法是公知的。对轴上用于配设凸轮的各个部位进行机加工，使该部位形成一个直径超过轴的直径的材料聚集部。在压配凸轮时，凸轮使该材料变形，从而通过一个侧向压力将凸轮固定到轴上。
在文献EP-A21058033和WO-A101/94802中描述了用于一种这样的凸轮轴制造方法的凸轮。
文献EP-A21058033中的一种毂或一种凸轮的毂孔由该毂的两个锥形部分限定，这两个毂部分沿压配方向向前相继连接到凸轮的端面。两个锥形部分的每个具有不同的斜度。采用这种轮廓结构的缺点是，在将凸轮压配到轴上的过程中，在凸轮孔的开始部分就已经有一个力的影响作用到凸轮上，因此在凸轮材料中会产生张力。这种张力导致结构中产生微小裂缝，可以引起联接作用的削弱或崩溃，并且同样还可以引起基于变形的凸轮轴的功能性的破坏。
WO-A101/94802中展示了一种带有一个入口区的凸轮，该入口区占据大致半个凸轮或毂的宽度。该入口区的轮廓被描述为锥形的并且连续地延伸到一个毂区中，该毂区占据余下的毂宽度，并且是锥形的或是圆柱形。采用这种外形结构的毂时，连接张力在毂宽度的中心发生移位是可能的。但是，应该注意到，在进入区开始部分之后，轴上的材料聚集部的变形就已经发生了。因此，在该区中，由于凸轮毂的外区中的具有前述影响的微小裂缝的结果而使材料的连接受到损坏是可以预料的。
发明内容
本发明的目的是消除公知的毂的缺陷，制造一种用于压配到一个基体上的替代型的毂。
该目的是通过一种用于压配到一个基体上的毂解决的，为此，该毂有一个由毂端面限定的毂孔，并且该毂有一个沿压配方向P锥形变化的插入区A2，该毂孔的特征在于，沿压配方向看有一个设置在端面和插入区A2之间的圆柱形部分A1。
术语“毂”在本发明的意义中应理解为在一个部件中一个具有一个通孔的部分，例如对凸轮、轮子、嵌齿轮、偏心环、传感器环、曲形盘、或类似部件所要求的和将凸轮、轮子、嵌齿轮、偏心环、传感器环、曲形盘安装到一个基体上的那些部分。虽然说明书中主要涉及的是凸轮中的毂，但本发明并不局限于此。凸轮可以作为一个单独的部件成形，例如，做成管状的。同样轴、管子或也包括轴承(例如球轴承或轴衬套)可以用做一个基体。这种凸轮一般连接到或位于对毂支撑的部件中。凸轮也可以整体地成形为一个部件中的一个孔(开口)。
毂的部分A1的一个圆柱形的实施例避免了力在一个部件或一个其上要安置毂的基体和端面区域中的毂之间的直接影响，因为当将毂压配到基体上时轴上的材料聚集部的变形开始先发生在锥形变化的插入区。因此任何连接张力首先出现在插入部分A2；这些连接张力作用在基体上的毂的固定座上。基体可以是一个轴，该轴可以包括实心材料的也可以是一种空心的管或者类似物。
通过避免圆柱形部分A1中的连接张力，避免了削弱点的形成，诸如对毂，例如一个轮胎或一个凸轮的连续表面，进行支撑的本体中的微小裂缝，或变形，或材料扭曲。防止了对凸轮的功能以及对凸轮的材料稳定性的损坏。
一般地，毂的各个部分或区的顺序应该理解为沿压配方向位于前面的分别具有更小的数字。压配方向是指例如凸轮在基体上被引导的方向。凸轮的端面是其法线平行于压配方向指向的凸轮表面。
有利的是，本发明的毂具有毂孔的一个圆柱形部分A1，该圆柱形部分A1的直径至少与基体的最大直径相同。这种直径D1能够使毂容易地放置到基体上并且可以在压配时避免在端面区域中产生的连接张力。在圆柱形部分A1中，在基体和毂之间不会形成力的影响。
同样有利的是，构造一种其毂孔具有一个第二圆柱形部分A3的毂。该第二圆柱形部分A3相对于第一圆柱形部分A1而言被设置在插入区A2的对侧。该部分A3同样也避免了在压配毂时削弱点的形成，尤其是在毂的第二端面上，因为基体的直径在插入区或插入部分A2中已经减小到未机加工的基体尤其是轴的大小。在部分A3中，在轴和毂之间没有发生很大的力的传递。
第一圆柱形部分A1的直径D1基本上大于圆柱形部分A3的直径D2。
本发明的毂的一个实施例不同之处是一个具有一个曲线轮廓的插入部分A2，该轮廓对应于许多相互间排列的不同半径的圆弓。各个圆弓的长度和半径都按照所要求的轮廓结构进行控制。当然，该轮廓也可以由其它曲线形状的部分构成。邻近第一圆柱形部分A1的圆弓的半径是小的。
第三部分A3的曲线系列(数列？)是基于具有各自增加的和更大的半径的圆弓。曲线轮廓的连续曲率能够避免产生最大的连接张力和在一个较大区域上延伸的压配合连接。
弯曲的弓段最好连续地相互交错叠置，亦即，它们分别沿切向相互连接。然而弯曲的弓段也可以非连续地相互交错叠置，亦即，在各个过渡点上设置过渡缘边。此外，第一个弯曲的弓段可以连续地或非连续地连接到部分A1。
最后的弯曲部分也是这样，该部分连续地或非连续地连接到部分A3。在一个尤其简单的实施例中，部分A1和A3之间的弯曲部分由一个半径形成，它例如通过形成过渡缘边E1非连续地连接到部分A1，和例如连续地，即在部分A3中不形成过渡缘边。
在一个优选实施例中，毂的插入区(部分)A2被划分为沿着毂的纵轴线以一个截锥体的形式构成的两个分部。因此，两个截锥体的形状的分部具有不同的锥角，邻近部分A1的分部A2’的锥角K1大于邻近部分A3的分部A2”的锥角K2。不同的锥角一方面能够提高在毂压配到基体上时的中心对准，另一方面使毂和基体之间的力闭锁能力得到足够的改善。尤其是考虑摩擦连接的能力时，重要的是将其提供在毂的一个足够大纵向区域上，以便在运转状态下也能够有永久性的连接。此外，优选的是，具有锥角K1的锥体沿着与具有锥角K2的锥体相同的方向敞开，这样可以保证从一个较大直径到一个较小直径的大致连续的过渡。同时，在一个较宽的区域上建立起毂和基体之间的摩擦连接。打算采用从截锥体的虚构顶点到虚构锥体的扩展部分进行观看而确定的角度作为“锥角”。因此一个锥角的半值确定了相对于截锥体的高度锥面的增大或倾斜。截锥体相对于毂的空间定向是这样的，即截锥体的顶点与毂的纵轴线重合。
在一个优选实施例中，毂1的插入区A2由一个单独的截锥体(锥体)构成，该截锥体从直径D1开始锥形变化到直径D2。
这样，在过渡点上形成缘边E1和E2。
在另一个优选实施例中，凸轮在第一部分A1中的直径为D1，该直径至少与基体的一直径W1相同，该直径W1对应于通过对基体机加工在基体上产生的材料聚集部的直径。这些材料聚集部呈圈形物或棒节的形式。这些材料聚集部既可以沿基体的周面方向延伸，也可以平行于毂的纵轴线延伸。基于选择至少与直径W1相同的直径D2，毂在压配时可以先在材料聚集部上滑动，而不会使材料变形。在毂的对面对毂进行引导，可以改善毂在基体上的中心定位。同时，如前所述，可能的连接张力在毂的中心区域(插入部分A2)发生移动，由此相关地避免了在凸轮的暴露点上的削弱点。暴露点应该理解为凸轮的端面或直接位于其下面的区域。
同样，在制成的一个毂中，直径D2至少等于或者大于基体的直径W2是有利的。直径W2对应于未机加工的基体的直径。合适地选择直径D2同样可以在压配中将毂引导到基体上。
同时，避免在该第二圆柱形部分A中形成大的连接张力，由此同样也避免了对毂和基体连接的寿命可能有不良影响的削弱点的形成。相对于直径W2的直径D2最好选择成使毂和基体之间实现一种间隙配合的尺寸。
在一个实施例中，本发明的毂有一个第一部分A2，该第一部分A2的长度占毂的总长度L的2％至30％。具有这个长度时，一方面保证了对毂实现足够的引导，另一方面保证了将可能的连接张力移动到距离毂的端面和暴露点足够远的地方，从而避免本文开头所述的那些缺陷。优选地，部分A2具有一个为毂的总长度的5％至15％的长度。
当毂有一个其长度为毂的总长度L的2％至30％的第三部分A3同样是有利的。这个长度保证在部分A3的区域中不会出现大的连接张力，而该连接张力可能导致暴露点上的削弱点。
而且，也使毂在基体上有足够好的中心定位成为可能。此外，优选地，部分A3的一个长度为毂的总长度L的5％至15％。
在另一个实施例中，毂的第二插入部分A2包含一个为毂的总长度L的40％至96％的长度。插入区A2的这个长度构成安置毂和轴的摩擦连接的毂区域。这是重要的，以便保证制造的凸轮轴在长期使用的状态下也能正常工作。优选地，该插入部分具有一个在毂的总长度L的70％至90％之间的长度。
本发明的毂的另一个方面是插入区A2的两个分部的纵向比。分部A2’与分部A2”的比位于0.1和10之间。通过合适的选择，毂和基体之间的摩擦连接的状态得到有利的控制。优选地，第一分部和第二分部之间的一个纵向比为0.1至5。
此外，毂具有一个10°至40°的第一锥角K1是有利的。该锥角区允许驱使材料变形达到使毂和基体之间的摩擦连接能够直接实现的位置。
按照本发明的一个毂有利地具有一个在1°和15°之间的第二锥角K2。该锥角范围导致毂和轴之间一个扩大的接触区，它在毂和基体之间产生一个大致均匀的摩擦连接。采用这种结构，连接张力的可能的最大值被大大减小或避免，并且由此减小了不均匀性和破坏负荷。
在另一个实施例中，本发明的毂具有至少一个槽，该槽至少在毂的部分A2和A3的长度上延伸。“槽”应该理解为一种材料界限，该材料界限限定毂的一小部分周面并且从毂的纵轴线开始沿径向向外延伸的最大值达到直径D2。这样一个槽例如被看作是一个与毂的纵轴线平行的窄的通道，该通道在毂的一个小的周面区域中从第一部分A2穿过部分A2和A3连续地延伸。这样一个槽保证了除了一种摩擦连接外，还实现毂和基体之间的一种形状相符的配合，由此避免凸轮沿周向的转动。
此外，本发明包括一个具有一个基体，尤其是一个轴和一个凸轮的系统，其中毂穿过凸轮或其端面。该毂有一个锥形变化的插入区A2。制成的毂和轴是这样的，当压配凸轮时，在轴的最大外径和插入区A2之间的一个接触点的距离为至少毂的总长度L的2％至40％。
距离值优选为至少是毂的总长度L的3％至20％，和进一步优选为至少是毂的总长度L的5％至15％。
此外，本发明还涉及一种凸轮轴，该凸轮轴上压配有至少一个前述的有创造性的毂，尤其是一个凸轮。
作为一种毂的示范性的实施例，在本发明的说明书中描述了一种用于构造一个凸轮轴的凸轮。但是，本发明并不仅仅限定于用于构造一个凸轮轴的凸轮。毂例如可以作为嵌齿轮、偏心环、传感器环、弯曲盘或类似物的形式制造。
本发明的毂的图示说明如下图1是一个凸轮的压配侧的一个视图。
图2是图1的凸轮沿Q-Q’线的截面图。
图3是在压配之前的凸轮截面和带有材料聚集部的轴的视图。
图4是在压配之后的凸轮截面和轴的材料聚集部的视图。
图5是凸轮带有一个轴向分布的槽时的另一个实施例。
图6是插入部分A2带有一个轴向分布的槽时的另一个实施例。
图7是插入部分A2的另一个实施例。
图8是插入部分A2的另一个实施例。
具体实施例方式
这些附图以示意图方式示出了具有本发明特征的毂和凸轮，但它们表示的不是精确的比例或尺寸，而只是用于说明本发明的一种毂的本质结构。
按照图1和2所示，一个凸轮9有一个毂1，毂1有一个位于端面8中的毂孔2。具有直径D1的圆柱形部分A1被缘边E1封闭(缘边E1在图中不能识别)，与其相连的是第二部分(插入区A2)的第一分部A2’。该分部A2’的表面对应于一个锥角为K1的截锥面。这在图2中可以看到，图2是一个沿图1中的Q-Q’线的截面图。接下来的分部A2”同样成形为一个截锥面，但其具有一个较小的锥角K2，该锥角K2小于锥角K1。毂孔2的部分A3有一个直径为D2的圆柱形形状。
同样，可以看到过渡缘边E1，E2和E3，它们将毂1划分成各个部分A1，A2’，A2”和A3。
图3和4都示出了一个形状为一个具有相应材料聚集部5的轴的基体3。箭头P因此表示出毂孔2的压配方向。在图3中，凸轮9被移动到或压到基体3上的一个位置处，此时材料聚集部5位于毂孔的部分A1中。
可以清楚地看到还没有出现材料变形。这在图4中可以看见，该图示出了压配后的凸轮9。沿压配方向看位于后面的材料聚集部5已经位于毂孔2的分部A2”中，并且已经基本上被变形(材料变形6)。部分A3占据部分A2中的轴脊。基体3的未机加工区的直径为W2，在材料聚集部5区的直径为W1。
图5中示出了凸轮9的毂1的毂孔2中的一个槽7。沿端面8看，可以看到槽7是如何仅仅延伸到毂1的径向周面的一部分中的。槽7距纵轴线4位于径向最外的点与部分A1的表面重合。因此，槽7可以认定为是一个窄的通道，因为它在长度A2和A3延伸。该槽7在凸轮9压配到基体3上时不影响材料变形。因此，凸轮9实施一种在基体3上的周面侧固定。而且可以在毂1中设置多于一个的槽7。这种槽的外形结构也可以设计成适合于所需的规格。图6示出了毂1的部分A2的另一个实施例。该部分A2由一个单一的锥面形成，它通过内部缘边E1和E2连接部分A1和A3。图6中槽7是以截面视图示出的。此外也可以看到部分A2的半锥角K1以及部分A2的或A3的直径D1和D2。
图7中示出了本发明的毂1的部分A2的另一个实施例。除了毂孔2的两个部分A1和A3以外，凸轮9有一个整部的部分A2。该部分的轮廓包括一个连续变化的曲线系列，该曲线系列可以描述为一连串的圆弓，其中这些圆弓的半径是逐渐增大的。与部分A1直接连接的圆弓的半径是形成曲线系列亦即部分A2的轮廓的所有圆弓的半径中最小的。
直接地敞开到部分A3中的最大半径可以借助于一个过渡缘边E2非连续地连接到部分A3，如图7所示。但是也可以是连续进行的，即没有形成一个缘边E2。在这种情况下，部分A2的最大半径切向地延伸在部分A3(类似于图8)。部分A2中的曲线系列也可以由一个单一的半径R形成，它非连续地连接到部分A2，形成缘边E1并且切向地，亦即连续地，没有缘边E2地敞开到区A3中。
由于部分A2中的轮廓的变化在部分A3的方向上是逐渐变平的，因此连接张力被分布在一个较大的区域上，不会引起过大的负荷最大值。而且这些连接张力被同时地移置到凸轮9的内部，由此避免了诸如在毂孔2的外区A1和A3中的微小裂缝的结构缺陷。功能性，特别是长期稳定性由此得到改善，此外，可以想象将曲线轮廓分成两个或多个分别具有独自的曲线轮廓的分部，如象对具有截锥体形状的部分的实施例所描述的那样。
本发明的凸轮9的一个实施例是基于一个由球轴承钢做的具有15毫米的凸轮宽度的凸轮本体。毂孔2的各单个部分A1和A3以及插入部分A2的长度为1毫米，1毫米和13毫米。部分A1的直径D1为25.6毫米，而部分A3的直径D2为25.0毫米。插入部分A2划分成长度分别为2毫米和11毫米的分部A2’和A2”。分部A2’具有30°的锥角，分部A2”具有15°的锥角。凸轮9的旋转表面以及毂1的表面被硬化，以便减小工作负荷和提高寿命。
在制造一个凸轮轴时，通过机加工在轴(基体3)的相应位置上产生一个材料聚集部5，其长度近似对应于凸轮宽度，即15毫米，其直径差W1-W2近似为0.6毫米。按照本发明的一个凸轮9被置于轴3上并且用一个约为20000牛顿的压力压在该材料聚集部上。这样，必须注意正确的压配，尤其是在考虑毂中心的定位，即插入部分A2在该材料聚集部上的定位时。在第一各凸轮9的压配完成之后，将另一些凸轮9按照相应的预先确定的间距相继压配到分别单独产生的各材料聚集部5上。
标号和名称1.毂2.毂孔3.基体4.毂的纵轴线5.材料聚集部6.材料变形
7.槽8.端面9.凸轮A1纵向部分1A2纵向部分2A2’A1的分部A2”A2的分部A3纵向部分3D1直径1D2直径2E1缘边1E2缘边2E3缘边3K1锥角1K2锥角2L毂宽度P压配方向Q-Q’截面轴线R弓形结构，半径W1材料聚集部的直径W2基体的直径
权利要求
1.毂(1)，具有一个在端面(8)中的用于压配到一个基体(3)上的毂孔(2)，其中毂孔(2)有一个沿压配方向锥形变化的插入区(A2)，其特征在于，在压配装置中，一个圆柱形部分(A1)如图示那样布置在端面(8)和插入区(A2)之间。
2.按照权利要求1的毂(1)，其特征在于，毂孔(2)的圆柱形部分(A1)的直径(D1)至少与其上要压配毂(1)的基体(3)的最大直径相同。
3.按照权利要求1或2的毂(1)，其特征在于，毂孔(2)有一个第二圆柱形部分(A3)，其中该第二圆柱形部分(A3)相对于第一圆柱形部分(A1)布置在插入区(A2)的对侧。
4.按照权利要求1至3中之一的毂(1)，其特征在于，锥形变化的插入区(A2)具有一个曲线轮廓，其中该曲线轮廓优选地由相互连接的不同半径的圆弓形成，其中圆弓的半径朝着圆柱形部分(A1)的方向是变小的。
5.按照权利要求1至3中之一的毂(1)，其特征在于，插入区(A2)具有一个曲线轮廓，其中该曲线轮廓优选地由一个弓形结构(R)形成，该弓形结构非连续地连接到圆柱形部分(A1)，并且非连续地或连续地优选地敞开到部分A3中。
6.按照权利要求1至3中之一的毂(1)，其特征在于，插入区(A2)由一个截锥体形成，该截锥体借助于过渡缘边(E1)和(E2)连接(A1)和部分A3。
7.按照权利要求1至3中之一的毂(1)，其特征在于，插入区(A2)划分成两个分部，该两个分部都做成一种沿纵轴线(4)的截锥体的形状，朝着部分(A1)布置的分部(A2’)的锥角(K1)大于朝着部分(A3)布置的分部(A2”)锥角(K2)。
8.按照权利要求1至7中之一的毂(1)，其特征在于，直径(D2)至少与基体(2)的直径(W2)相同，其中直径(W2)对应于未机加工的基体(2)的直径。
9.按照权利要求1至8中之一的毂(1)，其特征在于，第一圆柱形部分(A1)的长度是毂(1)的总长度(L)的2％至30％。
10.按照权利要求1至9中之一的毂(1)，其特征在于，第二圆柱形部分(A3)的长度是毂(1)的总长度(L)的2％至30％。
11.按照权利要求1至10中之一的毂(1)，其特征在于，插入区(A2)的长度包含毂(2)的总长度(L)的40％至96％。
12.按照权利要求7至11中之一的毂(1)，其特征在于，分部(A2’)和分部(A2”)的长度比位于0.1和10之间。
13.按照权利要求7至12中之一的毂(1)，其特征在于，第一锥角(K1)为10°至30°。
14.按照权利要求7至13中之一的毂(1)，其特征在于，第二锥角(K2)为1°至15°。
15.按照权利要求7至14中之一的毂(1)，其特征在于，毂(1)包括至少一个在毂(4)的整个长度(L)上延伸的槽(7)，其中该槽(7)限定毂孔(2)的一部分周面，该槽(7)沿径向向外延伸的一个最大值为到直径(D1)。
16.凸轮(9)，该凸轮具有一个按照权利要求1至14中之一的毂(1)。
17.凸轮轴，包括至少一个按照权利要求16的凸轮(9)和一个基体(3)，尤其是一个轴，该轴上至少压配一个凸轮(9)。
18.系统，该系统包括一个基体(3)，尤其是一个轴，和一个凸轮(9)，其中凸轮(9)有一个在端面(8)中的用于压配到基体(3)上的毂(1)，其中毂(1)有一个锥形变化的插入区(A2)，其特征在于，在压配凸轮(9)时，在基体(3)的最大外径和插入区(A2)之间的一个第一接触点自端面(8)的距离设置为至少毂(1)的总长度(L)的2％至30％，优选为至少3％至20％，和进一步优选为至少5％至15％。
19.凸轮轴，包括至少一个凸轮(9)，其中凸轮(9)有一个毂(1)，该毂(1)具有一个用于接纳一个做成一个轴的形状的基体(3)的毂孔(2)，其中毂孔(2)有一个沿压配方向锥形变化的插入区(A2)，其特征在于，沿压配方向看，一个圆柱形部分(A1)布置在端面(8)和插入区(A2)之间。
全文摘要
本发明涉及一种其端面(8)中有一个毂孔(2)的毂(1)，该毂(1)用于压配合到一个基体上，为此，该毂(1)包括一个沿压配方向锥形变化的插入区(A2)，其特征在于，沿压配方向看有一个圆柱形部分设置在端面和插入区之间。此外，本发明公开了一种带有一个锥形变化的插入区(A2)的毂(1)，其插入区(A2)的长度是毂(1)的总长度(L)的40％至96％。本发明还涉及一种至少有一个凸轮(9)的与所述毂(1)相关联的凸轮轴。
文档编号B23P11/00GK1666027SQ03816001
公开日2005年9月7日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年7月31日
发明者罗伯特·比格勒 申请人:罗伯特·比格勒