本发明涉及一种凸轮轴装置及凸轮轴装置的制造方法，更为详细地涉及一种可以在主轴上组装多个部件的凸轮轴装置及凸轮轴装置的制造方法。
背景技术
通常，凸轮轴装置作为根据内燃机引擎的旋转而负责开闭吸气阀门和排气阀门的的部件，可包括：轴，其起到旋转轴的作用；凸轮凸角(lobe)，其对引擎的吸气及排气阀门的开闭时机和扬程进行调整，所述扬程是打开长度；以及轴颈(journal)轴承(bearing)，其起到旋转定子的作用。
这样的所述凸轮轴凸角的曲线即使仅仅变化一点点，各个阀门的开闭时机或扬程(lift)也不同，从而影响机械性能，因此现有的所述凸角及所述轴主要使用铸铁和铸钢等铁基材料，所述铁基材料即使长时间使用也能够确保耐久性。
技术实现要素：
适用于凸轮轴装置的量产的方式有铸造、焊接及粉末冶金等工法，就铸造的情况而言，初步铸造灰口铸铁、球墨铸铁之后，通过高频率及氮化等热处理，从而对凸角(lobe)和轴颈(journal)部位进行表面处理后，使用精密加工方法，但是虽然经济却存在铸造缺陷等问题和轻量化问题，并且，最近为了使得轻量化与铸造缺陷最小化，使用通过以中空状态圆心铸造来制造的方式，但是相比因粉末的中空方式，在轻量化方面竞争力偏低。
当前，就大部分的凸轮轴装置而言，最常用的是，在粉末烧结工艺中使得粉末凸角与中空钢管接合的工艺，并且轴颈通过钎焊来接合的方式，并且使用铸造对比30％以上，中空铸造对比10％以上可实现轻量化的工法，但是就中空粉末烧结组装式的情况而言，也为了引擎的精简及控制可变气门正时(variablevalvetiming)而需要更加轻量化及节省成本。
以这样的要求为基础，为了同时满足轻量化和节省成本，通过铝铸造在铸模中首先插入铁基凸角材料之后，通过金属铸模及压模铸造进行想要制造的研究开发，但是，就铝铸造的情况而言，因为铸造缺陷所致的问题在于，凸轮轴装置可承受的韧性不足，且问题在于，因铝轴和铁基凸角的热膨胀系数差异，为了在铝轴固化时使得铁基凸角固定，即使具有逆向凹凸形状，在结合时也具有收缩缺陷，因此在实际应用中受到限制。
此外，这样组装方式的凸轮轴装置在各个部件组装后，为了使得这些部件不发生空转而固定在正确的位置上，因此需要后续的接合工艺。
此外，就部件中的凸轮凸角的情况而言，问题在于，在考虑到轴颈轴承的大小的情况下，凸轮凸角的一部分的内力厚度非常薄，因此耐久性较弱。
本发明为了解决包括所述问题在内的多种问题，目的在于提供一种凸轮轴装置及凸轮轴装置的制造方法，所述凸轮轴装置以如下完整组装式形成：不仅仅凸轮凸角，甚至轴颈轴承和导轴也全部组装于主轴，且能够以匹配各个部件的特性的材质和方式进行制造，因此，各个不同部件的刚性及耐久性充分得到保证的同时，在整体组装时尽可能地实现轻量化，从而确保优秀特性，能够经济地制造超轻量的产品，并且能够省略组装后另外的接合工艺，因此节省生产费用及生产时间，从而大幅提升生产效益，轴颈轴承作为另外的部件组装于主轴，从而凸轮凸角的内力厚度得到充分保证。但是此课题是示例性的，本发明的范围并非限定于此。
根据用于解决所述课题的本发明的思想的凸轮轴装置可包括：主轴，其沿着长度方向长长地形成；至少一个凸轮凸角，其组装于所述主轴，与所述主轴的旋转轴偏心形成；至少一个轴颈轴承，其组装于所述主轴，以支撑所述主轴旋转；以及至少一个导轴，其组装于所述主轴，设置于所述凸轮凸角和相邻的另一个凸轮凸角之间，以便使得所述凸轮凸角或所述轴颈轴承的组装位置对齐。
此外，根据本发明，所述主轴在内侧形成中空孔，以便能够实现轻量化，在外侧形成有多角面以对应上述凸轮凸角偏心轴的方向。
此外，根据本发明，所述主轴可以是挤压成型物或注塑成型物，其材质是至少选择al-si合金成分、铝成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。
此外，根据本发明，所述凸轮凸角在内侧形成有与所述主轴的所述多角面相对应的多角槽，在外侧可形成有向所述偏心轴方向偏心的凸轮面。
此外，根据本发明，所述凸轮凸角可以是铸造物或粉末烧结成型物，所述铸造物或粉末烧结成型物的材质是至少选择al-si合金成分、铸铁成分、钛成分、高分子成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。
此外，根据本发明，所述轴颈轴承在内侧形成有与所述主轴的所述多角面相对应的多角槽，在外侧可形成有轴承面。
此外，根据本发明，所述轴颈轴承可以是铸造物或粉末烧结成型物，其材质是至少选择al-si合金成分、铸铁成分、轴承材料成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。
此外，根据本发明，所述轴颈轴承可包括：内径部，其材质至少选择al-si合金成分、铝成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分、高分子复合材料成分、镁成分、钛成分、钢成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质；外径部，其设置于所述内径部的外径方向，并且材质至少选择白合金(whitemetal)成分、巴比特合金(babbitmetal)成分、磷青铜成分、铅青铜成分、油膜轴承合金(kelmet)成分、锡青铜成分、al-si合金成分、al-sn合金成分及它们的组合中任意一个以上所形成的轴承专用材料。
此外，根据本发明，所述导轴在内侧形成有与所述主轴的所述多角面相对应的多角槽，在外侧可形成有导面。
此外，根据本发明，所述导轴可以至少在挤压成型物、铸造成型物及注塑成型物中选择任意一个而成，所述挤压成型物、铸造成型物及注塑成型物的材质是至少选择al-si合金成分、镁(mg)成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。
此外，根据本发明，所述导面是多角表面或圆形表面，其截面可以是封闭的封闭型或部分开放的开放型。
此外，根据本发明，所述导轴可包括：多个翼部，其形成所述多角槽；桥(bridge)部，其连接所述翼部与相邻的另一翼部。
另外，根据用于解决所述课题的本发明的思想的凸轮轴装置的制造方法可包括如下步骤：准备沿着长度方向长长地形成的主轴；准备至少一个与所述主轴的旋转轴偏心形成的凸轮凸角；准备至少一个轴颈轴承，所述数轴颈轴承可以支撑所述主轴旋转；准备至少一个导轴，所述导轴能够使得所述凸轮凸角或所述轴颈轴承的组装位置对齐；在所述主轴上按照顺序组装所述凸轮凸角、所述轴颈轴承及所述导轴。
根据如上所形成的本发明的部分实施例，其效果在于，能够以完全组装式形成产品，从而以匹配部件特性的材质和方式进行制造，因此，在充分确保各个不同部件的刚性的同时，在整体组装时能够最大限度地轻量化，从而确保优秀特性，并且经济制造超轻量的产品，并且能够省略组装后的另外的接合工艺，从而能够节省生产费用及生产时间，使得轴颈轴承作为组装于主轴的另外部件，从而能够充分确保凸轮凸角的内力厚度，并因此可实现大批量生产，从而能够提升生产效率及经济性，并能够生产出不存在内部缺陷的优质产品，实现牢固的组装，并大幅提升耐久性。当然，本发明并不限于这些效果。
附图说明
图1是表示根据本发明的部分实施例的凸轮轴装置的部件组装立体图。
图2是表示图1的凸轮轴装置的俯视图。
图3是表示图1的凸轮轴装置的部件分解立体图。
图4是以相互比较的形式表示图1的凸轮轴装置的部件的正面的正面图。
图5是表示根据本发明的部分另一实施例的凸轮轴装置的部件组装立体图。
图6是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置的部件组装立体图。
图7是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置的导轴的立体图。
图8是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置的轴颈轴承的截面图。
图9是表示根据本发明的部分实施例的凸轮轴装置的制造方法的顺序图。
具体实施例
以下，参照附图对本发明的优选的各个实施例进行详细说明。
本发明的实施例是为了向所属技术领域内具有通常知识的人员更加完整地说明本发明而提供的，下述实施例能够变形为各种其他的形态，本发明的范围并非限定于下述实施例。相反地，这些实施例是为了使得本发明更加充实完整，且向从业人员完整地传递本发明的思想而提供的。此外，在附图中，各层的粗细或尺寸为了说明的便利及明确性而夸张示出。
在整体说明书中，当提及膜、区域或基板等一个构成要素“连接于”、“层叠于”或“耦合(coupling)于”另一个构成要素“上”时，可以解释为所述一个构成要素直接“连接于”、“层叠于”或“耦合(coupling)于”另一个构成要素“上”，或者可能存在介于其之间的又另一个构成要素。相反地，当提及一个构成要素“直接”“连接于”、“层叠于”或“耦合(coupling)于”另一个构成要素“上”时，则解释为不存在介于其之间的其他构成要素。相同的标号代表相同的要素。如在本说明书中所使用的一样，术语“和/或”包括该列举的项目中的任意一个及一个以上的全部组合。
在本说明书中，第一、第二等术语的使用是为了对多种构件、部件、区域、层和/或部分进行说明，但不说自明的是，这些构件、部件、区域、层和/或部分不受这些术语限定。这些术语的使用只是为了将一个构件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分进行区分。由此，以下详述的第一构件、部件、区域、层或部分在脱离本发明的框架下也可指代第二构件、部件、区域、层或部分。
此外，就“上的”或“之上的”及“下的”或“之下的”等相对性术语而言，与附图中所示出的一样，为了记述某要素相对于另一个要素的关系而在此得以使用。相对性的术语可理解为不仅限于附图中所展现的方向，而且包括元件的其他方向。例如，如果在附图中元件倒过来(turnedover)，则展现为在另一要素的上部的面上存在的要素具有在所述另一要素的下部的面上具有方向。因此，例如术语“上的”依据附图的特定的方向可全部包括“下的”和“上的”方向。如果元件朝向另一个方向(相对另一方向旋转90度)，本说明书中所使用的相对性的说明据此得以解释。
在本说明书中所使用的术语是为了说明特定实施例而使用的，并非用于限定本发明。如在本说明书中所使用的一样，单数形态如果在上下文中没有明确地指出不同情形，则可包括复数形态。此外，用于本说明书的情况，“包括(comprise)”和/及“包含(comprising)”特定所提及的形状、数字、步骤、操作、部件、要素和/及它们组合的存在，并非排除一个以上的其他形状、数字、操作、部件、要素和/或组合的存在或附加。
以下，本发明的实施例参照简略示出本发明的理想实施例的附图进行说明。在附图中，例如，根据制造技术和/或公差(tolerance)，示出的形状的变形得以预想。由此，本发明思想的实施例不能解释为限制于本说明书所示出的范围的特定形状，例如，应包括制造上所致的形状的变化。
在本发明的实施例中，凸轮轴装置大致特指包括轴、凸角及固定部件。但是，在这样的凸轮轴装置中，轴可被称作凸轮轴，此外，凸角可称作凸轮凸角，或单纯称作凸轮，因此应理解，本发明的范围并非仅仅限定于上述术语。
图1是表示根据本发明的部分实施例的凸轮轴装置100的部件组装立体图，图2是表示图1的凸轮轴装置100的俯视图，图3是表示图1的凸轮轴装置100的部件分解立体图，图4是以相互比较的形式表示图1的凸轮轴装置100的部件的正面的正面图。
首先，如图1至图4所示，根据本发明的部分实施例的凸轮轴装置100大致可包括主轴10、凸轮凸角20、轴颈轴承30及导轴40。
例如，如图1至图4所示，所述主轴10(mainshaft)是圆柱形状的结构体，所述圆柱包括沿长度方向长长地形成的中心，所述主轴10在内侧形成中空孔h以便能够轻量化，在外侧以与所述凸轮凸角20的偏心轴e的方向相对应的形式，可以是多角面f1，即在附图中是形成八角面的八角杆形状。但是，这样的所述多角面f1作为一种主要(key)结构体，防止因所述主轴10的旋转而导致其余所述凸轮凸角20、所述轴颈轴承30及所述导轴40空转，并非限定为八角面，可以使用四角、六角、十二角等多种角数。
例如，这样的角数可根据后述的所述凸轮凸角20的设置角度来决定，图1至图4为四缸引擎，所述四缸引擎根据设置于内燃机的气缸上方的阀轴的个数，每个气缸设置有两个用于吸气的阀轴或用于排气的阀轴，在此情况下，每两个形成一对，需要以每90度等角配置的共八个凸轮凸角20，可考虑这样的所述凸轮凸角20的设置个数或等角配置形态等而决定。
换句话说，所述多角面f1的角数以所述主轴10的旋转中心为基准，考虑到引擎的气缸数和阀门的设置个数而能够等角形成为多个，引擎为三气缸时，为了能够实现120度的相位差而可以是六角面体或九角面体，引擎为四气缸时，为了实现90度的相位差而可以是四角面体或八角面体或者十二角面体。此外，引擎为五气缸时，为了实现72度的相位差而可以是五角面体或十角面体，引擎为六气缸时，为了实现60度的相位差而可以是六角面体或九角面体，引擎为8气缸时，为了实现90度的相位差而可以是四角面体或八角面体或者十二角面体。除此之外，其以上的气缸引擎根据相位差而可实现为多种的多角面。
当然，这样的本发明的凸轮轴装置100并非局限于务必设置于引擎，可全部使用设置有凸角的旋转轴，所述凸角广泛用于多种平台的装置或装备的凸角。
更为具体地，例如，所述主轴10可以是挤压成型物或注塑成型物，所述挤压成型物或注塑成型物的材质是至少选择al-si合金成分、铝成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分、高分子复合材料成分、镁成分、钛成分、钢成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。但是，并非一定局限于此，可以制造为多种形态及种类。
由此，利用这样的所述中空孔h或挤压成型等，所述主轴10能够最大限度的轻量化，从而确保优秀特性，且因为相比未形成孔的结构体，机械地形成孔的结构体强度更优秀，所以能够制造超轻量化的高强度产品。
此外，例如，如图1至图4所示，所述凸轮凸角20(camlobe)组装于所述主轴10，且可以是与所述主轴10的旋转轴p偏心形成的多个凸轮结构体。
这样的所述凸轮凸角20在内侧形成与所述主轴10的所述多角面f1相对应的多角槽h2，以便被所述主轴10贯通并得以组装，并且在外侧形成有凸轮面f2，所述凸轮面f2向所述偏心轴e方向偏心，以便与所述阀轴接触并能够开闭吸气阀门或排气阀门。
更为具体地，例如，所述凸轮凸角20可以是铸造物或粉末烧结成型物，所述铸造物或粉末烧结成型物的材质是至少选择al-si合金成分、铸铁成分、钛成分、高分子成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。但是，并非一定限定于此，可以制造为多种形态及种类。
这样的所述凸轮凸角20并非局限于此，可以使用由球墨铸铁(ductilecastiron)、灰口铸铁(graycastiron)、冷硬铸铁(chilledcastiron)等所形成的铸铁类，或者由碳钢(carbonsteel)、合金钢(alloysteel)、氮化钢(nitridingsteel)等所形成的铸钢类、或者由ti6al4v及钛(titanium)复合材料等所形成的钛合金材质。
此外，所述凸轮凸角20为了使得组织致密，且使得产品的轻量化及生产效率增大，可利用上述的材质挤压成型。但是这样的所述凸轮凸角20并不限定于此，可以通过原位(in-situ)合成等多种方法制造。
由此，所述凸轮凸角20为了通过现有的轴颈轴承而组装，无需具备足够大的内部直径，因此确保后述的所述凸轮凸角20的内力厚度，从而能够使得部件的耐久性和刚性大大提升。
此外，例如，如图1至图4所示，所述轴颈轴承30(journalbearing)组装于所述主轴10，可以是多个块状结构体，所述块状结构体形成为能够旋转支撑所述主轴10。
在此，所述轴颈轴承30在内侧形成有与所述主轴10的所述多角面f1相对应的多角槽h3，以便被所述主轴10贯通而得以组装，在外侧可形成有具有圆形外部面的轴承面f3，以便通过所述气缸体(cylinderblock)(未示出)能够旋转支撑所述主轴10的所述凸轮凸角20与相邻的另一个凸轮凸角20之间部分。在此，所述轴承面f3为了降低摩擦而可以加工处理以使得表面光滑。
更为具体地，例如，所述轴颈轴承30可以是铸造物或粉末烧结成型物，其材质是至少选择al-si合金成分、铸铁成分、轴承材料成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。但是，并非一定限定于此，可以制造为多种形态及种类。
由此，所述轴颈轴承30也形成为组装形，从而能够以与各个部件的特性匹配的材质和方式制造，因此在充分确保各个不同部件的刚性的同时，在整体组装时可最大限度地实现轻量化，从而确保优秀特性，并且能够经济地制造超轻量的产品。
此外，例如，如图1至图4所示，所述导轴40组装于所述主轴10，为了对齐所述凸轮凸角20或所述轴颈轴承30的组装位置，可以是一种间隔物(spacer)块体，其在所述凸轮凸角20与相邻的另一个凸轮凸角之间设置，或者与所述凸轮凸角20接触地设置。
例如，如图1至图4所示，所述导轴40在内侧形成有与所述主轴10的所述多角面f1相对应的多角槽h4，以便被所述主轴10贯通并得以组装，在外侧可形成有具有一定宽度的导面f4，以便使得所述凸轮凸角20或所述轴颈轴承30在正确位置对齐。
由此，利用所述导轴40使得各个部分的位置正确对齐，因此能够省略现有技术组装后实施的焊接或粘贴等另外的接合工艺，从而能够节省生产费用及生产时间。
更为具体地，例如，所述导轴40可以至少选择实现挤压成型物、铸造成型物及注塑成型物中任意一个，其材质是至少选择al-si合金成分、镁(mg)成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质。但是，并非一定局限于此，可以制造为多种形态及种类。
图5是表示根据本发明的部分另一实施例的凸轮轴装置200的部件组装立体图。
如图5所示，根据本发明的部分另一实施例的凸轮轴装置200的导轴40在内侧形成有与所述主轴10的所述多角面f1相对应的多角槽h5，在外侧所述导面f5可以是多角表面，如八角表面，在图5的放大的部分中所示出的截面可以是封闭的封闭形状。
换句话说，所述导轴40的外侧除了图1至图4的圆形的圆周面之外，也形成为图5的八角表面等非常多种的形状，从而部分调节强度，或者尽可能与所述八角的所述多角槽h5的形状一致地相对应，从而利用减量实现所述导轴40的轻量化。
图6是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置300的部件组装立体图。
此外，如图6所示，根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置300的导轴40在内侧形成有与所述主轴10的所述多角面f1相对应的多角槽h6，所述导面f6是多角表面，且在图6的放大部分所示出的截面可以是部分开放的开放型，即c形。
这样的部分开放型的所述导轴40除了留下必需的部分之外，其余全部减去，从而产品能够更加轻量化，所述必需部分是起到使得各个部件在正确位置对齐的间隔物作用的部分。
图7是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置400的导轴40的立体图。
换句话说，作为这样的减量的另一例子，根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置400的导轴40可包括：多个翼部41，其形成所述多角槽h7；桥(bridge)部42，其连接所述翼部41与相邻的另一翼部41。除此之外，所述导轴40除了留下必需的部分之外，其余全部减去，从而产品能够使用更加轻量化的多种形态及种类，所述必需部分是起到使得各个部件在正确位置对齐的间隔物作用的部分。
图8是表示根据本发明的部分又另一实施例的凸轮轴装置的轴颈轴承30的截面图。
如图8所示，所示轴颈轴承30可以由两种材质形成。换句话说，所述轴颈轴承30可包括：内径部31，其材质至少选择al-si合金成分、铝成分、玻璃纤维(glassfiber)成分、高分子成分、高分子复合材料成分、镁成分、钛成分、钢成分及它们的组合中任意一个以上所形成的材质；外径部32，其设置于所述内径部31的外径方向，并且材质至少选择白合金(whitemetal)成分、巴比特合金(babbitmetal)成分、磷青铜成分、铅青铜成分、油膜轴承合金(kelmet)成分、锡青铜成分、al-si合金成分、al-sn合金成分及它们的组合中任意一个以上所形成的轴承专用材料。
由此，利用较为轻量材质的所述内径31使得重量减轻，并同时利用较为硬性材质的所述外径32能够充分确保耐磨性和刚性。
图9是表示根据本发明的部分实施例的凸轮轴装置的制造方法的顺序图。
如图1至图4及图9所示，根据本发明的不跟实施例的凸轮轴装置100的制造方法可包括如下步骤：准备沿着长度方向长长地形成的主轴10s1；准备至少一个与所述主轴10的旋转轴偏心形成的凸轮凸角20s2；准备至少一个轴颈轴承30，所述数轴颈轴承形成为能够旋转支撑所述主轴10s3；准备至少一个导轴40，所述导轴40能够使得所述凸轮凸角20或所述轴颈轴承30的组装位置对齐s4；在所述主轴10上按照顺序组装所述凸轮凸角20、所述轴颈轴承30及所述导轴40s5。
例如，在准备所述主轴10的步骤中，能够准备包括铝成分的圆柱形态的原始坯料，这样的所述原始坯料可以使用2千系列、4千系列、5千系列、6千系列、7千系列的铝材料，除此之外，可以使用镁合金或钛合金。
此外，所述原始坯料为了使得组织致密，可以进行铝挤压成型。当然，除此之外，所述原始坯料可以通过铸造、锻造、挤压、粉末烧结、模铸件(diecasting)等多种方法制造。
本发明虽然参照附图所示出的实施例进行了说明，但是应理解这只是示例性的，在该技术领域内具有通常知识的人员由此可进行多种变形及均等实施例。因此本发明的真正技术保护范围应根据所附的权利要求范围的技术思想来决定。
工业上的利用可能性
根据如上所实现的本发明的部分实施例，能够以完全组装式形成产品，从而以匹配部件特性的材质和方式进行制造，因此，在充分确保各个不同部件的刚性的同时，在整体组装时能够最大限度地轻量化，从而确保优秀特性，并且经济制造超轻量的产品，从而能够节省成本，并且能够省略组装后的另外的接合工艺，从而能够节省生产费用及生产时间，使得轴颈轴承作为组装于主轴的另外部件，从而能够充分确保凸轮凸角的内力厚度，并因此可实现大批量生产，从而能够提升生产效率及经济性，进而节省制造成本。