Сборный вал и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК F16C3/12 B21D39/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сборному валу, состоящему из полого вала и укрепленных на нем приводных элементов, например, кулачков или зубчатых колес, и/или укрепленных на нем подшипниковых втулок.

Изобретение касается также способа для изготовления сборного .вала, в частности, коленчатого вала, передаточного вала или распределительного вала, в случае которого элементы гильз водятся в трубчатое тело и развальцовываются с пластической деформацией, причем трубчатые тела насажены друг на друга (или вставлены друг в друга) и/или причем приводные элементы или подшипниковые втулки наезжены на трубчатые тела и осуществляется разваль- цовыванйе гильз с целью соединения с силовым замыканием элементов гильзsc насаженными друг на друга трубчатыми телами или вставленных друг в друга трубчатых тел между собой или насаженных приводных элементов или подшипниковых втулок с трубчатыми телами.

Целью изобретения является создание вала названного типа с улучшенной конструкцией и уменьшенными габаритами при одновременно хороших характеристиках прочности при кручении и изгибе.

Кроме того, цель изобретения заключается в создании наиболее пригодного для изготовления такого рода валов способа указанного выше типа, в случае которого можно отказаться от использования зондов с многократными уплотнениями обычного типа и с помощью которого можно уменьшить влияние источника ошибок при одновременном достижении рентабельности процесса.

Это достигается тем, что полый вал составлен из отдельных трубчатых элементов, которые своими концевыми областями вставлены в приводные элементы или подшипниковые втулки и вне последних имеют ступенчато изменяющий увеличенный внешний диаметр, который увеличен по сравнению с их внутренним диаметром, трубчатые элементы насаженьгдруг на друга

со

СА)

СП Ю

N

GO

или вставлены друг в друга внутри приводного элемента или подшипниковой втулки, что втулки внутри приводных элементов вставлены в насаженные друг на друга, или вставленные друг в друга трубчатые элементы, а трубчатые элементы соединены с силовым замыканием с приводными элементами или подшипниковыми гильзами.

Такого рода вал отличается высокой прочностью при кручении и изгибе вследствие наличия трубчатых элементов, увеличенных в диаметре по сравнению со сквозными отверстиями приводных элементов. Уступы трубчатых элементов могут прилегать к фронтальным частям приводных элементов и, следовательно, опираться о них, за счет чего достигается благоприятное влияние на прочность при изгибе. Осуществляемое с силовым замыканием соединение обеспечивается в случае тонкостенной конструкции трубчатых элементов с помощью вставленных втулок, которые уменьшены до необходимых участков внутри приводных элементов с целью уменьшения габаритов. Для обеспечения осуществляемого с силовым замыканием соединения втулки могут запрессовываться, вставляться или запрессовываться в горячем состоянии на приводные элементы. Кроме того, втулки могут завальцовываться с помощью механических средств или с помощью гидравлических приспособлений с пластической деформацией, выходящей за пределы их упругости. Для этой цели используются как таковые зоны рабочей жидкости.

Преимущественно способ заключается в том, что в открытые концы втулки герметично вставляются оснащенные сверленным отверстием заглушки и что образованное с помоа1ью втулки и вставленной заглушки полое пространство нагружается через отверстие в заглушке рабочей средой до достижения пластической радиальной деформации втулки.

В соответствии с первой целесообразной формой исполнения перед нэгружени- ем давлением в полое пространство в частности, через отверстия в заглушках - водится покрытие, покрывающее, по меньшей, мере свободную внутреннюю поверхность втулки и внешнюю область торцевой поверхности заглушек.

С помощью описанного таким образом способа во внутреннее пространство втулки вводится слой или имеющая форму пленки масса, которая может проникать с образованием уплотнительного эффекта в существующий между заглушкой и втулкой уплотнительный зазор с целью обеспечения надежного уплотнения. Названное покрытие представляет собой при этом лишь однократно использующийся материал, который в случае необходимости может частично оставаться во втулке также после

ее развальцовывания. В отличие от случаев использования многократно применяющихся уплотнительных колец на корпусе зонда, в случае которого введение в уплотнительный зазор ведет к повреждениям, введение.

0 использующегося в данном случае покрытия не только не оказывает вредного влияния на способ, но и способствует повышению уплотнительного эффекта. Для ввода покрытия существуют раз5 личные возможности, например, после введения заглушек во втулки внутреннее покрытие может быть нанесено посредством распыления через сопло, введенное сквозь одно из отверстий в заглушках. В

0 соответствии со следующей возможностью вставленные друг в друга втулки и заглушки заливают вязкотекучей жидкостью, которая прилипает к стенкам. При этом устройство может предпочтительно поворачиваться

5 вокруг всех осей. Третья возможность нанесения покрытия заключается в том, что вводимая через отверстия в заглушках труба, выполненная из хорошо подвергающегося пластической деформации материала, вво0 дится через заглушки и нагружается внутренним давлением, в результате чего обеспечивается его. прилегание к стенкам втулки.

В качестве материала для нанесения по5 крытия могут использоваться пригодные, имеющие низкую температуру плавления металлы или прочие отвердевающие органические материалы,

В соответствии со второй целесообраз0 ной формой исполнения кольцевые зазоры между втулкой и заглушкой в полом пространстве могут уплотняться с помощью легко деформируемых уплотнений, выполненных, в частности, из пластмассы или

5 мягкого материала, которые одновременно устанавливаются уже при введении заглушек и которые под воздействием внутреннего давления прилегают ко внутренним кольцевым зазорам в полом пространстве и

0 прижимаются к ним таким образом, что достигается абсолютная герметичность системы.

Усовершенствование описанного выше процесса может заключаться.в том, что за5 глушки вставлены во втулки с прессовой посадкой, причем при необходимости можно полностью отказаться от использования уплотнений. Это происходит, в частности, в том случае, если прессовая посадка, которая может быть реализована, например.

также посредством насаживания в горячем состоянии, сохраняется в течение всего процесса радиальной деформации втулки. После этого заглушки оставались бы в изготовленной трубе,

В соответствии со следующей целесообразной формой исполнения заглушки могут вставляться во втулки с.прессовой посадкой, реализованной, однако, таким образом, что она устраняется при радиальной деформации втулки, в результате чего заглушки могут быть впоследствии удалены. Этот способ предполагает использование названных выше дополнительных средств для уплотнения полого пространства.

Следующая благоприятная форма исполнения способа заключается в том, что в качестве рабочей жидкости используется высоковязкая среда, например, воск, который самостоятельно оседает на кольцевом зазоре в полом пространстве между заглушкой и втулкой с созданием уплотняющего эффекта и обеспечивает возможность приложения давления без использования специальных уплотнительных элементов. Повышение давления с помощью воды или другого средства с малой вязкостью может осуществляться в этом случае в области отверстий заглушек - или при использовании многорядной конструкции - в области отверстия наружной заглушки.

Использующиеся заглушки, через отверстия которых осуществляется подвод рабочей жидкости, должны соединяться предпочтительно с агрегатом для выработки давления и также и это соединение подлежит уплотнению, в данном случае отказ уплотнения не является, однако, опасным. В случае повторно использующихся заглушек названное соединение между заглушкой и агрегатом для выработки давления может представлять собой, например, абсолютно надежное обычное соединение высокого давления.

Если в соответствии с соответствующим изобретению способом осуществляется развальцовывание лишь одной единственной втулки, то в этом случае понятно, что при горизонтальном расположении отверстий в заглушках одно отверстие может служить для ввода рабочей среды, а другое - для деаэрации. В частности, при вертикальном расположении заглушек с их отверсти- ями одна из заглушек может быть выполнена, однако, также в качестве глухой заглушки без отверстия.

Поскольку, как правило, на одном валу должны быть деформированы несколько одинаковых втулок, особенно предпочтительным является случаи, когда одна сквозная заглушка с одним сквозным отверстием вставляет в концы двух соседних втулок. С целью облегчения ограниченного ввода заглушек во втулки на них в случае бла- гоприятного исполнения могут быть предусмотрены кольцевые уступы или прочие упоры.

Особо благоприятная конструкция для осуществления соответствующего и.чобре0 тению способа состоит применительно к заранее смонтированным узлам из по меньшей мере одной втулки и двух заглушек, которые оснащаются внутренним покрытием до того, как они будут введены в

5 трубчатое тело или трубчатые элементы, подлежащие соединению друг с другом и/или фиксации на их элементах. Если при этом заглушки оснащены упомянутыми выше упорами, то в этом случае перед внутрен0 ним нагружением давлением необходима одна лишь фиксация внешних заглушек с целью гарантированной осевой защиты общей конструкции при последующем внут- реннем нагружении втулок давлением.

5 Предварительно смонтированный узел из втулки и заглушек выполняется предпочтительно таким образом, что заглушки введены в концы втулок уже с прессовой посадкой.

0 Эта мера облегчает общий монтаж, а также необходимое уплотнение с помощью внутреннего покрытия. При рэзвальцовыва- нии втулок происходит устранение прессовой посадки и обеспечивается возможность

5 несложного осевого выдавливания заглушек. Общая конструкция из вставленных друг в друга трубы и смонтированных с заглушками втулок вкладывается в своего рода штамп для объемной штамповки, с

0 помощью которого обеспечивается фиксация углового положения элементов или трубчатых элементов и одновременно компенсируется противодавление заглушки, которая расположена односторонне сво5 бодной в осевом направлении.

В соответствии с особо несложным принципом действия давление может вырабатываться внутри самого устройства, в то время как расположенные снаружи за0 глушки уплотняются и смещаются в осевом направлении или в сквозные отверстия заглушек, расположенных снаружи в осевом направлении, запрессовываются небольшие поршни, причем в данном случае дей5 ствует та предпосылка, что внутреннее пространство гильз и сквозного отверстия предварительно заполнено рабочей жидкостью, предпочтительно водой.

На фиг. 1 показано устройство для изготовления собранного коленчатого вала; на

фиг. 2 - устройство для изготовления собранного расрпеделительного вала в одной форме исполнения; на фиг. 3 - устройство для изготовления собранного распределительного вала во второй форме исполнения; на фиг. 4 - устройство для изготовления собранного распределительного вала в третьей форме исполнения; на фиг, 5 - зонд для рабочей жидкости при изготовлении распределительного вала; на фиг. 6 - распределительный вал.

На фиг. 1 представлен участок коленчатого вала, охватывающий две щеки 1, 2 коленчатого вала, из которых последняя содержит противовес. На щеки коленчатого вала насажены выполненные в качестве трубчатых элементов цапфовые насадки 3- 6, которые соответствующими насадками 7,8 соседних щек плотно вставлены друг в друга с целью образования базовой цапфы 9, 10 или шатунной шейки ,11, Во вставленные друг в друга части 7, 3, 6, 9 базовой цапфы 9, 10 вставлены первые симметричные втулки 12. 13, а во вставленные друг в друга части 4, Ь шатунной шейки 11-- следующая несимметричная втулка.

В обращенных друг к другу втулки 12,13 и через отверстия 14, 15 в щеках 1, 2 коленчатого вала вставлена заглушка 16 с малым сквозным отверстием 17. Общая внутренняя поверхность втулок 12, 13, а также свободные поверхности заглушки 16, включая внутреннее отверстие 17. оснащены покрытием 18, которое, в частности, обеспечивает уплотнение кольцевого зазора между заглушкой и втулками.

В оба отверстия втулки 19 вставлены с припасовкой две заглушки 20, 21, проходящие через отверстия 22, 23 щек коленчатого вала. Также и в этом случае изображено покрытие 24. покрывающее внутреннюю поверхность гильзы 19 и торцовые поверхности заглушек 20,21;, включая их то или иное внутреннее отверстие 24, 5. . Как видно на примере изображенной заглушки 17, те заглушки, которые входят в соседние втулки, находятся в состоянии равновесия сил также при нзгружении давлением и не нуждаются в специальной защите. Последняя необходима только применительно к неизображенным заглушкам в концевом положении. После окончательной обработки вала заглушки могут быть без труда извлечены, так как втулки 12, 13, 19, 26, 27 претерпели пластическое расширение в диаметре.

На фиг. 2 изображен участок распределительного вала, который состоит из отдельных, оснащенных уступами трубчатых элементов 28, 29, 30 на концах которых насажены кулачки 31, 32 в качестве фиксирующих элементов, причем в соответствующие области труб вставлены чисто цилиндрические втулки 33, 34.

В концы этих гильз вставлены заглушки

35, 36, 37 со сквозными отверстиями 38, 39, 40, причем средняя заглушка входит своими концами в обе соседние втулки 33, 34. Свободно расположенная область втулки, а так0 же торцовые поверхности заглушек 35, 36, 37 и их внутренние отверстия 38, 39. 40 оснащены покрытием 41. Узел, состоящий из втулок и заглушек, включая покрытие, может вставляться в предварительно со5 бранном состоянии в участки 28, 29,30 труб с зафиксированными на них приводными элементами 31. 32 и после внутреннего на- гружения давления и упругого расширения втулки 33, 34 оставаться там или удаляться

0 из готового вала.

На фиг. 3 изображена та же конструкция. Вместо покрытия перед заглушками ус- тановлены легко деформируемые уплотнительные кольца 42, 43, 44, 45.

5 На фиг. 4 изображена, та же конструкция, что и «а фиг.З, однако без использования уплотнительных колец, причем в данном случае нёобхрдима прессовая посадка, не разрушающаяся также при ради0 альном развальцовывании втулок 33. 34 или должно быть предусмотрено использование высоковязкой жидкости, которая закрывает зазор между заглушками 35,36, 37 и втулками 33, 34.

5 На фиг, 5 изображен зонд 46 для рабочей жидкости, вставленный в распределительный вал, собранный из кулачков 31, 32 и трубчатых элементов 28. 29, 30, а также втулки 33, 34 и содержащий внутреннее от0 верстие 47, радиальные отверстия 48, 49 и попарно расположенные, симметрично последним уплотнения 50, 51, 52, 53. При на- гружении давлением втулки претерпевают радиальную деформацию, выходящую за

5 пределы упругости, и обеспечивае осуществляемый с силовым замыканием зажим трубчатых элементов 28, 29, 30 в области кулачков.

На левой половине рисунка концевые

0 элементы 54, 55 трубчатых элементов 28, 29 вставлены друг в друга, в то время как на правой половине рисунка концевые элементы 56.57-трубчатых элементов имеют одинаковый диаметр и стыкуются друг с другом на

5 половине длины кулачка 32.

На фиг. 6 изображен кулачковый вал, который может изготавливаться по одному из описанных ранее способов или иным путем, например/посредством насаживания в горячем состоянии или запрессовывания,

иди же с помощью соединения с использованием сварки или пайки.

Формула изобретения

1.Сборный вал, состоящий из полого вала и укрепленных на нем приводных эле- ментиов, преимущественно кулачков, зубчатых колес и/или подшипниковых гильз, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и срока службы, полый вал выполнен из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, концевые участки которых расположены внутри приводных элементов или подшипниковых гильз и выполнены с наружным диаметром меньше диаметра трубчатых элементов, расположенных между приводными элементами или подшипниковыми гильзами, а вал снабжен втулками, установленными внутри концевых участков с радиальным силовым замыканием с ними, при этом концевые участки соседних трубчатых элементов выполнены с равными диаметрами или разными диаметрами и вставлены один в другой.

2.Способ изготовления сборного вала, преимущественно коленчатого вала передаточного вала или кулачкового вала, при котором на полый вал надевают приводные элементы, в частности кулачки, зубчатые колеса и/или гильзы подшипников, и закреп- ляют их путем раздачи полого вала посредством создания в его полости внутреннего давления рабочей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и сока службы полый вал выполняют из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, устанавливая концевые части меньшего диаметра внутри приводных элементов и/или гильз один в другом на 5 втулках, размещенных внутри полого вала, при этом полости втулок заглушают с двух сторон пробками и подают в них рабочую среду.

3.Способ по п. 2, отличающийся 0 тем, что перед подачей давления в полость

вводят защитное покрытие.

4.Способ по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что вкачестве рабочей среды используют высоковязкую среду, например воск.

5 5. Способ по п. 3, от личающийся тем, что покрытие наносят путем ввода жидкой отвердевающей массы.

6.Способ поп. 3, отличающийся тем, что покрытие наносят путем ввода в

0 полость гильзы трубки из пластически легкого деформируемого материала.

7.Способ по п. 3, о т л и ч а ю щ и и тем, что покрытие наносят набрызгованием из сопла,

5 8. Способ по п. 2, о т ли чающийся тем, что раздачу гильз осуществляют в два этапа, причем на первом этапе подают рабочую среду в полости втулок при меньшем давлении, а на втором .давление повышают.

0 9. Способ по п. 3, отличающийся тем, что покрытие состоит из термопластичного материала.

10. Способ по п. 3, отличающийся тем, что покрытие состоит из олова или дру5 того легкоплавкого металла.

20 24

n

J 12

1831597

ti 25

Использование: автомобилестроение. Сущность изобретения: полый вал вы полней .из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, концевые участки которых расположены внутри приводных элементов. Внутри вала на концевых участках трубчатых элементов установлена втулка. Полости втулок заглушают с двух сторон пробками и подают в них рабочую среду под давлением для раздачи втулок. Перед подачей рабочей среды на поверхность втулки наносят защитное покрытие. 2 с и 8 з.п. ф-лы, б ил.

Фиг I

Ф(/г.Ј

гг

ГЭД

г

У///////// ////////////////////А

W

/

V.A.vxS

// /У

У// mW/W/y//////&/&/////S$wt

ЈЭД

/г

fr

/Г

9Ј

К 1

V.A.

&//

52

L6SIWI

Ш V

51 47 w

V///////////////7/Z i

31 JJ

to

31

57

30

W////wmft.u

7//////Л v3J

J4

sSS SSSSSS sS

фиг. 5

Фиг.6