Сборный вал и способ его изготовления

/12; В 21 О 39/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТУ К П ионст З,кл,8210 ОБ ЕГО ИЗГО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Эмитек Гезельшафт фюр Эмнологи мБХ (ОЕ)(54) СБОРНЫЙ ВАЛ И СПОСТОВЛЕНИЯ 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 наса- жены друг на друга (или вставлены друг в друга) и/или причем приводные элементы или подшипниковые втулки насажены на трубчатые тела и осуществляется развальцовывание гильз с целью соединения с силовым замыканием элементов гильзс 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;(57) Использование: автомобилестроение, Сущность изобретения: полый вал выполнен.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. Целью изобретения является созданиеала названного типа с улучшенной конструкцией и уменьшенными габаритами при одновременно хороших характеристиках прочности при кручении и изгибе,Кроме того, цель изобретения заключа- а ется в создании наиболее пригодного для 00 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 умень- . О шить влияние источника ошибок при одно временном 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 насажены друг на другаили вставлены друг в друга внутри приводного элемента или падшипниковой втулки,чта втулки внутри приводных элементоввставлены в насаженные друг на друга, иливставленные друг в друга трубчатые элементы, а трубчатые элементы соединены с силовым замыканием с приводными элементамиили подшипниковыми гильзами,Такого рода вап отличается высокойпрочностью при кручении и изгибе вследст Овие наличия трубчатых элементов, увеличенных в диаметре по сравнению сосквозными отверстиями приводных элементов, Уступы трубчатых элементов могут прилегать к фронтальным частям приводных 15элементов и, следовательно, опираться оних, за счет чего достигается благоприятноевлияние на прочность при изгибе. Осуществляемое с силовым замыканием соединениеобеспечивается в случае тонкостенной конструкции трубчатых элементов с помощьювставленных втулок, которые уменьшены донеобходимых участков внутри приводныхэлементов с целью уменьшения габаритов.Для обеспечения осуществляемого с силавым замыканием соединения втулки могут эапрессовываться, вставляться ипиэапрессавываться в горячем состоянии наприводные элементы, Кроме того, втулкимогут завальцавываться с памощьа механи Оческих средств ипи с помощью гидравлических приспособлений с пластическойдеФормацией, выходящей за пределы их упругости. Для этой цели используются кактаковые зоны рабочей жидкости, 35Преимущественна способ заключаетсяв там, чта в открытые концы втулки герметична вставляются оснащенные сверленным отверстием заглушки и чтаобразованное с помощью втулки и встав "Оленной заглушки полое пространства нагружается через отверстие в заглушке рабочейсредой до достижения пластической радиальной деформации втулки.Б соответствии с первой целесоабразнай формой исполнения перед нагружением давлением в полое пространства вчастности, через отверстия в заглушках -водится покрытие, покрывающее, па меньшей, мере свободную внутреннюю поверхность втулки и внешнюю область торцевойповерхности заглушек.С помощью описанного таким образомспособа во внутреннее пространство втулкивводится слой или имеющая форму пленки 55масса, которая может проникать с образованием уплотнительнаго эффекта в существующий между заглушкой и втулкойуппотнительный зазор с целью обеспечения надежного уплотнения, Названное пакрытие представляет собой при этом лищь однократно использующийся материал, каторый 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. использующегося в данном случае покрытия не только не оказывает вредного влияния на способ, но и способствует повышению уплатнительнаго эффекта.Для ввода покрытия существуют различные возможности, например, после введения заглушек во втулки внутреннее покрытие может быть нанесено посредством распыления через сопла, введенное сквозь одно из отверстий в заглушках. В соответствии со следующей возможностью вставленные друг в друга втулки и заглушки заливают вязкотекучей жидкостью, которая прилипает к стенкам. При этом устройство может предпочтительно поворачиваться вокруг всех осей, Третья возможность нанесения покрытия заключается в том, что вводимая через отверстия в заглушках труба, выполненная из хорошо подвергающегося пластической деформации материала, вводится через заглушки и нагружается внутренним давлением, в результате чего обеспечивается его прилегание к стенкам втулки,В качестве материала для нанесения покрытия. могут использоваться пригодные, имеющие низкую температуру плавления металлы или прочие атвердевающие органические материалы.В соответствии со второй целесообразной формой исполнения кольцевые зазоры между втулкой и заглушкой в полом пространстве могут уплотняться с помощью легко дефармируемых уплотнений, выполненных, в частности, из пластмассы или мягкого материала, которые одновременно устанавливаются уже при введении заглушек и которые под воздействиел 1 внутреннего давления прилегают ко внутренним кольцевым зазорам в полом пространстве и прижимаются к ним таким образом, что достигается абсолютная герметичность системы,Усовершенствование описан ного выше процесса может заключаться.в -,ом, что заглушки вставлены ва втулки с прессовай посадкой, причем при необходимости можно полностью отказаться ат использования уплотнений, Эта происходит, вчастности, в там случае, если прессавая посадка, кото.рая может быть реализована, например, 18315975 10 15 20 25 30 40 4550 55 также посредством асаживания в горячем состоянии, сохраняется в те ение 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 воэможность 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 отверстиями одна из заглушек может быть выполнена, однако, также в качестве глухой заглушки беэ отверстия..Поскольку, как правило, на одном валу должны быть деформированы несколько одинаковых втулок, особенно предпочтительным является случай, когда одна сквоэная заглушка с одним сквозным ггверстием вставляет в концы двух соседних втулок,С целыю облегчения ограниченного ввода заглушек во втулки на них в случае благоприятного исполнения могут быть предусмотрены кольцевые уступы или прочие упоры,Особо благоприятная конструкция для осуществления соответствующего изобретению способа состоит применительт о к заранее смонтированным узлам из пойменьшей мере одной втулки и двух заглушек, которые оснащаются внутренним покрытием до того, как они будут введены в 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 внутренним нагружением давлением необходима одна лишь фиксация внешних заглушек с целью гарантированной осевой защиты общей конструкции при последующем внутреннем нагружении втулок давлением.Предварительно смонтированный узел из втулки и заглушек выполняется предпочтительно таким образом, что заглушки введены в концы втулок уже с прессовой посадкой,Эта мера облегчает общий монтаж, а также необходимое уплотнение с помощьювнутреннего покрытия. При развальцовывании втулок происходит устранение прессовой посадки и обеспечивается возмокность несложного осевого выдавливания эаглушек. Общая конструкция из вставленных друг в друга трубы и смонтированных с заглушками втулок вкладывается в своего рода штамп для обьемной штамповки, с помощью которого обеспечивается фиксация углового положения элементов или трубчатых элементов и одновременно компенсируется противодавление заглушки, которая расположена односторонне свободной в осевом направлении,В соответствии с особо несложным принципом действия давление может вырабатываться внутри самою устройства, в то время как расположенные снаружи заглушки уплотняются и смещаются в осевом направлении или в сквозные отверстия заглушек, расположенных снаружи в осевом направлении, запрессовываются небольшие поршни, причем в данном случае действует 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; на10 15 20 25 30 35 40 50 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 45 заглушки 17, те заглушки, которые входят в соседние втулки, находятся в состоянии равновесия сил также при нагружении 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, которыи 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 также 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 собранном состоянии в участки 28, 29, 30 труб с зафиксированными на них приводными элементами 31, 32 и после внутреннего нагружения давления и упругого расширения втулки 33, 34 оставаться там или удаляться из готового вала.На фиг, 3 изображена та же конструкция, Вместо покрытия перед заглушками установлены легко деформ ируемые уплотнительные кольца 42, 43, 44, 45.На фиг, 4 изображена, та же конструкция, что и на фиг.З, однако без использования уплотнительных колец, причем в данном случае необходима прессовая посадка, не разрушающаяся также при радиальном развальцовывании втулок 33, 34 или должно быть предусмотрено использование высоковязкой жидкости, которая закрывает зазор между заглушками 35, 36, 37 и втулками 33, 34.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 ЗЗ, 34 и содержащий внутреннее отверстие 47, радиальные отверстия 48. 49 и попарно расположенные, симметрично последним уплотнения 50, 51, 52, 53, При нагружении давлением втулки претерпеваютФФрадиальную деформацию. выходящую за пределы упругости. и обеспечиваеъ осуществляемый с силовым замыканием зажим трубчатых элементов 28, 29, 30 в области кулачков,На левой половине рисунка концевые 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 половине длины кулачка 32,На фиг. 6 изображен кулачковый вал, который может изготавливаться по одному из описанных ранее способов или иным путем, например, посредсгвом насаживания в горячем состоянии или эапрессовывания, 1831597 10или же с помощью соединения с использованием сварки или пайки.Формула изобретения1. Сборный вал; состоящий из пологовала и укрепленных на нем приводных элементиов, преимущественно кулачков, зубчатых колес и(или подшипниковых гильз,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения прочности и срока службы, полый вал выполнен из отдельных трубчатых 10элементов ступенчатой формы, концевыеучастки которых расположены внутри приводных элементов или подшипниковыхгильз и выполнены с наружным диаметромменьше. диаметра трубчатых элементов, 15расположенных между приводными элементами или подшипниковыми гильзами, авал снабжен втулками, установленнымивнутри концевыхучастков с радиальнымсиловым замыканием с ними, при этом концевые участки соседник трубчатых элементов выполнены с равными диаметрами илиразными диаметрами и вставлены один вдругой,2, Способ изготовления сборного вала, 25преимущественно коленчатого вала передаточного вала или кулачкового вала, при котором на полый вал надевают приводныеэлементы, в частности кулачки, зубчатые колеса и/или гильзы подшипников, и закрепляют их путем раздачи полого валапосредством создания в его полости внутреннего давления рабочей среды, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения.прочности и сока службы полый вал выпал няют из отдельных трубчатых элементовступенчатой формы, устанавливая концевыечасти меньшего диаметра внутри приводных элементов и/или гильз один в другом навтулках, размещенных внутри полого вала,при этом полости втулок заглушают с двухсторон пробками и подают в них рабочуюсреду.3. Способ по и. 2, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что перед подачей давления в полостьвводят защитное покрытие.4, Способ по и. 2, о. т л и ч а ю щ и й с ятем, что вкачестве рабочей среды используют высоковязкую среду, например воск.5. Способ по п,З, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что покрытие наносят путем ввода жидкой отвердевающей массы,б, Способ по п. 3, отл и ч а ю щи йс ятем, что покрытие наносят путем ввода вполость гильзы трубки из пластически легкого деформируемого материала,7. Способ по и. 3, о т л и ч а ю щи й с ятем, что покрытие наносят набрызгованиемиз сопла,8, Способ поп,2,отличающийсятем, что раздачу гильз осуществляют в дваэтапа, причем на первом этапе подают рабочую среду в полости втулок при меньшемдавлении, а на втором, давление повышают.9. Способ по и. 3, о т л и ч а ю щи й с ятем, что покрытие состоит из термопластичного материала,10. Способ поп.З, отл и ч а ю щи й с ятем, что покрытие состоит из олова или другого легкоплавкого металла, 18315971г, у Д1831597 Составитель А. Сушкинедактор С. Кулакова Техред М.Моргентал К ор М. Ткач Заказ 2546 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственноо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва;Ж, Раушская наб 4/5 оизводственн здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина