專利名稱：用于矯直偏心軸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于矯直用于內(nèi)燃機(jī)中那種類型的偏心軸，諸如凸輪軸或曲柄 軸，尤其是先前通過深度圓角軋制硬化的軸的方法。
背景技術(shù)：
偏心軸用于各種用途。最通常的用途之一是用在內(nèi)燃機(jī)中。在活塞驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃 機(jī)中，根據(jù)采用的燃燒循環(huán)通過使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、壓縮空氣或燃油和空氣的可燃混 合物以隨后點(diǎn)燃而在多個(gè)汽缸中產(chǎn)生動(dòng)力。各活塞跟隨往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸線路徑，并在 與它們的燃燒面相反的一側(cè)連接到連接桿。連接桿又連接到偏心軸，即曲柄軸。曲 柄軸用于將活塞的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的壓力通過該旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。另一種偏心軸，即凸輪軸通常用在內(nèi)燃機(jī)中以 控制汽缸中的吸氣閥和排氣閥的定時(shí)。
要求偏心軸來承受高扭矩負(fù)載以及數(shù)百萬的負(fù)載循環(huán)。為了該原因，偏心軸通 常由堅(jiān)固且易延展的材料制成，諸如鋼，并通常通過冷作硬化或熱處理硬化以增加 強(qiáng)度，或者通過對(duì)偏心軸感應(yīng)硬化以改變高負(fù)載集中區(qū)域上金屬的晶體結(jié)構(gòu)來增加 強(qiáng)度。偏心軸的矯直對(duì)其運(yùn)行是至關(guān)重要的，部分因?yàn)樗仨氀b到發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中， 部分因?yàn)槿鄙僦本€度會(huì)引起劇烈振動(dòng)。直線度還賦予偏心軸以良好的旋轉(zhuǎn)平衡并降 低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
對(duì)某些內(nèi)燃機(jī)可接收的硬化工藝是通過軋制曲柄銷邊緣上的圓角和主軸頸部 分對(duì)曲柄軸軋制硬化或冷作硬化。但是，在高輸出發(fā)動(dòng)機(jī)中，尤其是柴油機(jī)中，軋 制硬化可能不會(huì)產(chǎn)生足夠的曲柄軸強(qiáng)度。
感應(yīng)硬化是廣泛用于鋼偏心軸的表面硬化的工藝。例如，通過交變磁場(chǎng)將曲柄 軸加熱到鋼的變形范圍內(nèi)或以上的溫度，接著立即硬化。曲柄軸的芯的不受該處理 的影響，且其物理性質(zhì)是它最初形成的材料的性質(zhì)，但外殼部分的硬度由于硬化殘 留在材料中的壓縮應(yīng)力而顯著增加。
偏心軸時(shí)?？僧a(chǎn)生額外的跳動(dòng)，或軸向不對(duì)齊，部分是由于機(jī)加工和感應(yīng)硬化 操作的殘余應(yīng)力。在這種情況下，跳動(dòng)會(huì)導(dǎo)致一部分不符合偏心軸技術(shù)規(guī)范，潛在 地導(dǎo)致相對(duì)昂貴部件的報(bào)廢。這在大批量生產(chǎn)過程中是尤其重要的，因?yàn)閳?bào)廢材料 會(huì)增加循環(huán)時(shí)間和返工成本，以及報(bào)廢率。
矯直感應(yīng)硬化的偏心軸的常規(guī)方法是使用壓力矯直機(jī)以在一單個(gè)平面上賦予 偏心軸負(fù)載而將它們矯直。但是，產(chǎn)生的偏心軸的偏移可將硬化外殼部分的一部分 從壓縮應(yīng)力狀態(tài)推出到進(jìn)入拉伸應(yīng)力狀態(tài)，因此局部降低了軸的強(qiáng)度。
因而，需要矯直偏心軸，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄軸和凸輪軸，且尤其是感應(yīng)硬化的曲 柄軸和凸輪軸，而又不減損它們的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種使用深圓角軋制工藝矯直偏心軸，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)偏心軸或凸輪軸 的方法，其中負(fù)載僅在預(yù)選位置和特定旋轉(zhuǎn)相位角期間施加到內(nèi)圓角或外圓角上，
使一個(gè)或多個(gè)特征(諸如曲柄銷)相對(duì)于相鄰特征(諸如平衡塊)重新定位，由此 使偏心軸圍繞其主要旋轉(zhuǎn)軸線矯直。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法在用于矯直感應(yīng)硬化軸時(shí)尤 其有利。
可通過根據(jù)本發(fā)明的矯直曲柄軸的方法說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。該方法可通 過將先前感應(yīng)硬化的曲柄軸的銷或軸頸與輥?zhàn)优浜蟻韺?shí)施，至少一組輥?zhàn)右韵鄬?duì)于 軸軸線一定角度設(shè)置在曲柄銷或主軸頸與相鄰平衡塊之間設(shè)置的圓角內(nèi)，并通過輥 子對(duì)曲柄軸的曲柄銷或主軸頸施加壓縮性軋制力。通過輥?zhàn)邮┘拥膲嚎s性軋制力的 量根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)相位角變化，即軋制力的量有利地在曲柄軸旋轉(zhuǎn)的某些所選點(diǎn)時(shí)增 加，而軸負(fù)載在旋轉(zhuǎn)的其它部分是正常水平，以使曲柄銷或主軸頸對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的所 選點(diǎn)的圓周部分塑性變形。這些輥?zhàn)犹峁┰谳S向稍微拉伸曲柄銷或主軸頸的這些部 分的軸向力分量，同時(shí)其它部分，包括與拉伸部分直徑相對(duì)的部分則經(jīng)受小得多的 力并保持相對(duì)不受影響或僅稍微受到影響。高負(fù)載部分和其它部分上影響之間的不 平衡導(dǎo)致曲柄銷或軸頸和相鄰平衡塊之間角度的輕微變化，由此拉直曲柄軸。
在該方法的另一實(shí)施例中，壓縮軋制力可用輥?zhàn)邮┘拥酵馆嗇S的軸頸的每側(cè)上 軸頸和主軸之間的圓角內(nèi)，同樣提供軸向力分量。通過輥?zhàn)邮┘拥膲嚎s軋制力的量 根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)相位角變化，即軋制力的量有利地在對(duì)應(yīng)于跳動(dòng)最大的凸輪軸的徑向
平面的凸輪軸旋轉(zhuǎn)的某些所選點(diǎn)時(shí)增加，且軸在其它時(shí)間可卸載或稍微加載，以引 起凸輪軸軸頸的塑性變形，該變形稍微壓縮對(duì)應(yīng)于該徑向平面的軸頸的部分，同時(shí) 包括與壓縮部分徑向相對(duì)部分的其它部分保持相對(duì)不受影響或僅稍微受到影響。壓 縮部分和其它部分的塑性變形之間的不平衡導(dǎo)致最大跳動(dòng)的徑向平面內(nèi)軸頸的軸
向面之間角度的變化，并導(dǎo)致凸輪軸在該平面上拉直。


圖1是可根據(jù)本發(fā)明矯直的曲柄軸的徑向視圖。
圖2是圖1的曲柄軸的區(qū)域2的放大細(xì)節(jié)，示出了曲柄銷和平衡塊之間形成的
圓角或溝槽。
圖3A是圖l的一部分曲柄軸配合在用于實(shí)施本發(fā)明的圓角軋制裝置的輥?zhàn)又?的示意圖。
圖3B是圖3A的曲柄軸部分的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選擇性地施 加軋制力。
圖3C是圖3A的曲軸部分的橫截面的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選擇 性地施加軋制力。
圖4A是圖1的一部分曲柄軸配合在可用于實(shí)踐本發(fā)明的圓角軋制裝置的輥?zhàn)?中的示意圖。
圖4B是圖4A的曲柄軸部分的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選擇性地施 加軋制力。
圖4C是圖4A的曲柄軸的截面的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選擇性地 施加軋制力。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖表示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐的曲柄軸角旋轉(zhuǎn)的壓縮力的量的圖表。 圖7A是在實(shí)踐本發(fā)明之前曲柄軸的中心線弓形偏離校準(zhǔn)的視圖。 圖7B是在實(shí)踐本發(fā)明之前曲柄軸的中心線S形偏離校準(zhǔn)的視圖。 圖8是可根據(jù)本發(fā)明矯直的凸輪軸的徑向視圖。
圖9是圖8的凸輪軸的區(qū)域6的放大視圖，示出了軸頸和主軸之間形成的圓角。 圖IOA是圖8的一部分凸輪軸配合在可用于實(shí)踐本發(fā)明的圓角軋制裝置的輥?zhàn)又小?br> 圖10B是圖10A的凸輪軸部分的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選擇性地 施加軋制力。
圖IOC是圖IOA的凸輪軸部分的截面的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐選 擇性地施加軋制力。
具體實(shí)施例方式
以下描述使用選擇性編程的深軋制機(jī)器來矯直用于內(nèi)燃機(jī)的硬化的偏心軸，諸 如曲柄軸或凸輪軸的方法。本發(fā)明提供用于矯直已被硬化，較佳地是感應(yīng)硬化的偏 心軸而不會(huì)損失其壓縮應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度的方法。感應(yīng)硬化軸具有軸的材料是具有馬 氏體結(jié)構(gòu)的鋼的一些區(qū)域。馬氏體是硬化鋼的主要成份的堅(jiān)固要素。
圖1中示出了典型的曲柄軸。該曲柄軸構(gòu)造成用于V-8內(nèi)燃機(jī)，較佳地是柴油 機(jī)，但不僅在用于與所示曲柄軸類似的曲柄軸時(shí)，而且在用于任何偏心軸，諸如用 于任何內(nèi)燃機(jī)或機(jī)器的曲柄軸或凸輪軸時(shí)也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。曲柄軸100通常 在一端包括圓柱形前密封表面105以配合設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的前側(cè)上的常規(guī)前密封件 (未示出)。另一方面，后密封表面109類似地提供設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)后側(cè)上的常規(guī)后 曲柄軸密封件(未示出)的配合。在其兩端之間，曲柄軸100具有五個(gè)主軸頸103， 五個(gè)主軸頸以常規(guī)方式與曲柄軸箱(未示出)中的主要軸承(未示出)配合來支承 曲柄軸100，曲柄軸100還具有四個(gè)曲柄臂或曲柄銷101，常規(guī)連接桿(未示出) 連接到其上以從活塞向曲柄軸100輸出動(dòng)力。設(shè)置在曲柄銷101和主軸頸103之間 并將其分開的是平衡塊119，這些平衡塊形成主軸頸103和曲柄銷101之間的壁。 曲柄軸IOO還具有前部標(biāo)志107和后部標(biāo)志lll，它們分別標(biāo)識(shí)限定穿過曲柄軸100 的假想中心線113的前軸頸105和后軸頸109的中心，并提供與深軋制機(jī)器300 配合的點(diǎn)(圖3A中示出)。在一種最佳情況中，曲柄軸中心線113是與前部標(biāo)志 107和后部標(biāo)志111之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線重合的直線。
圖2中示出了圍繞一曲柄銷101的兩相鄰平衡塊119之間的相交處的詳細(xì)視 圖。在曲柄銷101的任一側(cè)上可看到連續(xù)的周界溝槽或內(nèi)圓角201，溝槽201具有 倒圓到平衡塊119內(nèi)的光滑半徑。在每個(gè)曲柄銷101的任一側(cè)上可找到類似的溝槽。 如圖3A所示，在每個(gè)主軸頸103和相鄰平衡塊119之間設(shè)有類似的連續(xù)周界溝槽203。操作時(shí)每個(gè)溝槽201、 203設(shè)置在曲柄軸IOO上應(yīng)力集中區(qū)域，并旨在發(fā)動(dòng)機(jī) 運(yùn)行時(shí)減輕穿過其中的應(yīng)力。由于在這些區(qū)域的表面上進(jìn)行了感應(yīng)硬化操作，這些 溝槽制造成提供殘余壓縮應(yīng)力以有助于抵消在操作時(shí)發(fā)生的拉伸應(yīng)力。
在一些情況下，經(jīng)歷硬化的曲柄軸產(chǎn)生它們中心線矯直的問題。本發(fā)明提供一 種矯直曲柄軸100的中心線113，而不損失曲柄軸100經(jīng)受感應(yīng)硬化工藝后在每個(gè) 溝槽201、 203內(nèi)提供的殘留壓縮應(yīng)力的方法。用于曲柄軸的常規(guī)硬化操作，例如 深圓角軋制，使材料中的金屬晶體拉長(zhǎng)并產(chǎn)生加工硬化。在使用感應(yīng)硬化的情況下， 金屬結(jié)構(gòu)是馬氏體且在經(jīng)受負(fù)載時(shí)會(huì)表現(xiàn)不同。
深軋制機(jī)器300保持曲柄軸100并使其圍繞標(biāo)志107和111之間的軸線旋轉(zhuǎn)， 該機(jī)器具有適當(dāng)?shù)那N結(jié)構(gòu)305，使得輥?zhàn)?03在各個(gè)曲柄銷溝槽201中運(yùn)行， 并能夠隨著曲柄軸100圍繞其中心線113旋轉(zhuǎn)而在其軌道上跟隨每個(gè)曲柄銷101 而不會(huì)使輥?zhàn)?03和溝槽201之間的接觸脫開，使用該機(jī)器來矯直感應(yīng)硬化軸，如 圖3A所示。類似地，具有輥?zhàn)?08的適當(dāng)支承結(jié)構(gòu)307設(shè)置成在曲柄銷309的本 體上運(yùn)行，而不會(huì)使輥?zhàn)?08與曲柄銷309本體之間的接觸脫開。
除了編程的、用于矯直曲柄軸的深軋制機(jī)器300是本技術(shù)領(lǐng)域已知用于深軋制 曲柄軸上圓角以通過對(duì)材料冷加工而硬化曲柄軸的典型機(jī)器之外，還有諸如美國(guó)專 利No. 5,493,761中示出的軟件驅(qū)動(dòng)、電子控制的深圓角滾動(dòng)機(jī)器，并以參見的方 式納入本文。用于本發(fā)明的深軋制機(jī)器300能夠通過輥?zhàn)?03對(duì)曲柄軸的溝槽201 施加壓縮力301。但是，對(duì)溝槽201施加的壓縮力301設(shè)置成隨著曲柄軸100在深 軋制機(jī)器300中旋轉(zhuǎn)僅在其預(yù)定旋轉(zhuǎn)角時(shí)起作用。輥?zhàn)?08跨抵輥?zhàn)又g曲柄銷的 中心部分以抵抗和分解壓縮力301的徑向(相對(duì)于曲柄銷)分量。由于溝槽201 的強(qiáng)制配合使得對(duì)壓縮力301的抵抗和分解成為可能。
壓縮力301是引起曲柄軸100在由機(jī)器300夾持的部分(在該情況下是曲柄銷 101)上變形的力。曲柄軸100在機(jī)器300上的旋轉(zhuǎn)定向是被有利控制且已知的。 壓縮力301在曲柄銷101基本上處在或靠近旋轉(zhuǎn)地鄰近相對(duì)于頂部死點(diǎn)中心(TDC) 已知安裝旋轉(zhuǎn)位置偏移的預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)起作用，且輥?zhàn)?03基本上處在與曲柄銷 101的相應(yīng)底部死點(diǎn)中心(BDC)位置旋轉(zhuǎn)相對(duì)的位置或從該位置向上傾斜或向下 傾斜，如圖3B和圖3C所示。通過施加每個(gè)壓縮力301，曲柄軸100包括輥?zhàn)?03 之間曲柄銷101的部分由于通過輥?zhàn)?03施加的壓縮力301的軸向分量的作用，通
過每個(gè)溝槽201內(nèi)側(cè)的固體材料的流動(dòng)或塑性變形而被矯直。壓縮力301保持曲柄 軸100的材料出于受壓狀態(tài)，因此不會(huì)減小其強(qiáng)度。
用于本發(fā)明的深軋制機(jī)器300還能夠夾持主軸頸103，如圖4A所示。適當(dāng)?shù)?軸頸結(jié)構(gòu)401具有與軸頸溝槽203接觸的輥?zhàn)?03且具有輥?zhàn)?08的支承結(jié)構(gòu)307 與軸頸103的軸頸本體表面403接觸。壓縮力301的施加又被設(shè)置成隨著曲柄軸 100在深軋制機(jī)器300中旋轉(zhuǎn)，僅在其預(yù)定旋轉(zhuǎn)角時(shí)起作用。 ；
壓縮力301是引起曲柄軸100在由機(jī)器300夾持的部分(在該情況下是軸頸 103)矯直的力。壓縮力301在預(yù)定圓周部分基本上處在曲柄軸100的旋轉(zhuǎn)位置對(duì) 應(yīng)于最大正向跳動(dòng)平面的旋轉(zhuǎn)位置處或從該位置向上傾斜或向下傾斜的位置處通 過輥?zhàn)?03作用在溝槽201上，而輥?zhàn)?08沿著跨越直徑相對(duì)的圓周部分相隔開以 抵抗和分開壓縮力301的徑向分量，如圖4B和4C所示。壓縮力301可有利地為 施加到預(yù)定周界端的中心位置的沖擊力。通過施加各壓縮力301，曲柄軸100包括 在兩輥?zhàn)?03之間的軸頸103的部分通過輥?zhàn)?03施加的壓縮力301的軸向分量的 作用通過每個(gè)溝槽201內(nèi)側(cè)的固體材料的流動(dòng)或塑性變形而被矯直。這些壓縮力不 會(huì)將曲柄軸100的材料變成受拉，因此不會(huì)減小其強(qiáng)度。
在通過曲柄銷101或軸頸103矯直曲柄軸100時(shí)，由于壓縮力301沒有均勻施 加，而是僅在特定旋轉(zhuǎn)位置處或從該位置向上傾斜或向下傾斜處施加，所以材料的 流動(dòng)或塑性變形主要發(fā)生在曲柄銷101或軸頸103的一圓周部分，而在沿直徑相對(duì) 部分幾乎不發(fā)生或不發(fā)生材料流動(dòng)或塑性變形。這導(dǎo)致在壓縮力301施加的曲柄軸 旋轉(zhuǎn)的徑向平面上曲柄銷101或軸頸103與相鄰結(jié)構(gòu)(在該情況下是平衡塊119) 之間角度的輕微改變。
圖5中示出了用于例如曲柄軸100的一個(gè)曲柄銷101的矯直方法的流程圖。圖 5中示出的方法適用于曲柄銷101的矯直，但也適用于上述軸頸103的矯直，并還 用于任何偏心軸上特征的矯直，例如凸輪軸上圓形突出部或軸頸特征的矯直。
在圖5的步驟901中通過標(biāo)志107和111安裝曲柄軸100以在深軋制機(jī)器300 上旋轉(zhuǎn)。在步驟903中曲柄軸100在深軋制機(jī)器300上旋轉(zhuǎn)。在曲柄軸100的旋轉(zhuǎn) 過程中，適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測(cè)曲柄銷101的旋轉(zhuǎn)位置和對(duì)齊以記錄其相對(duì)于已知曲柄 軸參考位置(諸如在銷101的TDC和BDC之間建立的平面)的角位置，以及在 步驟905中記錄偏離。如果探測(cè)到曲柄銷100和由連接前部標(biāo)志107和后部標(biāo)志113的線限定的曲柄軸的旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離有偏離，則在步驟907做決定并進(jìn)行 調(diào)整以將旋轉(zhuǎn)中心線帶到更靠近曲柄軸100的理想中心線113處。在步驟909，每 個(gè)輥?zhàn)?02在曲柄銷101的任一側(cè)上與其相應(yīng)溝槽201接觸，且輥?zhàn)?08配合曲柄 銷101的本體部分309。深軋制機(jī)器300可配合單個(gè)曲柄銷101或單個(gè)主軸頸103， 或同時(shí)與其中的多個(gè)配合。此外，輥?zhàn)?08具有固定軸線以提供對(duì)由輥?zhàn)?03產(chǎn)生 的壓縮力301的被動(dòng)抵抗，但可替代地由結(jié)構(gòu)307主動(dòng)地加載。 一旦輥?zhàn)?03配合 在它們的相應(yīng)溝槽201中且輥?zhàn)?08配合在本體表面上，如上所述通過每個(gè)輥?zhàn)?303禾口/或308施加壓縮力301。在步驟911該壓縮力對(duì)曲柄軸100的直線度進(jìn)行調(diào) 節(jié)。
在曲柄軸100的曲柄銷101的情況下，已發(fā)現(xiàn)最大跳動(dòng)的平面與每個(gè)曲柄銷的 TDC重合。在軸頸103或其它偏心軸的情況下，最大跳動(dòng)平面可以是另一正好相 反的平面。圖6示出了當(dāng)最大跳動(dòng)平面對(duì)應(yīng)于相對(duì)于曲柄軸IOO的初始安裝旋轉(zhuǎn)位 置的角605時(shí)施加的壓縮力301。曲柄軸100旋轉(zhuǎn)一整圈施加一次壓縮力301 。
在圖6中，示出曲柄軸100相對(duì)于與深軋制機(jī)器300配合的特定曲柄銷100 的每次旋轉(zhuǎn)。示出施加壓縮力301的周期為在角605之前向上傾斜，在角605處大 到最大值，并在角605之后返回向下傾斜到至少足以維持輥?zhàn)?03、 308的配合的 較低額定值，該額定值可能是零。在每次施加壓縮力301之后，連接到傳感器的電 腦判定曲柄軸100是否處在可接受的直線度狀態(tài)下。如果曲柄軸100的直線度仍然 不可接受，需要另外施加壓縮力301，它的量可與第一次施加的相等、更小或更大。 重復(fù)該過程直到曲柄軸IOO得到了配合的曲柄銷101所要求的直線度。壓縮力301 的量取決于正在糾正的偏離的量，并可有利地在約6至17kN之間。然后深軋制機(jī) 器300與曲柄銷101脫開并如前所述繼續(xù)配合一相鄰的曲柄銷101。可在該相鄰曲 柄銷101上重復(fù)進(jìn)行矯直過程。或者，所有的曲柄銷可隨著曲柄軸旋轉(zhuǎn)一次配合和 矯直。可對(duì)主軸頸進(jìn)行類似的過程。在每個(gè)曲柄銷101和/或主軸頸經(jīng)受矯直過程 之后，曲柄軸100應(yīng)當(dāng)可接受地變直了。
可發(fā)現(xiàn)很多不同形式的不可接受的曲柄軸形狀。如圖7A和圖7B所示，曲柄 軸可具有弓形中心線417或S形中心線415。這些是迄今為止在曲柄軸上發(fā)現(xiàn)的至 少10個(gè)不同種類扭曲的兩個(gè)實(shí)例，其中心線可從所要求的直中心線113三維地偏 離。本發(fā)明有利地適于處理曲柄軸100的中心線113的任何偏離，因?yàn)樗軌颡?dú)立
于其它部分對(duì)齊每個(gè)曲柄銷101或主軸頸103。矯直具有馬氏體晶體結(jié)構(gòu)的偏心軸
的能力而不損害其強(qiáng)度，以及快速進(jìn)行矯直操作的能力并使用制造曲柄軸領(lǐng)域中的 通用設(shè)備是尤其有利的。該實(shí)施例涉及對(duì)設(shè)計(jì)用于內(nèi)燃機(jī)的曲柄軸進(jìn)行的操作。但 是，該方法對(duì)設(shè)計(jì)用于任何其它應(yīng)用或機(jī)器的曲柄軸、凸輪軸或任何偏心軸同樣適 用。
圖8-10的實(shí)施例
在該實(shí)施例中，將本發(fā)明的方法應(yīng)用于矯直凸輪軸。圖8中示出了典型的凸幹 軸501。該凸輪軸501構(gòu)造成用在V-8內(nèi)燃機(jī)中，較佳地是柴油機(jī)，但不僅在用于 與所示凸輪軸類似的凸輪軸時(shí)，而且在用于用于任何內(nèi)燃機(jī)或機(jī)器的凸輪軸時(shí)也能 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。凸輪軸501通?？稍谝欢税▓A柱形前密封表面503以配合設(shè) 置在發(fā)動(dòng)機(jī)的前側(cè)的常規(guī)前部密封件(未示出)。另一方面，后部密封表面505類 似地提供常規(guī)后部曲柄軸密封件(未示出)和設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的后側(cè)上的后部驅(qū)動(dòng)齒 輪507的配合。在其兩端之間，凸輪軸501可具有一個(gè)或多個(gè)主軸頸509，主軸頸 以常規(guī)方式與發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)中的軸承(未示出)配合來支承凸輪軸501，凸輪 軸501還具有與常規(guī)凸輪從動(dòng)件(未示出)或閥提升器(未示出)配合的圓形突起 部511以致動(dòng)汽缸的吸氣閥和排氣閥。在用于V8發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪501上，如圖所示， 十六個(gè)圓形突起部511由軸頸509分成四個(gè)一組。凸輪501還具有前部標(biāo)志513 和后部標(biāo)志515，它們分別標(biāo)識(shí)限定穿過凸輪軸501的假想中心線517的前軸頸503 和后軸頸505的中心，并提供與深軋制機(jī)器配合的點(diǎn)。在最佳情況中，凸輪軸中心 線517是與前部標(biāo)志513和后部標(biāo)志515之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線重合的直線。
圖9中示出了圍繞一軸頸509的相鄰兩組圓形突起部511之間的相交處的細(xì)節(jié) 圖。在軸頸509的任一側(cè)上可以看到連續(xù)的周界溝槽或圓角601，形成倒圓到主軸 603內(nèi)的光滑半徑。在每個(gè)軸頸509的任一側(cè)上可找到類似的圓角。每個(gè)圓角601 的區(qū)域是運(yùn)行時(shí)凸輪軸501上的應(yīng)力集中區(qū)域。每個(gè)圓角旨在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)減輕穿 過其中的應(yīng)力。這些圓角制造成在這些區(qū)域的鋼上提供殘留壓縮應(yīng)力。這些圓角上 的壓縮應(yīng)力有助于在操作時(shí)發(fā)生抵消拉伸應(yīng)力。
在一些情況下，經(jīng)歷硬化處理的凸輪軸可能產(chǎn)生它們中心線矯直的問題。本發(fā) 明提出一種矯直凸輪軸501的中心線517，而不損失凸輪軸501經(jīng)受硬化過程后在
每個(gè)圓角601內(nèi)提供的殘留壓縮應(yīng)力的方法。如圖IOA所示，可使用深軋制機(jī)器 300來保持凸輪501并使其圍繞標(biāo)志513和515之間的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。具有輥?zhàn)?03 在每個(gè)圓角601上運(yùn)行的適當(dāng)軸頸結(jié)構(gòu)701可設(shè)置成跟隨每個(gè)軸頸509而不會(huì)使輥 子703和圓角601之間的接觸脫開。類似地，具有輥?zhàn)?07的一種適當(dāng)支承結(jié)構(gòu) 705可設(shè)置成在軸頸509的本體上運(yùn)行，而不會(huì)使輥?zhàn)?07和軸頸509的本體之間 的接觸脫開。
壓縮力709會(huì)引起凸輪軸501在由機(jī)器300夾持的部分(在該情況下是圖10B 中示出的軸頸509)被矯直，這是通過在預(yù)定圓周部分基本上在凸輪501對(duì)應(yīng)于最 大跳動(dòng)平面的旋轉(zhuǎn)位置或從該位置向上傾斜或向下傾斜處輥?zhàn)?09作用在溝槽601 上，同時(shí)輥?zhàn)?07設(shè)置成抵抗和分開壓縮力709的徑向分量，如圖10C所示。通 過施加各壓縮力709，凸輪軸501包括輥?zhàn)?03、 707之間的軸頸509的部分由于 每個(gè)壓縮力709的軸向分量的作用引起每個(gè)圓角601周圍的固體材料的塑性變形或 流動(dòng)而被矯直。這些壓縮力不會(huì)將凸輪軸501的材料變成受拉狀態(tài)，因此不會(huì)減小 其強(qiáng)度。
在通過軸頸509矯直凸輪軸501時(shí)，由于壓縮力沒有均勻施加，而是僅在特定 旋轉(zhuǎn)位置或從該位置向上傾斜或向下傾斜處施加，所以材料的流動(dòng)或塑性變形主要 發(fā)生在軸頸509的一個(gè)圓周部分，而在直徑相對(duì)的部分幾乎不發(fā)生或不發(fā)生材料流 動(dòng)或塑性變形。這導(dǎo)致在壓縮力709施加的凸輪軸旋轉(zhuǎn)的徑向平面上，即最大跳動(dòng) 的平面上軸頸509與相鄰軸結(jié)構(gòu)之間角度的輕微改變。
每個(gè)壓縮力301， 709在徑向力平衡方向上大小相等。每個(gè)壓縮力301， 709 的施加可以任何要求的方案進(jìn)行，該方案是安裝在深軋制機(jī)器300上的曲柄軸100 或凸輪軸501的旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)，或相對(duì)于安裝在深軋制機(jī)器300上的曲柄軸100 或凸輪軸501的旋轉(zhuǎn)速度的定時(shí)的函數(shù)。角度傳感器、視覺傳感器、旋轉(zhuǎn)位置傳感 器、應(yīng)力傳感器、位置傳感器、定時(shí)傳感器等等可檢測(cè)操作時(shí)安裝在機(jī)器300上的 曲柄軸100或凸輪軸501的角位置或旋轉(zhuǎn)速度。
本發(fā)明可體現(xiàn)為除了上述以外的其它具體形式而不背離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。所 述實(shí)施例可在各方面僅認(rèn)為是說明性而非限制。因此，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利 要求書而非前述說明書指出。在權(quán)利要求書的含義和同等物范圍內(nèi)的所有改變都包 含在它們的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種矯直具有旋轉(zhuǎn)軸線的感應(yīng)硬化偏心軸的方法，包括以下步驟用輥?zhàn)优浜纤龈袘?yīng)硬化偏心軸的整體形成的構(gòu)件，所述構(gòu)件具有中心線；使所述軸旋轉(zhuǎn)；以及通過所述輥?zhàn)舆x擇性地對(duì)所述偏心軸的所述構(gòu)件施加壓縮力，該壓縮力足夠大以將所述構(gòu)件的中心線與所述偏心軸的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)齊，所述足夠大的壓縮力僅在所述輥?zhàn)优c所述構(gòu)件的預(yù)定圓周部分接觸時(shí)施加，所述部分小于180°。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓縮力在所述構(gòu)件的所述預(yù) 定圓周部分內(nèi)是可變的。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，不足以將所述構(gòu)件的中心線與所 述偏心軸的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)齊的壓縮力被施加到所述軸的不在所述構(gòu)件的所述預(yù)定圓 周部分內(nèi)的部分上。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述偏心軸是曲柄軸。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件是曲柄銷和軸頸中的至 少一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輥?zhàn)雍退鰳?gòu)件的所述預(yù)定 圓周部分之間接觸的區(qū)域內(nèi)的材料是馬氏體鋼。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述偏心軸是凸輪軸。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓縮力在施加步驟中以一定 角度施加于設(shè)置在所述構(gòu)件和相鄰軸結(jié)構(gòu)之間的圓角上。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓縮力相繼施加到所述偏心 軸的多個(gè)構(gòu)件上。
10. —種矯直感應(yīng)硬化偏心軸的方法，包括以下步驟 將所述感應(yīng)硬化偏心軸安裝到深圓角軋制機(jī)器上； 使所述感應(yīng)硬化偏心軸旋轉(zhuǎn)； 測(cè)定所述感應(yīng)硬化偏心軸的直線度；通過輥?zhàn)舆x擇性地對(duì)所述感應(yīng)硬化偏心軸的構(gòu)件施加壓縮力，該壓縮力足夠大 以將所述構(gòu)件相對(duì)于所述感應(yīng)硬化偏心軸的旋轉(zhuǎn)軸線再定位，所述足夠大的壓縮力 僅在所述輥?zhàn)优c所述構(gòu)件的預(yù)定圓周部分接觸時(shí)施加；重復(fù)在所述感應(yīng)硬化偏心軸的構(gòu)件上施加壓縮力一次和大于一次中的至少一 種，直到所述感應(yīng)硬化偏心軸的與所述構(gòu)件相鄰的部分基本上是直的。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述壓縮力是施加到所述構(gòu)件的預(yù)定圓周部分的中心位置處的沖擊力。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述壓縮力在所述構(gòu)件的所述 預(yù)定圓周部分內(nèi)是可變的。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，不足以將所述構(gòu)件相對(duì)于所述 偏心軸的旋轉(zhuǎn)軸線重新定位的壓縮力被施加到所述軸的不在所述構(gòu)件的所述預(yù)定 圓周部分的部分上。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在至少一次選擇性施加所述壓 縮力之后，重復(fù)所述測(cè)量步驟。
15. —種矯直硬化偏心軸的方法，包括以下步驟用第一輥?zhàn)优浜系谝贿B續(xù)周界溝槽，該第一連續(xù)周界溝槽在所述軸的構(gòu)件與相 鄰軸結(jié)構(gòu)第一相交處設(shè)置在所述軸周圍；用第二輥?zhàn)优浜系诙B續(xù)周界溝槽，該第二連續(xù)周界溝槽在所述軸的所述構(gòu)件 與相鄰軸結(jié)構(gòu)第二相交處設(shè)置在所述軸周圍，所述第二相交處從所述第一相交處軸 向移開；使所述軸旋轉(zhuǎn)通過其一系列角位置； 通過所述輥?zhàn)訉?duì)兩個(gè)所述溝槽都施加可變量的壓縮力； 根據(jù)所述偏心軸的角位置改變所述壓縮力的量；以及引起相鄰于所述構(gòu)件的固體材料流動(dòng)，由此將所述構(gòu)件相對(duì)于所述相鄰軸結(jié)構(gòu) 重新定位。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述壓縮力的量從零變化到足 以引起所述溝槽內(nèi)塑性變形的量。
17. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述壓縮力僅施加在所述構(gòu)件 的圓周部分上，所述部分包括所述偏心軸的最大跳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平面。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述壓縮力引起所述圓周部分 中的固體材料流動(dòng)，且在所述構(gòu)件的直徑相對(duì)部分上沒有材料流動(dòng)。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述固體材料是馬氏體鋼。
20. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述壓縮力是施加到所述構(gòu)件 的所述圓周部分與最大跳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平面相交處的沖擊力。
全文摘要
一種矯直偏心軸(100，501)的方法，通過用傾斜輥?zhàn)?303，703)配合軸的與構(gòu)件(101，509)相鄰的圓角(201，601)，使軸旋轉(zhuǎn)，并僅在一部分旋轉(zhuǎn)期間的一部分，對(duì)軸的圓角(201，601)內(nèi)通過輥?zhàn)舆x擇性地施加壓縮性的軋制力(301，709)，這使得矯直曲柄軸(100)。
文檔編號(hào)B21B37/16GK101180142SQ200680017779
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者C·塞爾奇, R·梅拉 申請(qǐng)人:萬國(guó)引擎知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司