CN101555810B - 带有变化的壁几何结构的同心凸轮轴及组装方法 - Google Patents

带有变化的壁几何结构的同心凸轮轴及组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有变化的壁几何结构的同心凸轮轴及组装方法。更具体来说，涉及一种凸轮轴，所述凸轮轴可包括第一轴、第一凸角元件、第二凸角元件。所述第一轴包括限定第一内孔的环形壁。所述壁可包括具有第一径向外表面的第一部分和具有相对于所述第一径向外表面径向地偏移的第二径向外表面的第二部分。所述第一凸角元件可限定具有第一轴的第一部分定位在其中的第二内孔并且与所述第一轴摩擦地啮合以与所述第一轴一起旋转。所述第二凸角元件可限定具有第一轴的第二部分定位在其中的第三内孔。所述第二凸角元件可旋转地布置在所述第一轴的第二部分上。

Description

带有变化的壁几何结构的同心凸轮轴及组装方法
技术领域
本公开涉及发动机凸轮轴组件，且更具体地涉及同心凸轮轴组件。
背景技术
本部分中的陈述仅仅提供与本公开有关的背景信息并且可能不构成现有技术。
发动机通常包括凸轮轴以致动进气和排气门。某些凸轮轴是用于提供进气和排气凸角之间的相对旋转的同心凸轮轴。进气凸角可固定到外部轴用于和所述轴一起旋转并且排气凸角可被旋转地支撑在所述轴上。可替换地，排气凸角可固定到外部轴用于和所述轴一起旋转并且进气凸角可被旋转地支撑在所述轴上。在任意装置中，被旋转地支撑在轴上的凸角可将外部轴的外部表面用作支座表面。将轴的外部表面作为支座表面使用对于外部轴的外径来说需要更严格的公差，并因此需要导致额外成本的更麻烦的组装过程。
发明内容
凸轮轴可包括第一轴、第一凸角元件、第二凸角元件。所述第一轴包括限定第一内孔的环形壁。所述壁可包括具有第一径向外表面的第一部分和具有相对于所述第一径向外表面径向地偏移的第二径向外表面的第二部分。所述第一凸角元件可限定具有第一轴的第一部分定位在其中的第二内孔并且与所述第一轴摩擦地啮合以与所述第一轴一起旋转。所述第二凸角元件可限定具有第一轴的第二部分定位在其中的第三内孔。所述第二凸角元件可旋转地布置在所述第一轴的第二部分上。
一种方法可包括将凸轮轴的第一和第二凸角元件定位在第一轴上并且使第一轴变形从而固定第一凸角元件到第一轴。第一轴可包括限定第一内孔的环形壁和包括具有第一径向内表面和第一径向外表面的第一部分以及具有第二径向内表面和第二径向外表面的第二部分。第一凸角元件的定位可包括将第一轴的第一部分定位在第一凸角元件的第二内孔中。第二凸角元件在第一轴上的定位可包括将第一轴的第二部分定位在第二凸角元件的第三内孔中。向外的径向力可从第一内孔中施加以将第一径向内表面相对于第二径向内表面径向地向外移位并且将第一径向外表面相对于第二径向外表面径向地向外移位。
进一步的适用领域从在此提供的描述变得显而易见。应当理解本描述和特定例子仅为了的说明的目的并且决不是限制本发明的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于说明的目的，并且决不是旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本发明的发动机组件的示意性说明；
图2是图1的凸轮轴的立体图；
图3是根据本发明的处于第一状态的图2的凸轮轴和工具的局部截面图；
图4是处于第二状态的图3的凸轮轴和工具的局部截面图；
图5是根据本发明的替换的凸轮轴的立体图；
图6是处于第一状态的图5的凸轮轴的局部截面图；
图7是处于第二状态的图5的凸轮轴的局部截面图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示范性的并且决不是限制本公开、应用或使用。应当理解遍及附图，相应的附图标记表示相同或相应的部分或特征。
现在参考图1，示意性地示出示范性发动机组件10。发动机组件10可包括发动机12，发动机12包括具有布置在其中的活塞16的多个汽缸14。发动机12还包括每一汽缸14的进气门18、排气门20、和进气门升降机构22及排气门升降机构24，以及凸轮轴26和凸轮移相器28。
进气门升降机构22可包括推杆30和摇臂32。排气门升降机构24可额外地包括推杆30和摇臂32。凸轮轴26可由发动机结构(例如发动机缸体)支撑。推杆30可与凸轮轴26啮合以致动摇臂32并且可以选择性地打开进气门18和排气门20。虽然发动机组件10示出为推杆式发动机，但是应当理解本公开也可应用到各种其它发动机构造，例如顶置凸轮发动机，其中，凸轮轴26由汽缸盖支撑。
参考图2，凸轮轴26可包括第一轴34和第二轴36、第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52、第二组凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61、支承轴颈62、64、66、68、70和驱动销72。在本例子中，第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52可形成进气凸角组而且第二组凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61可形成排气凸角组。然而，应当理解可提供可替换装置，其中第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52可形成排气凸角组而第二组凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61可形成进气凸角组。
第二轴36可被旋转地布置在第一轴34内。第一轴34可包括穿过第一轴34的槽(未示出)，第二轴36可包括孔74，所述孔74在其中接收驱动销72并且连接第二组凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61以与第二轴36一起旋转。第一轴34中的槽可大体允许销72在其中旋转行进。
第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52和支承轴颈62、64、66、68、70可被固定为与第一轴34一起旋转。第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52与第一轴34之间的啮合以及支承轴颈62、64、66、68、70与第一轴34之间的啮合可包括摩擦配合的啮合。第二组凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61可布置在第一组凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52中相邻的凸角元件之间。
在每一凸角元件38、40、42、44、46、48、50、52处和每一支承轴颈62、64、66、68、70处的第一轴34的结构可大体上相似。因此，在凸角元件38处和支承轴颈62处的第一轴34的结构、凸角元件38和支承轴颈62的结构、凸角元件38与第一轴34之间的啮合、以及支承轴颈62与第一轴34之间的啮合将被描述，而同时要理解该描述同样地应用到凸角元件40、42、44、46、48、50、52和支承轴颈64、66、68、70。在凸角元件54、55、56、57、58、59、60、61中的每一凸角元件处的第一轴34的结构同样大体上相似。因此，在凸角元件54处的第一轴34的结构、凸角元件54的结构、以及凸角元件54与第一轴34之间的啮合将被描述，而同时要理解该描述同样地应用到凸角元件55、56、57、58、59、60、61。
另外参考图3，示意性地示出凸轮轴26处于凸角元件38和支承轴颈62被固定用于与第一轴34一起旋转之前的初始状态。第一轴34可包括限定内孔78的环形壁76。环形壁76可包括第一部分80、第二部分82、和第三部分84。第一部分80可与凸角元件38轴向地对齐，第二部分82可与凸角元件54轴向地对齐，以及第三部分84可与支承轴颈62轴向地对齐。
第一部分80可具有第一径向内表面86和第一径向外表面88。第二部分82可具有第二径向内表面90和第二径向外表面92。第三部分84可具有第三径向内表面94和第三径向外表面96。在初始状态中，第一径向内表面86和第三径向内表面94相对于第二径向内表面90可径向地偏移。
在本例子中，第二径向内表面90可相对于第一径向内表面86和第三径向内表面94径向地向外偏移。第一径向外表面88、第二径向外表面92和第三径向外表面96的外径向尺寸相对于彼此可大体上相等。凸角元件38可具有外径向尺寸比第一径向外表面88的初始外径向尺寸更大的内孔98。凸角元件54可具有外径向尺寸比第二径向外表面92的初始外径向尺寸更大的内孔100。支承轴颈62可具有外径向尺寸比第三径向外表面96的初始外径向尺寸更大的内孔102。
例如，第一部分80可具有限定第一部分80的第一壁厚度(T1)的初始内径(D1ii)和初始外径(D1oi)。第二部分82可具有限定第二部分82的第二壁厚度(T2)的初始内径(D2ii)和初始外径(D2oi)。第三部分84可具有限定第三部分84的第三壁厚度(T3)的初始内径(D3ii)和初始外径(D3oi)。第一壁厚度(T1)和第三壁厚度(T3)可比第二壁厚度(T2)更大。凸角元件38的内孔98可具有比第一部分80的初始外径(D1oi)更大的第一直径(D1)，从而形成第一轴34与凸角元件38之间的第一间隙(C1)。凸角元件54的内孔100可具有比第二部分82的初始外径(D2oi)更大的第二直径(D2)，从而形成第一轴34与凸角元件54之间的第二间隙(C2)。支承轴颈62的内孔102可具有比第三部分84的初始外径(D3oi)更大的第三直径(D3)，从而形成第一轴34与支承轴颈62之间的第三间隙(C3)。
图3额外地示出使第一轴34变形的工具104。工具104可包括轴106和变形元件108。变形元件108可具有比第一径向内表面86和第三径向内表面94的初始外径向尺寸更大并且比第二径向内表面90的初始外径向尺寸更小的外径向尺寸。在本例子中，变形元件108可以是直径(D4)比第一和第三初始内径(D1ii，D3ii)更大并且比第二初始内径(D2ii)更小的球形元件。
在凸轮轴26的组装期间，凸角元件54可定位在第一轴34的第二部分82上，凸角元件38可定位在第一轴34的第一部分80上，而且支承轴颈64可定位在第一轴34的第三部分84上。工具104的变形元件108可被强制通过第一轴34的内孔78从而在凸角元件38与第一轴34之间和支承轴颈62与第一轴34之间形成摩擦啮合(或者干涉配合)。更具体地，变形元件108通过内孔78的移位可大体消除第一间隙(C1)和第三间隙(C3)，同时保持第二间隙(C2)，这是由于工具104的直径(D4)与第一、第二和第三初始内径(D1ii，D2ii，D3ii)之间的关系。
另外参考图4，示意性地示出凸轮轴26处于凸角元件38和支承轴颈62被固定用于与第一轴34一起旋转时的最终状态。在最终状态，第一轴34的第一径向外表面88和第一轴34的第三径向外表面96可每个均具有比第一轴34的第二径向外表面92的外径向尺寸更大的外径向尺寸。第一径向外表面88的外径向尺寸可与凸角元件38的内孔98的外径向尺寸大体上相似而且第三径向外表面96的外径向尺寸可与支承轴颈62的内孔102的外径向尺寸大体上相似。因此，凸角元件38可与第一轴34的第一部分80摩擦地啮合而且支承轴颈62可与第一轴34的第三部分84摩擦地啮合。
例如，第一部分80可具有最终内径(D1if)和最终外径(D1of)，第二部分82可具有最终内径(D2if)和最终外径(D2of)，第三部分84可具有最终内径(D3if)和最终外径(D3of)。凸角元件38的内孔98可具有与第一部分80的最终外径(D1of)近似相等的第一直径(D1)，从而摩擦地锁定凸角元件38用于与第一轴34一起旋转。凸角元件54的内孔100可具有比第二部分82的最终外径(D2of)更大的第二直径(D2)。第二部分82的最终外径(D2of)可与第二部分82的初始外径(D2oi)近似相等，从而保持第一轴34与凸角元件54之间的第二间隙(C2)。支承轴颈62的内孔102可具有与第三部分84的最终外径(D3of)近似相等的第三直径(D3)，从而摩擦地锁定支承轴颈62用于与第一轴34一起旋转。第一部分的最终内径(D1if)和第三部分的最终内径(D3if)可大体上与变形元件108的直径相等。
现在参考图5-7，示出了可替换的凸轮轴226。凸轮轴226可并入到与发动机组件10相似的发动机组件中并且可起与凸轮轴26相似的作用。凸轮轴226可包括第一轴234和第二轴236、第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252、第二组凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261、支承轴颈262，264，266，268，270和驱动销272。在本例子中，第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252可形成进气凸角组而且第二组凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261可形成排气凸角组。然而，应当理解可提供可替换装置，其中第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252可形成排气凸角组而第二组凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261可形成进气凸角组。
第二轴236可被旋转地布置在第一轴234内。第一轴234可包括穿过第一轴234的槽(未示出)，第二轴236可包括孔274，所述孔274在其中接收驱动销272并且耦合第二组凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261以与第二轴236一起旋转。第一轴234中的槽可大体允许销272在其中旋转行进。
第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252和支承轴颈262，264，266，268，270可被固定为与第一轴234一起旋转。第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252与第一轴234之间的啮合以及支承轴颈262，264，266，268，270与第一轴234之间的啮合可包括摩擦配合的啮合。第二组凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261可布置在第一组凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252中相邻的凸角元件之间。
在每一凸角元件238，240，242，244，246，248，250，252处和每一支承轴颈262，264，266，268，270处的第一轴234的结构可大体上相似。因此，在凸角元件238处和支承轴颈262处的第一轴234的结构、凸角元件238和支承轴颈262的结构、凸角元件238与第一轴234之间的啮合、以及支承轴颈262与第一轴234之间的啮合将被描述，而同时要理解该描述同样地应用到凸角元件240，242，244，246，248，250，252和支承轴颈264，266，268，270。在凸角元件254，255，256，257，258，259，260，261中的每一凸角元件处的第一轴234的结构同样大体上相似。因此，在凸角元件254处的第一轴234的结构、凸角元件254的结构、以及凸角元件254与第一轴234之间的啮合将被描述，而同时要理解该描述同样地应用到凸角元件255，256，257，258，259，260，261。
参考图6，示出凸轮轴226处于第一组凸角元件238和支承轴颈262被固定用于与第一轴234一起旋转之前的初始状态。第一轴234可包括限定内孔278的环形壁276。环形壁276可包括第一部分280、第二部分282、和第三部分284。第一部分280可与凸角元件238轴向地对齐，第二部分282可与凸角元件254轴向地对齐，以及第三部分284可与支承轴颈262轴向地对齐。
第一部分280可具有第一径向内表面286和第一径向外表面288。第二部分282可具有第二径向内表面290和第二径向外表面292。第三部分284可具有第三径向内表面294和第三径向外表面296。在初始状态中，第一径向内表面286和第三径向内表面294相对于第二径向内表面90可径向地偏移。
在本例子中，第二径向内表面290可相对于第一径向内表面286和第三径向内表面294径向地向内偏移。第一径向外表面288、第二径向外表面292和第三径向外表面296的外径向尺寸相对于彼此可大体上相等。凸角元件238可具有外径向尺寸比第一径向外表面288的初始外径向尺寸更大的内孔298。凸角元件254可具有外径向尺寸比第二径向外表面292的初始外径向尺寸更大的内孔300。支承轴颈262可具有外径向尺寸比第三径向外表面296的初始外径向尺寸更大的内孔302。
例如，第一部分280可具有限定第一部分280的第一壁厚度(T11)的初始内径(D11ii)和初始外径(D11oi)。第二部分282可具有限定第二部分282的第二壁厚度(T22)的初始内径(D22ii)和初始外径(D22oi)。第三部分284可具有限定第三部分284的第三壁厚度(T33)的初始内径(D33ii)和初始外径(D33oi)。第一壁厚度(T11)和第三壁厚度(T33)可比第二壁厚度(T22)更小。凸角元件238的内孔298可具有比第一部分280的初始外径(D11oi)更大的第一直径(D11)，从而形成第一轴234与凸角元件238之间的第一间隙(C11)。凸角元件254的内孔300可具有比第二部分282的初始外径(D22oi)更大的第二直径(D22)，从而形成第一轴234与凸角元件254之间的第二间隙(C22)。支承轴颈262的内孔302可具有比第三部分284的初始外径(D33oi)更大的第三直径(D33)，从而形成第一轴234与支承轴颈262之间的第三间隙(C33)。
在凸轮轴226的组装期间，凸角元件254可定位在第一轴234的第二部分282上，凸角元件238可定位在第一轴234的第一部分280上，而且支承轴颈264可定位在第一轴234的第三部分284上。加压的流体可供应在第一轴234的内孔278内以在凸角元件238与第一轴234之间和支承轴颈262与第一轴234之间形成摩擦啮合(或者干涉配合)。更具体地，内孔278内的加压流体可大体消除第一间隙(C1)和第三间隙(C3)，同时由于第一轴234的第二部分282的更大的壁厚度(T22)而保持第二间隙(C2)。
参考图7，示出凸轮轴226处于第一组凸角元件238和支承轴颈262被固定用于与第一轴234一起旋转时的最终状态。在最终状态，第一轴234的第一径向外表面288和第一轴234的第三径向外表面296可每个均具有比第一轴234的第二径向外表面292更大的外径向尺寸。第一径向外表面288的外径向尺寸可与凸角元件238的内孔298的外径向尺寸大体上相似而且第三径向外表面296的外径向尺寸可与支承轴颈262的内孔302的外径向尺寸大体上相似。因此，凸角元件238可与第一轴234的第一部分280摩擦地啮合而且支承轴颈262可与第一轴234的第三部分284摩擦地啮合。
例如，第一部分280可具有最终内径(D11if)和最终外径(D11of)，第二部分282可具有最终内径(D22if)和最终外径(D22of)，第三部分284可具有最终内径(D33if)和最终外径(D33of)。凸角元件238的内孔298可具有与第一部分280的最终外径(D11of)近似相等的第一直径(D11)，从而摩擦地锁定凸角元件238用于与第一轴234一起旋转。凸角元件254的内孔300可具有比第二部分282的最终外径(D22of)更大的第二直径(D22)。第二部分282的最终外径(D22of)可与第二部分282的初始外径(D22oi)近似相等，从而保持第一轴234与凸角元件254之间的第二间隙(C22)。支承轴颈262的内孔302可具有与第三部分284的最终外径(D33of)近似相等的第三直径(D33)，从而摩擦地锁定支承轴颈262用于与第一轴234一起旋转。由于由加压的流体引起的变形，第一部分280的最终内径(D11if)和第三部分284的最终内径(D33if)可比第一部分280的初始内径(D11ii)和第三部分284的初始内径(D33ii)更大。

Claims (19)

1.一种凸轮轴，包括：
第一轴，所述第一轴包括限定第一内孔的环形壁，所述壁包括具有第一径向外表面的第一部分和具有相对于所述第一径向外表面径向地偏移的第二径向外表面的第二部分；
第一凸角元件，所述第一凸角元件限定具有第一轴的第一部分定位在其中的第二内孔并且与所述第一轴摩擦地啮合以与所述第一轴一起旋转；
第二凸角元件，所述第二凸角元件限定具有第一轴的第二部分定位在其中的第三内孔，所述第二凸角元件可旋转地布置在所述第一轴的第二部分上；和
可旋转地布置在所述第一内孔内的第二轴，所述第二凸角元件被固定用于与所述第二轴一起旋转。
2.如权利要求1所述的凸轮轴，其中，所述第一轴的所述第一部分具有比所述第一轴的所述第二部分的壁厚度更大的壁厚度。
3.如权利要求1所述的凸轮轴，其中，所述第一轴的所述第二部分具有比所述第一轴的所述第一部分的壁厚度更大的壁厚度。
4.如权利要求1所述的凸轮轴，其中，所述第一部分的所述第一径向外表面相对于所述第二部分的所述第二径向外表面径向地向外偏移。
5.如权利要求1所述的凸轮轴，其中，所述第一部分的第一径向内表面相对于所述第二部分的第二径向内表面径向地向内偏移。
6.如权利要求1所述的凸轮轴，其中，所述第一部分的第一径向内表面相对于所述第二部分的第二径向内表面径向地向外偏移。
7.一种方法，包括：
将凸轮轴的第一凸角元件定位在第一轴上，所述第一轴包括限定第一内孔的环形壁，所述环形壁包括具有第一径向内表面和第一径向外表面的第一部分以及具有第二径向内表面和第二径向外表面的第二部分，所述定位包括将所述第一轴的所述第一部分定位在所述第一凸角元件的第二内孔中；
将第二凸角元件定位在第一轴上，包括将所述第一轴的所述第二部分定位在所述第二凸角元件的第三内孔中；
从所述第一内孔中施加向外的径向力，其将所述第一径向内表面相对于所述第二径向内表面径向地向外移位并且将所述第一径向外表面相对于所述第二径向外表面径向地向外移位；和
在所述施加后，将第二轴定位在所述第一轴的第一内孔内，并且固定所述第二凸角元件用于与所述第二轴一起旋转，第一凸角元件被固定为与第一轴一起旋转。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述施加在所述第一部分与所述第一凸角元件之间产生摩擦啮合。
9.如权利要求7所述的方法，其中，在所述施加前所述第一径向内表面相对于所述第二径向内表面径向地向内偏移。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述施加包括将所述第一轴的所述第一径向内表面与工具啮合并且使所述第一部分径向地向外变形。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在所述施加期间所述工具与所述第一轴的所述第二径向内表面径向地向内间隔开。
12.如权利要求11所述的方法，其中，啮合所述第一轴的所述第一径向内表面的工具的一部分包括比在所述第一部分处所述第一内孔的内径更大并且比在所述第二部分处所述第一内孔的内径更小的第一直径。
13.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一部分具有比所述第二部分的第二壁厚度更大的第一壁厚度。
14.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一部分具有比所述第二部分的第二壁厚度更小的第一壁厚度。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述施加包括在所述第一轴的所述第一内孔内提供加压流体，所述加压流体迫使所述第一轴的所述第一部分径向地向外与所述第一凸角元件摩擦地啮合。
16.如权利要求15所述的方法，其中，加压流体被同时施加到所述第一部分的径向内表面和所述第二部分的径向内表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一部分比所述第二部分被径向地向外移位更大的尺寸。
18.如权利要求15所述的方法，其中，在所述施加步骤之前所述第一径向内表面相对于所述第二径向内表面径向地向外偏移。
19.如权利要求7所述的方法，其中，在所述施加步骤之后所述第二凸角元件可在所述第一轴的所述第二部分上旋转。
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