DK173164B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af krumtapdele til brug i en halv- eller helbygget krumtapaksel og apparat til brug herved - Google Patents

Description

DK 173164 B1 r 1 ] Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af krumtapdele til brug i en halv- eller helbygget krumtapaksel opbygget af flere gennem aksialt forløbende hovedlejetappe indbyrdes forbundne krumtapbugte, der 5 omfatter to arme og en plejlstangssøle, som forbinder armene, hvor hver arm forbindes med den tilhørende hovedlej etap ved hjælp af en krympeforbindelse omfattende et i et hul fastkrympet tapparti, fortrinsvis et hovedlej etapparti i et hul i krumtaparmen.

10 Med halvbygget krumtapaksel forstås en aksel, hvor hver krumtapbugt er fremstillet i et stykke til forskel fra en helbygget aksel, hvor bugtene er opbygget af to arme, der er påkrympet en plejlstangssøletap.

For begge akseltyper gælder, at det til motorens cylin-15 derantal svarende antal krumtapbugte samles til en hel aksel ved hjælp af hovedlejetappene. Sædvanligvis krym-pes et endeparti på en hovedlejetap fast i et tilhørende hul i krumtaparmen, hvilket blandt andet er beskrevet i dansk patent nr. 10Θ 246, men det er også som be-20 skrevet i dansk patent nr. 128 428 muligt at udforme de to hosliggende arme i hver sin krumtapbugt med et aksialt fremspringende tapparti, som krympes fast i et hul i en samlering, som lægges omkring de to nabotap-partier.

25 Det er et fællestræk ved de kendte halv- eller helbyggede krumtapaksler, at krympetrykket efter samlingen af akslen er begrænset af, at der kun må optræde flydning i materialet i umiddelbar nærhed af hullets indre overflade, dvs. nær samlefladen. Hvis krympetryk-30 ket er større, og der ved motorens drift optræder mere udbredt flydning i akselmaterialet, vil akslen ikke være i stand til at overføre det påførte moment uden at udsættes for en utilladelig deformation. Krympetrykket ** - 2 DK 173164 B1 fikserer de enkelte akseldele i forhold til hinanden og er dermed sammen med krympefladearealet bestemmende for størrelsen af det moment, som akslen kan overføre. Da krympetrykkets maksimale størrelse som nævnt er begræn-5 set af, at akslen 1 drift skal være formstabil, er det i de kendte aksler påkrævet at øge krympefladearealet og dermed akslens størrelse i aksial og/eller radial retning, hvis akslen skal udformes til overførelse af et større moment. Dette indebærer, at både krumtapaks-10 len og de tilstødende dele af motoren bliver mere pladskrævende og tungere, hvilket fordyrer motoren og mindsker dens virkningsgrad.

Opfindelsen har til formål at anvise en fremgangsmåde, som gør det muligt at fremstille., krumtapaks-15 ler, der kan overføre store momenter i forhold til akslens dimensioner.

Med henblik herpå er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at hullet inden påkrympnin-gen på det tilhørende tapparti påføres et radialrettet 20 tryk af en sådan størrelse, at spændingen i det mindste i en del af det omkring hullet beliggende materiale bringes op på materialets flydespænding.

Det inden krympningen påførte radialrettede tryk fremkalder flydespænding i materialet omkring hullet i 25 et ringformet område, hvis radiale udstrækning i retningen bort fra hulperiferien afhænger af størrelsen af det påførte tryk. Når det påførte tryk aflastes, sker der en elastisk aflastning af spændingerne i det ringformede område, så trykspændinger resterer i det nær-30 mest hulperiferien beliggende område af materialet, når det påførte tryk er fuldt aflastet. Når tappartiet efterfølgende krympes fast i hullet, modvirker disse trykspændinger de af krympetrykket fremkaldte spændin- DK 173164 B1 , 3 ger I materialet, så det totale spændingsniveau i den samlede aksel er mindsket for et bestemt krympetryk.

Fremgangsmåden kan anvendes til at øge det anvendte krympetryk, så krumtapakslen med uændrede dimen-5 sloner kan overføre større drejningsmoment, eller til at mindske akslens dimensioner uden ændring i dens evne til at overføre drejningsmoment, eller til en kombination af disse muligheder. Det større krympetryk giver mulighed for mindskning af krympearealet og dermed aks-10 lens længde, men det er også muligt at mindske tykkelsen af krympeflæsket omkring hullet som følge af det lavere spændingsniveau.

I en foretrukken fremgangsmåde anvendes ved et hul i en krumtaparm et tryk af en sådan størrelse, at 15 flydegrænsen opnås i materialet ved armens yderside i det område, hvor ydersiden ligger i kortest afstand fra hullet. Ved på denne måde at øge det påsatte tryk, indtil materialet er plastificeret over hele armens tykkelse, fremkommer ved trykaflastningen en maksimalt op-20 nåelig trykspænding i materialet nær hulperiferien.

Denne fulde udnyttelse af opfindelsens virkning kan med uændret geometri af krumtapakslen gøre det muligt at øge krympetrykket med op til 85% i forhold til de tidligere kendte aksler, hvilket sætter akslen i stand til 25 at overføre omtrent 85% større drejningsmoment.

Det radialrettede tryk kan påføres på forskellig vis. Det er muligt at påføre trykket på rent mekanisk vis ved at indsætte en udvidelig dorn i hullet, men det foretrækkes, at trykket påføres ved, at et tætnende 30 dæksel anbringes på hver side af armen ud for hullet, at hulrummet beliggende mellem dækslerne fyldes med trykfluidum at trykket i fluidummet bringes op på den ønskede størrelse, og at trykket aflastes og dækslerne 4 DK 173164 B1 fjernes. Anvendelsen af et trykfluidum giver den fordel, at hulperiferien påvirkes med et helt ensartet tryk over hele sit areal, hvilket næppe er opnåeligt ad rent mekanisk vej, fordi dornen må være udført i flere 5 stykker, som kan presses radialt udad, og disse stykker vil i løbet af udpresningen blive adskilt en anelse fra hinanden, og trykbelastningen på hulperiferien vil variere i overgangsområderne mellem stykkerne. Det er endvidere meget enkelt at indstille størrelsen af det 10 påførte tryk ved at styre trykket i det tilledte fluidtun.

Opfindelsen angår også et apparat til brug ved ovennævnte fremgangsmåder, hvilket apparat er ejendommeligt ved at omfatte en tap med mindre diameter end 15 hullet, to dæksler med større diameter end hullet, mindst et spændorgan til montering af de to dæksler på hver sin side af hullet med tappen beliggende i det væsentlige koaksialt i hullet og en fluidumtilgang, som i apparatets monterede stilling står i forbindelse med 20 hulrummet mellem tappen og hullets inderside. Apparatet er enkelt udformet og kan hurtigt monteres, anvendes og demonteres, så anvendelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ikke medfører væsentlige omkostningsforøgelser, men tværtimod store besparelser i den materiale-25 mængde, som medgår til fremstillingen af en aksel, som kan overføre et forudbestemt drejningsmoment. Da tappen skal have mindre diameter end hullet i krumtaparmen eller samleringen, kan et og samme apparat anvendes til aksler af forskellig størrelse.

30 I en foretrukken videreudvikling har hvert dæk sel på siden ind mod armen to rundtgående tætningsorganer, som i apparatets monterede stilling ligger tætnen-de an mod henholdsvis krumtaparmens sideflade og tap- 5 DK 173164 B1 pens endeflade. Tætningsorganerne bevirker, at fluidumtrykket kun virker på det ringformede dækselområde, som ligger mellem tætningsorganerne, hvilket i væsentlig grad nedsætter kraftpåvirkningen på dækslet, så stør-5 reisen af spændorganet ligesom tykkelsen af dækslerne kan mindskes, så apparatet bliver lettere og dermed mere håndterligt.

Opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til den meget skematiske tegning, hvor 10 fig. 1 viser et sidebillede af en arm i en krum tapbugt til en halvbygget aksel, fig. 2-4 diagrammer over spændingstilstanden i armmaterialet hhv. i en kendt samlet aksel, i en arm fremstillet ifølge opfindelsen inden krympningen og i 15 armen i fig. 3 efter krympesamlingen, fig. 5 et billede svarende til fig. 1 af en krumtaparm, hvor opfindelsen er udnyttet til at mindske materialemængden i akslen, og fig. 6 et tværsnit gennem et apparat ifølge op-20 findelsen, vist monteret på en krumtaparm.

I fig. l ses en krumtaparm i med et hul 2 for et tapparti på en ikke vist hovedlej etap med et centralt søleafsnit og to endepartier, der ved akslens samling krympes fast i det tilhørende hul 2 i hver 25 sin krumtapbugt. Krumtapbugten er til en halvbygget aksel og har en plejlstangssøle 3 udført ud i ét med bugtens to arme 1. Hullet 2 er på den bort fra sølen 3 vendende side af hullet omgivet af ringformet armmateriale 4 kaldet krympeflæsket.

30 Hvis tappartiet på kendt vis krympes fast i hul let 2, vil der efter akslens samling optræde de i fig. 2 viste spændinger i krympeflæsket. Abscisseaksen angiver her afstanden fra hullets centrum. Hullets pe- 6 DK 173164 B1 riferiflade ligger i afstanden a fra centrum, og b angiver afstanden til armens yderside i det område 5, hvor ydersiden ligger i kortest afstand fra hullet, dvs. den radialt ydre afslutning af krympeflæsket. Den 5 radiale tykkelse af krympeflæsket er således b-a (se fig. 6).

Krympetrykket fremkalder såvel radiale spændinger oR og tangentiale spændinger oT i armmaterialet, og den samlede spændingstilstand, referencespændingen, 10 findes som oref oR + oT. Den radiale spænding oR svarer ved hulperiferien til krympetrykket og er Ojj 0 ved armens yderside. På ordinataksen er spændingerne normeret med materialets flydespænding Of. Det ses af fig. 2, at krympetrykket er så stort, 15 at spændingen i materialet nær hulperiferien ligger på flydegrænsen.

I fig. 6 ses et apparat til trykbelastning af materialet omkring hullet 2, inden tappartiet krympes fast heri. Først placeres en tap 6 med mindre diame-20 ter end hullet 2 inde i dette, og dæksler 7 og Θ fastgøres på tappen ved hjælp af fastgørlngsorganer, såsom bolte 9, og spændes ind til tætnende anlæg mod armens sider 10, 11, så hullets ender lukkes og tappen er omgivet af et ringformet hulrum 12. En forsy-25 ningskilde for trykfluidum forbindes til en fluidumtilgang 13 i form af et gevindhul med en kanal, som fører ind i hulrummet 12. Fluidummets tilgangstryk kan styres, eksempelvis ved at forsyningskilden har større tryk end krævet, og at tilgangsledningen indeholder en 30 indstillelig trykreduktionsventil. Alternativt kan fluidummet leveres fra en trykpumpe med indstilleligt leveringstryk. Som fluidum anvendes fortrinsvis en væske, såsom olie eller vand.

DK 173164 B1 7 ! Når hulrummet 12 er fyldt med fluidum, og ς trykket stiger, vil spændingen i materialet ved hulpe riferien først bringes op på materialets flydespænding Of, og ved fortsat trykstigning i hulrummet plastifi-5 ceres materialet i voksende afstand fra hulperiferien.

Når den ønskede udstrækning af plastificeringen er opnået, aflastes trykket i hulrummet 12, hvilket giver en ren elastisk spændingsaflastning i materialet, og apparatet fjernes fra hullet 2, som herefter er klar 10 til påkrympning på et tapparti på helt sædvanlig vis.

Efter trykaflastningen vil der i den nærmest hulperiferien liggende del af materialet være trykspændinger som anskueliggjort i fig. 3 ved °reff mens der nær ydersiden af armen 1 eller samleringen vil 15 være trækspændinger. Fig. 4 viser spændingstilstanden i den samlede aksel i det tilfælde, hvor krympetrykket er af samme størrelse som i fig. 2. De resterende spændinger fremkommer som en addition af egensspændingerne vist i fig. 3 og de af krympetrykket frembragte spæn-20 dinger, og det ses, at oref i området nær hulperiferien ligger væsentlig lavere end materialets flydespænding Of, og at oref i området nær armens yderside ligger højere end i fig. 2. Ved passende valg af fluidumtrykkets maksimalværdi kan i den samlede aksel opnås 25 stort set konstant spænding ore£· 1 materialet beliggende mellem a og b og derned optimal udnyttelse af materialets styrke.

Det lavere spændingsniveau i den samlede aksel kan udnyttes til at øge krympetrykket, så akslen med 30 uændret krympeareal kan overføre større drejningsmoment. Alternativt kan krympearealet mindskes ved at give hullet mindre diameter og/eller mindske armens ak-siale bredde. Det er også muligt at reducere akslens 8 DK 173164 B1 vægt ved at mindske tykkelsen af krympeflæsket 4. I fig. 5 ses en krumtaparm, hvor opfindelsen er udnyttet til at mindske akslens vægt. Akslen kan overføre samme moment som akslen vist i fig. 1, og det ses, at mate-5 rialebesparelsen er betydelig.

Hvis akslen er helbygget, kan hullet for plejl-stangstappen forbelastes på samme måde som hullet 2 for hovedlejetappen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af krumtapdele til brug i en halv- eller helbygget krumtapaksel opbygget af flere gennem aksialt forløbende hovedlejetappe 5 indbyrdes forbundne krumtapbugte, der omfatter to arme og en plejlstangssøle, som forbinder armene, hvor hver arm forbindes med den tilhørende hovedlejetap ved hjælp af en krympeforbindelse omfattende et i et hul fast-krympet tapparti, fortrinsvis et hovedlejetapparti i et 10 hul i krumtaparmen, kendetegnet ved, at hullet inden påkrympnlngen på det tilhørende tapparti påføres et radialrettet tryk af en sådan størrelse, at spændingen i det mindste i en del af det omkring hullet beliggende materiale bringes op på materialets flyde- 15 spænding.

2. Fremgangsmåde ifølge krav ^kendetegnet ved, at der ved et hul i en krumtaparm anvendes et tryk af en sådan størrelse, at flydegrænsen opnås i materialet ved armens yderside i det område, 20 hvor ydersiden ligger i kortest afstand fra hullet.

3. Fremgangsmåde ifølge krav l eller 2, k e n -detegnet ved, at et tætnende dæksel anbringes på hver side af armen ud for hullet, at hulrummet beliggende mellem dækslerne fyldes med trykfluidum, at 25 trykket i fluidummet bringes op på den ønskede størrelse, og at trykket aflastes og dækslerne fjernes.

4. Apparat til brug ved fremgangsmåden ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at det omfatter en tap med mindre diameter end hullet, to dæks- 30 ler med større diameter end hullet, mindst et spændor-gan til montering af de to dæksler på hver sin side af hullet med tappen beliggende i det væsentlige koaksialt DK 173164 B1 1 hullet og en fluidumtilgang, som i apparatets monterede stilling står i forbindelse med hulrummet mellem tappen og hullets inderside.

5. Apparat iølge krav 4, kendetegnet 5 ved, at hvert dæksel på siden ind mod armen har to ringformede tætningsorganer, som i apparatets monterede stilling ligger tætnende an mod henholdsvis armens sideflade og tappens endeflade. *