專利名稱：提高曲軸的疲勞壽命、特別是彎曲疲勞壽命及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用脈動壓力機或敲擊裝置通過局部錘擊高受載區(qū)域來提高曲軸、特別是大型曲軸的疲勞壽命、特別是彎曲疲勞壽命及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的方法；所述高受載區(qū)域諸如是槽、孔口及斷面連接處；所述脈動壓力機或敲擊裝置經(jīng)敲擊工具把內(nèi)在的壓縮應力引入曲軸中。本發(fā)明還涉及提高曲軸疲勞壽命的裝置。
這種形式的方法及裝置已在DE 34 38 742 C2中作了描述。
為了避免局部錘擊期間切向應力的有害引入，曾建議在此情況下，在脈動壓力作用于發(fā)出沖擊的物體與工件表面之間的時間內(nèi)，不允許發(fā)生垂直于沖擊方向的相對運動。為此目的，進給應該發(fā)生在當內(nèi)在的壓縮應力被敲擊工具引入的間隔中。
本發(fā)明的目的基于進一步改進最初提及的方法，特別是關于效率及提高疲勞壽命、尤其是彎曲疲勞壽命及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的在脈動壓力裝置或敲擊機上實現(xiàn)，所述裝置或機器在壓縮應力被引導至敲擊工具與要處理的曲軸段之間的時候，僅在垂直曲軸段的表面的平面上實施相對運動。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，如同現(xiàn)有技術的情況，要極力地避免切向應力，即使如果不能完全地避免。這特別是在這種情況下當曲軸在處理期間繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，隨著曲軸的旋動運動，而由敲擊要處理的曲軸段的敲擊工具引入的內(nèi)在的壓縮應力在敲擊工具作用在曲軸上的期間內(nèi)，所述通過敲擊的引入被停止。
為了實現(xiàn)這點，可提供本發(fā)明的一種高度有益的改進，在敲擊工具的作用期間內(nèi)，敲擊壓力要這樣選擇需要停止曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。
與現(xiàn)有技術相反，所述方法可以這種方式來實施由于曲軸的繼續(xù)驅(qū)動，因此造成有可能以恰當?shù)暮唵畏绞饺?gòu)造根據(jù)本發(fā)明的裝置。
為此目的，所需的一切是這樣選擇敲擊頻率和敲擊壓力或敲擊力使得曲軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動和與它有關的部件，諸如傳動裝置，無損害地產(chǎn)生施加的“強制停止”。
在實踐中，整個驅(qū)動系統(tǒng)通過“強制停止”就像彈簧一樣被施壓，然后這個彈簧再被卸載，而相應地曲軸再進行旋轉(zhuǎn)運動。
在實踐中，已發(fā)現(xiàn)有利的敲擊頻率在0.1-20Hz之間，較好是在1-10Hz之間，而甚至更好是在3-6Hz之間。根據(jù)操作情況，敲擊壓力應在10-300bar之間，較好是在30-130bar之間，而甚至更好是在50-120bar之間。
上面提及的值可在實踐中優(yōu)化地實施根據(jù)本發(fā)明的方法。
待處理的曲軸段的區(qū)域的溫度應不高于65℃，較好是在12°-25℃數(shù)值之間。
根據(jù)本發(fā)明的方法還可應用于利用其它方法先前已處理過的曲軸，所述其它方法用于提高它們的疲勞壽命特性。例如，對已通過感應淬硬處理過的曲軸，也可能應用根據(jù)本發(fā)明的方法通過引入內(nèi)在的壓縮應力，在往后再提高其彎曲疲勞壽命和疲勞壽命。
在實踐中，曾發(fā)現(xiàn)通過經(jīng)由通常是球形的敲擊工具引入內(nèi)在的壓縮應力，由于材料的模數(shù)，甚至也有可能在無載荷下形成表面裂紋。通常，這些裂紋不會有任何進一步的擴張，而在疲勞壽命特性上也不嚴重，雖然它們至少是有礙于外觀印象。在本發(fā)明的一項改進中，一旦內(nèi)在的壓縮應力已經(jīng)由敲擊工具引入，通過把要處理的曲軸段的表面切削去，由此就可能造成靠近表面的內(nèi)在的壓縮應力被減小，和使所述表面上的變形裂紋被除去。因此就可能形成內(nèi)在的壓縮應力接近所述表面。
由于內(nèi)在的壓縮應力可被引入15mm的深度或甚至更深，這意味著在所述表面區(qū)域的幾毫米材料可能被去除，例如0.3-2mm，較好是0.5mm，而對于曲軸的彎曲疲勞壽命或疲勞壽命沒有不良作用。
可用各種方法去除所述表面，例如利用磨削、車削或銑削。
特別是在大型曲軸的情況下，所謂的垂曲線形狀經(jīng)常被選用于槽半徑。經(jīng)常希望的是非常大的連接半徑，以便保持載荷應力相對地低，同時另一方面，對運行表面的連接處希望的是相對小的半徑，以便獲得盡可能廣范圍的工作(運行)表面。
然而，在過去，在實踐中以技術上很好的方式把內(nèi)在的壓縮應力引入垂曲線形狀方面曾是有問題的。
為了解決這個問題，本發(fā)明的一個改進現(xiàn)在建議在要處理的曲軸段的一種改善中，而它是垂曲線形的，初始輪廓形式的連續(xù)連接半徑，通過經(jīng)敲擊工具引入的內(nèi)在的壓縮應力而被壓縮，并且然后通過從所述表面去除材料的方法，使所述連接半徑被加工成所要求的垂曲線形狀的最終輪廓。
這意味著提供了初始的輪廓，它具有對應于大的連接半徑的連續(xù)的連接半徑。這個半徑通過用敲擊工具的沖擊強化而被壓縮，而后連接半徑被加工至所要求的垂曲線形的最終輪廓，它具有相應地大的連接半徑，而對于工作(運行)表面連接處具有相當小的半徑。
這個處理可用與為克服或避免裂紋而采取的表面處理相同的方法來實施，例如通過磨削、車削或銑削。
作為這個處理的替代，有可能造成要被加工至和處于垂曲線形狀的曲軸段的一種改善中，敲擊工具的垂曲線形狀被構(gòu)成于在曲軸縱向延伸的平面上，同時，例如圓球形狀被構(gòu)成于垂直所述縱向的平面上。
因此諸如這樣的敲擊工具，它在敲擊區(qū)域中不再具有正常的圓球形狀，允許輪廓形狀在一個工序中被壓縮，并可由此產(chǎn)生所述輪廓形狀而不用另外的切削。
作為替代每臺敲擊機上的兩個敲擊工具，也可能提供脈動壓力裝置或敲擊機，它們每個在敲擊方向上與它們的縱軸線對準，而在每種情況下，僅通過一個敲擊工具使內(nèi)在的壓縮應力被引入，所述一個敲擊工具被布置在相關的脈動壓力裝置或敲擊機中。
這個改善導致與曲軸段的線接觸，所述曲軸段是所有敲擊區(qū)域中留下要被處理的。
根據(jù)本發(fā)明的方法不僅可用于提高曲軸的彎曲疲勞壽命及疲勞壽命，而且還可以有利的方式調(diào)直細長的部件，特別是曲軸的細長部件。在這個過程中，內(nèi)在的壓縮應力以局部限定的方式通過根據(jù)本發(fā)明的方法應用敲擊工具而被引入，以便使相應地彎曲的曲軸變直。為此目的，需要各敲擊工具僅布置在合適的各點上。與已知的調(diào)直方法相反，根據(jù)本發(fā)明的這個方法對疲勞壽命沒有不利作用。相反，根據(jù)本發(fā)明的這個方法的一個副作用是甚至對曲軸或細長部件的疲勞壽命具有有利的影響。
雖然已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的處理曲軸方法，它原則上也適用于其它細長的部件，諸如壓縮機軸、偏心軸或交叉連接軸。原則上，本發(fā)明涉及受到特殊動態(tài)載荷的所有部件。
在下文中將參考附圖從原理上描述本發(fā)明的示例性實施例，其中

圖1顯示實施本方法的裝置的總體視圖；圖2顯示脈動壓力機，放大地圖釋圖1的細部“A”；圖3顯示貫穿曲軸III-III部分的剖視圖，以便在軸向圖釋圖2所示的脈動壓力機；圖4顯示具有垂曲線形狀的敲擊工具的側(cè)視圖；圖5顯示敲擊工具的軸向(圖4中箭頭A的方向)視圖；和圖6顯示僅具有一個敲擊工具的脈動壓力機的細節(jié)。
原則上，圖1中圖釋的總體視圖的裝置的結(jié)構(gòu)對應于根據(jù)DE 34 38742 C2的裝置的結(jié)構(gòu)，后者具有多個脈動壓力機1，為此理由，下文中將僅更詳細地描述主要部件及與現(xiàn)有技術的差別。
所述裝置具有機座2和帶有傳動裝置3′的齒輪箱3，為了使工件、特別是曲軸4轉(zhuǎn)動。曲軸4被夾持在支承5中，使得它能在遠離齒輪箱3及傳動裝置3′的端部處轉(zhuǎn)動。
驅(qū)動器6保證經(jīng)傳動裝置3′使曲軸4連續(xù)地轉(zhuǎn)動，曲軸4被夾持在卡盤7中。
在下文中描述的每臺脈動壓力機1(附圖中圖釋了兩個)在移動及調(diào)節(jié)裝置9中保持是可調(diào)節(jié)的，以便使它們與曲軸4的位置及長度相匹配。
在圖2中更詳細地圖釋了脈動壓力機1的結(jié)構(gòu)。這臺機器具有座體10，座體10設置有對應于要處理的曲軸段的半徑的棱形觸頭11，并在其內(nèi)具有導向件12，由于要求與曲軸4的尺寸關系相匹配，導向件12在它們的支承平面上帶有兩個砧塊13，并在該支承角度內(nèi)賦予它們繞螺栓15轉(zhuǎn)動的相應自由度。在兩個砧塊13中的每一個的前端處布置有球作為敲擊工具14。中間件16提供了敲擊活塞17與螺栓15之間的連接，螺栓15把沖擊能量傳至砧決13。
為了提高沖擊的效率，加壓的棱柱體18利用可調(diào)節(jié)的擰緊螺栓20和擰緊螺母21可經(jīng)彈簧19安裝在座體10的對置面上。
需要的話，沿中心運行和如果合適沿偏心運行的所有區(qū)域，都可通過在待處理的曲軸4的長度上布置多臺脈動壓力機1，被同時處理。
驅(qū)動器6及傳動裝置3′被構(gòu)造成這樣它們產(chǎn)生曲軸4的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。然而，敲擊工具14一敲擊曲軸4，所述旋轉(zhuǎn)運動就被強制中斷，而因為敲擊工具14敲擊期間的高沖擊強度，曲軸4被停止轉(zhuǎn)動。這明顯地引致在傳動裝置3′中產(chǎn)生應力，但由于互相作用過程中特殊的傳動耦合和特殊地匹配的傳動作用，這不會導致?lián)p害。所述工作較好是在敲擊頻率為3-6Hz及壓力為50-120bar時實施。
為防止或避免裂紋，如果要求，曲軸4也可應用磨削、銑削或車削工具從被處理的曲軸段上去除深度達到1.5mm的材料。
圖4及5顯示敲擊工具14′，它是垂曲線形的，從在垂曲線形狀中增強半徑連接(radii junction)，如能看到的，敲擊工具14′在曲軸4的縱向具有兩個不同的半徑；特別是較大的半徑Ry，例如17mm的半徑，和較小的半徑Rx，例如8mm的半徑。較小的半徑Rx代表連接至工作(運行)表面的連接半徑。如可從圖5看到的，敲擊工具14′在敲擊工具14′的垂曲線形狀的垂直方向上，就是說相對于曲軸4的縱向軸線橫向具有球半徑Rz。
圖6顯示脈動壓力機1′，它僅設置有一個敲擊工具14。在此情況下，脈動壓力機1′被布置得相對曲軸4傾斜，確切地說是處于這種方式與脈動壓力機1′的縱軸線同軸線設置的敲擊工具14垂直地敲擊待處理的曲軸段的區(qū)域。在此情況下，雖然在每種情況下僅處理一個曲軸段，但另一方面為此目的，脈動壓力機1的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及力的傳動都較好及較簡單。此外，這種工具允許孔端部在垂直方向被增強。
已發(fā)現(xiàn)這種改善應用于非對稱的曲軸段，諸如端部區(qū)域及油孔端部，特別有益；然而，它也可被用在其它的部件上，特別是內(nèi)在的壓縮應力不能被對稱地引入的壓段。
權利要求
1.一種利用脈動壓力機或敲擊裝置通過局部敲擊高受載區(qū)域來提高曲軸、特別是大型曲軸的疲勞壽命、特別是彎曲疲勞壽命及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的方法，所述高受載區(qū)域諸如是槽、孔口及斷面連接處，所述脈動壓力機或敲擊裝置經(jīng)敲擊工具把內(nèi)在的壓縮應力引入曲軸，其特征在于當壓縮應力被引入敲擊工具(14)和待處理的曲軸段之間時，脈動壓力裝置或敲擊機(1)僅在垂直于曲軸段表面的平面上實施相對運動，在處理期間曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動；敲擊工具(14)起作用的期間和敲擊壓力被選擇成這樣當敲擊工具(14)敲擊待處理的曲軸段同時內(nèi)在的壓縮應力被引入時，需要停止曲軸(4)的旋轉(zhuǎn)運動。
2.如權利要求1中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊頻率在0.1-20Hz之間。
3.如權利要求2中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊頻率在1-10Hz之間。
4.如權利要求3中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊頻率在3-6Hz之間。
5.如權利要求1中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊壓力在10-300bar之間。
6.如權利要求5中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊壓力在30-130bar之間。
7.如權利要求6中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的敲擊壓力在50-110bar之間。
8.如權利要求1-7中一項所要求的方法，其特征在于待處理的曲軸段的區(qū)域的溫度小于65℃。
9.如權利要求8中所要求的方法，其特征在于待處理的曲軸段的區(qū)域的溫度在12°-25℃之間。
10.如權利要求1中所要求的方法，其特征在于利用敲擊工具(14)把內(nèi)在的壓縮應力引入曲軸(4)上，所述曲軸(4)已預先用于提高疲勞壽命特性的方法處理過。
11.如權利要求10中所要求的方法，其特征在于在曲軸(4)的感應硬化之后，通過敲擊工具(14)把內(nèi)在的壓縮應力引入。
12.如權利要求1-11中一項所要求的方法，其特征在于一旦內(nèi)在的壓縮應力已通過敲擊工具而被引入，靠近表面的內(nèi)在的壓縮應力通過切削待處理的曲軸段的表面而被減小。
13.如權利要求12中所要求的方法，其特征在于高達3mm的被處理曲軸段的表面被去除。
14.如權利要求13中所要求的方法，其特征在于0.3-2mm之間的被處理曲軸段的表面被去除。
15.如權利要求12、13或14中所要求的方法，其特征在于所述去除通過磨削、車削或銑削來實施。
16.如權利要求1-15中一項所要求的方法，其特征在于待處理的曲軸段的一種改進中，所述曲軸段是垂曲線形的，原始輪廓形的連續(xù)連接半徑通過經(jīng)由敲擊工具(14′)引入內(nèi)在的壓縮應力而被壓縮，然后所述連接半徑通過用于從表面去除材料的方法被處理成所要求的最終輪廓，如垂曲線形狀。
17.如權利要求1-16中一項所要求的方法，其特征在于在待處理的垂曲線形曲軸段的一種改進中，敲擊工具(14)設置有所要求的垂曲線形狀。
18.如權利要求17中所要求的方法，其特征在于敲擊工具(14)的垂曲線形狀在沿曲軸(4)的縱向延伸的平面上形成，而球形狀在與所述縱向垂直的平面上形成。
19.如權利要求1-18中一項所要求的方法，其特征在于每臺脈動壓力裝置或敲擊機(1)在敲擊方向上與它們的縱軸線對準，在每種情況下內(nèi)在的壓縮應力僅由一個敲擊工具(14)引入，敲擊工具(14)布置在相關的脈動壓力裝置或敲擊機(1)中。
20.利用脈動壓力機或敲擊裝置來實施如權利要求1-19所要求的方法的裝置，所述脈動壓力機設置有敲擊工具和使曲軸轉(zhuǎn)動的傳動裝置，其特征在于傳動裝置(3′)設有使曲軸(4)連續(xù)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動器(6)，在此情況下，驅(qū)動系統(tǒng)可以以支在彈簧上的方式受壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過局部有限制的錘擊高應力區(qū)域來提高曲軸的彎曲強度及持久(疲勞)極限，所述高應力區(qū)域諸如是槽、孔口及斷面過渡區(qū)，在該方法中使用了壓力沖擊機或具有錘打工具的錘打裝置。當壓縮應力被引入錘打工具與要處理的曲軸段的所述表面之間時，壓力沖擊機或錘打裝置僅實施錘打工具對要處理的曲軸段的表面的相對運動。本發(fā)明還涉及提高曲軸的持久極限的裝置。
文檔編號B24B39/04GK1922334SQ200580005764
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權日2004年2月23日
發(fā)明者A·里布, J·施米德特, A·貝姆克 申請人:阿爾芬·凱斯勒機械制造有限責任公司