МОНТАЖНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ МОНТАЖА МОДУЛЯ КРЫШКИ ВАЛА
ASSEMBLY DEVICE AND METHOD TO ASSEMBLE SHAFT COVER MODULE

Изобретение касается монтажного устройства для монтажа модуля крышки вала, который содержит крышку и, по меньшей мере, один функциональный вал, снабженный множеством функциональных элементов, которые установлены на валу, закрепленном в крышке с возможностью вращения, причем монтажное устройство содержит
- несколько расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга позиционирующих элементов для ориентированного размещения в каждом из них одного снабженного круглым центральным отверстием функционального элемента таким образом, что эти функциональные элементы в ориентированном состоянии принимают заданное азимутальное угловое положение друг относительно друга, и их центральные отверстия находятся на одной линии друг с другом,
- крепление крышки, посредством которого снабженная, по меньшей мере, двумя круглыми центральными отверстиями крышка головки цилиндров может фиксироваться с такой ориентацией, что отверстия в ее стенках находятся на одной линии с центральными отверстиями ориентированных функциональных элементов,
- опору пустотелого вала, посредством которой пустотелый вал может крепиться, находясь на одной линии в осевом направлении с центральными отверстиями функциональных элементов и отверстиями в стенках крышки, причем позиционирующие элементы и крепление крышки, с одной стороны, и опора пустотелого вала, с другой стороны, в ориентированном состоянии обладают возможностью осевого смещения друг относительно друга.
Изобретение касается также способа монтажа модуля крышки вала с применением монтажного устройства такого рода.
Такого рода монтажные устройства и способы монтажа известны из WO 2009/065970 A1. Описанные там устройства и способы служат, в частности, для изготовления модулей крышки кулачкового вала и головки цилиндра для двигателей внутреннего сгорания. Для этого на платформе машины фиксируется ряд находящихся в осевом направлении на расстоянии позиционирующих дисков. Каждый позиционирующий диск снабжен гнездом для кулачка. Кулачки выполняются в виде дисковидных элементов со шлифованным эксцентриковым контуром. Наружный контур соответствует расчетной форме, которая в каждом соответственно оптимизирована для конкретного случая применения, т.е. конкретного двигателя внутреннего сгорания, в котором должен применяться модуль. В дисках имеется, к тому же, круглое сквозное отверстие, перпендикулярное к плоскости диска. В позиционирующих дисках кулачки ориентируются друг относительно друга так, чтобы их относительное угловое и осевое положение соответствовало желаемому положению на кулачковом валу. При этом отверстия ориентируются корпусами дисков по одной линии друг относительно друга. Затем элемент крышки надевается на ориентированные кулачки так, чтобы отверстия в стенках элемента крышки находились на одной линии с отверстиями кулачков. Сильно переохлажденный относительно кулачков и элемента крышки пустотелый вал затем вставляется в отверстия. Наружный диаметр пустотелого вала и внутренний диаметр отверстий имеют такие размеры, что пустотелый вал в переохлажденном состоянии без усилий или, по меньшей мере, с небольшими усилиями может вставляться в отверстия, в отличие от чего его диаметр в непереохлажденном состоянии несколько больше, чем внутренний диаметр отверстий кулачков, и очень ненамного меньше, чем внутренний диаметр отверстий крышки. При таком выборе размеров осуществляемое затем выравнивание температуры приводит к прочному прессовому соединению пустотелого вала с кулачками и к обеспечению осуществляемой без зазора, обеспечивающей возможность вращательного движения опоры пустотелого вала в отверстиях крышки.
Надевание крышки на ориентированные кулачки предполагает, что элемент крышки выполнен открытым «книзу», т.е. с его стороны, обращенной к монтажному устройству. Такое исполнение элемента крышки вполне может быть реализовано, по меньшей мере, в области кулачков распределительного вала. Впрочем, характерные кулачковые валы включают в себя, кроме кулачков распределительного вала, еще дополнительные функциональные элементы. В качестве особенно важного примера здесь можно назвать шестерню цепи привода кулачкового вала или кулачок масляного насоса. В смонтированном состоянии двигателя внутреннего сгорания масляный насос имеет конфигурацию бортика, начинающегося от крышки головки цилиндра, который закрывается крышкой насоса и внутри которого на относительно небольшом расстоянии от образованного бортиком корпуса насоса вращается кулачок насоса. Кулачок насоса установлен на кулачковом валу и вращается при его вращении. Технологически особенно удобно было бы выполнить корпус масляного насоса не как отдельный конструктивный элемент, который должен прифланцовываться к крышке головки цилиндра, а цельно с элементом крышки. При таком исполнении крышки, однако, не может применяться известный способ, который, как пояснялось выше, предполагает открытый «книзу» элемент крышки, так как бортик, образующий корпус насоса, кольцеобразно охватывает соответствующее отверстие в стенках элемента крышки. Таким образом, кулачок насоса невозможно опереть в позиционирующем диске соответственно кулачкам распределительного вала, ориентировать и накрыть элементом крышки.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствовать монтажное устройство такого рода, а также известный способ таким образом, чтобы функциональный вал мог снабжаться краевым функциональным элементом, который в смонтированном модуле крышки вала кольцеобразно охвачен бортиком элемента крышки.
Эта задача решается в соответствии с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения за счет того, что краевой в осевом направлении позиционирующий элемент в ориентированном состоянии обладает возможностью осевого смещения относительно позиционирующих элементов, расположенных в осевом направлении ближе к середине.
Изобретение решается также с помощью способа с признаками п. 6 формулы изобретения, т.е. с помощью способа монтажа модуля крышки вала, который включает в себя крышку и, по меньшей мере, один функциональный вал, снабженный множеством функциональных элементов, которые установлены на валу, закрепленном в крышке с возможностью вращения, с применением предлагаемого изобретением монтажного устройства, при этом одно из отверстий в стенках крышки охвачено направленным наружу бортиком, включающим в себя следующие шаги:
- расположение и ориентация функциональных элементов в позиционирующих элементах,
- расположение и ориентация крышки в креплении крышки, при этом множество позиционирующих элементов расположено внутри крышки и, по меньшей мере, указанный краевой позиционирующий элемент вне крышки и рядом с бортиком крышки,
- переохлаждение пустотелого вала относительно функциональных элементов и крышки,
- расположение и ориентация пустотелого вала в опоре пустотелого вала,
- смещение позиционирующих элементов относительно опоры пустотелого вала, так чтобы пустотелый вал пронизывал отверстия в стенках крышки, а также центральные отверстия тех функциональных элементов, которые находятся в расположенных внутри крышки позиционирующих элементах,
- смещение краевого позиционирующего элемента относительно опоры пустотелого вала и расположенных внутри крышки позиционирующих элементов, так чтобы центральное отверстие расположенного в краевом позиционирующем элементе функционального элемента располагалось внутри бортика крышки и пронизывалось пустотелым валом,
- осуществление выравнивания температуры между функциональными элементами, крышкой и пустотелым валом.
Изобретение по существу предусматривает применение для краевого функционального элемента специального позиционирующего элемента, с помощью которого функциональный элемент сначала может ориентироваться только в отношении своего углового положения и своей ориентации в осевом направлении на одной линии, однако не в отношении своего осевого положения. Более того, изобретение позволяет расположить краевой функциональный элемент на значительно большем расстоянии от остальных функциональных элементов, чем предусмотрено в готовом модуле, и только после введения пустотелого вала в отверстия стенок крышки и прочих функциональных элементов путем относительного осевого смещения его позиционирующего элемента перевести в осевое правильное положение, т.е. нанизать его отверстие на находящийся внутри бортика конец вала.
Кроме того, предпочтительно, если функциональные элементы при их расположении в позиционирующих элементах обладают относительным зазором, чтобы облегчить продевание пустотелого вала.
При этом необходимо было бы предусмотреть как зазор, допускающий осевое смещение, так и зазор в отношении окончательного относительного углового положения функциональных элементов на пустотелом валу.
Таким образом, предпочтительно возможно ориентировать функциональные элементы при продевании пустотелого вала по одной линии и устанавливать окончательное положение угла поворота на пустотелом вале только при введенном пустотелом вале. При этом необходимо было бы предусмотреть зазор угла поворота функциональных элементов в позиционирующих элементах, равный примерно 1-5 градусов, предпочтительно 3 градуса.
Таким образом, уменьшается чувствительность предлагаемого изобретением устройства к допускам, что значительно упрощает его монтаж.
Для этого предпочтительно, если расположенные в осевом направлении ближе к середине позиционирующие элементы зафиксированы на первой платформе машины, обладающей возможностью осевого смещения относительно опоры пустотелого вала, и краевой позиционирующий элемент зафиксирован на второй платформе машины, обладающей возможностью осевого смещения относительно опоры пустотелого вала и относительно первой платформы машины. Другими словами, известное монтажное устройство, которое включало в себя два узла, обладающих возможностью осевого смещения друг относительно друга, а именно опору пустотелого вала, с одной стороны, и первую платформу машины с позиционирующими элементами, за исключением краевого позиционирующего элемента, с другой стороны, дополняется другим узлом, а именно второй платформой машины, которая несет на себе краевой позиционирующий элемент, при этом вторая платформа машины обладает возможностью осевого смещения относительно двух первых названных частей устройства. Это позволяет осуществлять первый шаг способа, в котором путем смещения опоры пустотелого вала относительно первой платформы машины пустотелый вал вставляется в отверстия стенок крышки и расположенных внутри стенок крышки функциональных элементов, а также второй шаг способа, в котором краевой функциональный элемент смещается путем относительного движения двух вышеназванных частей в его правильное осевое положение.
При этом предпочтительно предусмотрено, что краевой позиционирующий элемент снабжен кронштейном с находящимся на его свободном конце гнездом для соответствующего функционального элемента, который распространяется от соединенного со второй платформой машины цоколя на некотором расстоянии от второй платформы машины в направлении прочих позиционирующих элементов. Это означает, другими словами, что краевой функциональный элемент крепится так, что расстояние от него вертикально «вниз», т.е. в направлении его платформы машины, остается свободным, так что краевой функциональный элемент может вставляться в бортик, который охватывает отверстие в стенках крышки и пронизывающий его концевой отрезок вала, путем чисто осевого движения.
В принципе, настоящее изобретение касается только осевой относительной подвижности отдельных частей монтажного устройства. Особенно предпочтительным оказался, однако, один из вариантов осуществления, при котором опора пустотелого вала зафиксирована на фундаменте машины, на который опирается выполненная в виде салазок первая платформа машины с возможностью осевого смещения. Это означает, что предпочтительно опора пустотелого вала является неподвижной, а первая платформа машины подвижной.
В одном из усовершенствований этого варианта осуществления предусмотрено, что вторая платформа машины выполнена в виде салазок, закрепленных с возможностью осевого смещения на первой платформе машины. Тем самым просто обеспечивается ориентация в осевом направлении по одной линии всех функциональных элементов. Для необходимой ориентации по одной линии пустотелого вала относительно функциональных элементов, таким образом, не требуется отдельная ориентация пустотелого вала относительно краевого функционального элемента, с одной стороны, и прочих функциональных элементов, с другой стороны. Напротив, эта ориентация может выполняться за один шаг ориентации.
Как, в принципе, известно из уровня техники, наружный диаметр пустотелого вала в переохлажденном состоянии предпочтительно меньше, а в непереохлажденном состоянии больше, чем внутренний диаметр центральных отверстий функциональных элементов. Это позволяет, с одной стороны, практически без усилий вставлять переохлажденный пустотелый вал в отверстия функциональных элементов и получать надежное прессовое соединение функциональных элементов с валом после осуществления выравнивания температуры. Иначе обстоит дело с соотношением диаметров пустотелого вала и отверстий в стенках крышки: здесь предпочтительно, если наружный диаметр пустотелого вала в непереохлажденном состоянии соответствует внутреннему диаметру отверстий в стенках крышки таким образом, что вал после осуществления выравнивания температуры удерживается в отверстиях стенок крышки без зазора и с возможностью вращательного движения.
Предпочтительно применение настоящего изобретения в области строительства двигателей внутреннего сгорания. В частности, при предпочтительном применении предусмотрено, чтобы крышка представляла собой крышку головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, расположенные в позиционирующих элементах внутри крышки функциональные элементы являлись кулачками распределительного вала двигателя внутреннего сгорания, а расположенный в краевом позиционирующем элементе функциональный элемент был кулачком масляного насоса.
Другие признаки и преимущества изобретения содержатся в последующем отдельном описании и чертежах.
ПОКАЗАНО:
фиг. 1: схематичное изображение предлагаемого изобретением монтажного устройства в первом положении монтажа,
фиг. 2: монтажное устройство, показанное на фиг. 1, во втором положении монтажа,
фиг. 3: монтажное устройство, показанное на фиг. 1, в третьем положении монтажа,
фиг. 4: схематичное изображение модуля крышки вала, изготовленного способом, показанным на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показано предлагаемое изобретением монтажное устройство 10 в сильно схематизированном изображении. Монтажное устройство 10 включает в себя фундамент 12 машины, на котором неподвижно смонтирована опора 14 пустотелого вала. Первая платформа 16 машины в виде салазок закреплена с возможностью осевого смещения на фундаменте 12 машины. На первой платформе 16 машины соответственно попарно рядом в осевом направлении друг за другом зафиксировано восемь позиционирующих дисков 18. Позиционирующие диски 18 снабжены не изображенными подробно и детально ориентировочными гнездами, значение которых будет поясняться ниже.
Кроме того, на первой платформе 16 машины зафиксировано не изображенное подробно на фигурах крепление крышки, значение которого также будет поясняться ниже.
Вторая платформа 20 машины выполнена в виде других салазок и закреплена с возможностью осевого смещения на первой платформе 16 машины. На второй платформе 20 машины зафиксирован позиционирующий держатель 22, который снабжен изогнутым в осевом направлении к позиционирующим дискам 18 кронштейном 24 держателя, на острие которого расположено другое, не изображенное детально на фигурах ориентировочное гнездо. Благодаря изогнутой форме позиционирующего держателя 22 ориентировочное гнездо на острие кронштейна 24 держателя не застроено в радиальном направлении со всех сторон, в частности имеется вертикальное свободное пространство между ориентировочным гнездом и второй платформой 20 машины.
В каждое из ориентировочных гнезд позиционирующих дисков вставлен кулачок 100 распределительного вала. Кулачки 100 распределительного вала выполнены в виде дисков, имеют эксцентриковый наружный контур и снабжены круглым центральным отверстием 102. Они ориентируются в ориентировочных гнездах позиционирующих дисков так, чтобы их центральные отверстия 102 находились на одной линии друг с другом, и их эксцентриситеты принимали друг относительно друга угловое положение, которое соответствует желаемому угловому положению кулачкового вала двигателя внутреннего сгорания, который должен монтироваться.
На позиционирующие диски 18 и кулачки 100 распределительного вала надет элемент 104 крышки и зафиксирован посредством не видимого на фигурах крепления крышки. Элемент 104 крышки снабжен круглыми отверстиями 106, 108 в стенках, которые ориентированы так, чтобы они находились на одной линии с центральными отверстиями кулачков 100 распределительного вала. Одно из отверстий в стенках, на фигурах обозначенное номером позиции 108, охвачено бортиком 110, который в окончательно смонтированном состоянии должен образовывать корпус масляного насоса.
В ориентировочном гнезде на острие кронштейна 24 держателя вставлен кулачок 112 насоса, который в окончательно смонтированном состоянии должен образовывать существенный функциональный элемент вышеназванного насоса. Кулачок 112 насоса, как и кулачок 100 распределительного вала, выполнен в виде диска и снабжен центральным отверстием 113.
В опоре 14 пустотелый вал 114 закреплен таким образом, что он находится на одной линии с отверстиями 106 в стенках элемента 104 крышки, с центральными отверстиями 102 кулачков 100 распределительного вала и с центральным отверстием 113 кулачка 112 насоса. Диаметр пустотелого вала 114 выбран так, что при выравнивании температуры он несколько больше, чем внутренний диаметр центральных отверстий 102 кулачков 100 распределительного вала, а также центрального отверстия 113 кулачка 112 насоса, и совсем ненамного меньше, чем внутренний диаметр отверстий 106 в стенках элемента 104 крышки. Кроме того, наружный диаметр пустотелого вала 114 выполнен так, что при сильном переохлаждении он значительно меньше, чем внутренний диаметр всех вышеназванных отверстий 102, 106, 113.
Исходя из конфигурации, показанной на фиг. 1, пустотелый вал 114 сильно переохлаждается, например, посредством жидкого азота. Конечно, можно также сначала переохладить пустотелый вал 114, а затем зафиксировать в опоре 14 пустотелого вала. Альтернативно или дополнительно кулачки 100 распределительного вала, а также кулачки 112 насоса могут нагреваться относительно температуры помещения. В любом случае необходимо достичь состояния относительного переохлаждения пустотелого вала 114, пояснявшегося выше на примере относительного диаметра. Как обозначено стрелкой 200 смещения, вторая платформа 16 машины со всеми надстройками смещается в направлении опоры 14 пустотелого вала и зафиксированного там, относительно переохлажденного пустотелого вала 114 в осевом направлении. Благодаря поясненным выше соотношениям диаметров пустотелый вал 114 практически без усилий может вставляться в отверстия 106 стенок и центральные отверстия 113. Эта ситуация изображена на фиг. 2.
В другом шаге способа, как обозначено стрелкой 300 смещения, вторая платформа 20 машины смещается со всеми надстройками относительно фундамента 12 машины и первой платформы 16 машины в направлении последней в осевом направлении. Благодаря этому кулачок 112 насоса своим центральным отверстием 113 надевается на находящийся внутри бортика 110 конец пустотелого вала 114. Эта ситуация изображена на фиг. 3.
Затем осуществляется выравнивание температуры между пустотелым валом 114 и кулачками 100 распределительного вала и 112 насоса, а также элементом 104 крышки, так что получается прочное прессовое соединение между пустотелым валом 114 и кулачками 100, 112, однако результирующий кулачковый вал опирается в отверстиях 106 стенок элемента 104 крышки без зазора и с возможностью вращательного движения. Результирующий модуль 400 крышки, который затем может быть отсоединен от предлагаемого изобретением монтажного устройства, изображен на фиг. 4.
Конечно, изложенные в отдельном описании и показанные на фигурах варианты осуществления представляют собой только иллюстративные примеры осуществления настоящего изобретения. Специалисту в свете настоящего описания предоставляется широкий спектр возможностей варьирования. В частности, вид, параметры и конфигурация функциональных элементов, в частности кулачков 100, 112, могут адаптироваться к требованиям отдельного случая.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10 Монтажное устройство
12 Фундамент машины
14 Опора пустотелого вала
16 Первая платформа машины
18 Позиционирующий диск
20 Вторая платформа машины
22 Позиционирующий держатель
24 Кронштейн держателя 22
100 Кулачки распределительного вала
102 Центральное отверстие поз.100
104 Элемент крышки
106 Отверстие в стенках поз.104
108 Отверстие в стенках поз.104
110 Бортик вокруг поз.108
112 Кулачки насоса
113 Центральное отверстие поз.112
114 Пустотелый вал
200 Стрелка смещения
300 Стрелка смещения
400 Модуль крышки вала