專利名稱：帶有滾輪的凸輪隨動件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有滾輪的凸輪隨動件，尤其涉及一種用于車輛內(nèi)燃機(jī)閥機(jī)構(gòu)的帶有滾輪的凸輪隨動件。
背景技術(shù)：
通常人們都知道具有可變閥計時機(jī)構(gòu)、諸如VTEC(可變閥計時和行程電子控制系統(tǒng))(Variable Valve Timing & Lift Electronic Control System)的內(nèi)燃機(jī)。
在這樣的內(nèi)燃機(jī)中，閥機(jī)構(gòu)被做成當(dāng)機(jī)構(gòu)高速運(yùn)行時兩驅(qū)動鎖扣臂和將兩驅(qū)動鎖扣臂連接起來的連接鎖扣臂一起啟動，而當(dāng)機(jī)構(gòu)低速運(yùn)行時兩驅(qū)動鎖扣臂獨立地啟動。
在各驅(qū)動鎖扣臂和連接鎖扣臂中，接觸凸輪的滾輪由一針形軸承支承。目前，作為用于支承滾輪的軸的材料，在驅(qū)動鎖扣臂中使用SUJ2，而在連接鎖扣臂中使用滲碳鋼。這些材料的使用是因為如下的原因。
在發(fā)動機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換銷不啟動，產(chǎn)生的小載荷施加在支承滾輪的針形軸承。因此，將SUJ2材料用于驅(qū)動鎖扣臂。
但在發(fā)動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換銷啟動而使驅(qū)動鎖扣臂和連接鎖扣臂的軸相連，從而產(chǎn)生一過大的載荷施加在支承連接鎖扣臂中的滾輪的針形軸承上。因此，軸承必需有大的寬度，以確保有長的使用壽命。
此外，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)較高時，驅(qū)動鎖扣臂和連接鎖扣臂通過轉(zhuǎn)換銷的啟動而一起啟動，這樣就產(chǎn)生軸的彎曲問題，該彎曲來自于軸的內(nèi)徑一側(cè)。這是由增加軸承的寬度和在連接鎖扣臂中的滾輪的支承軸中使用堅韌的滲碳材料所引起的。
要指出的是，在此所用的SUJ2材料經(jīng)過淬火和回火，使針形滾輪的滾動表面的硬度調(diào)整到HRC60至62。
由鎖扣臂支承的滾輪與凸輪直接接觸。該部分與發(fā)動機(jī)其它元件相比潤滑油容易干枯，因而凸輪和滾輪的接觸表面被稱為邊界潤滑區(qū)域(boundarylubrication region)。支承滾輪的針形滾輪基本上以滾動接觸的方式接觸軸。但是，在上述嚴(yán)峻的環(huán)境中，當(dāng)凸輪載荷迅速改變時，會在針形滾輪與軸之間產(chǎn)生微小的滑動。這使得針形滾輪軸承處在惡劣的潤滑環(huán)境中，而引起磨損等情況，導(dǎo)致耐用性不夠。此外，當(dāng)凸輪載荷增加時，針形滾輪和軸的接觸表面上的壓力也隨之增加，從而縮短疲勞壽命。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供一種帶有滾輪的凸輪隨動件，它具有極好的耐用性和疲勞壽命。
在本發(fā)明的一帶有滾輪的凸輪隨動件中，包括有一凸輪隨動件本體，該本體具有與凸輪隨動件本體一體的滾輪支承部分；一支承軸，其兩端固定于滾輪支承部分；以及，一可轉(zhuǎn)動地支承在支承軸上的滾輪，兩者之間設(shè)置多個針形滾輪，支承軸和針形滾輪中的至少一個的表面上形成氮層，具有至少HV650的表面硬度和體積至少為25％、至多為50％的殘留奧氏體。
根據(jù)本發(fā)明的帶有滾輪的凸輪隨動件，完成一包括滲氮的處理，以將表面硬度增加至至多HV650，將殘留奧氏體的體積增加至至少25％、至多50％。這可減少發(fā)生在支承軸與針形滾輪之間的磨損，提高疲勞強(qiáng)度，具有極好的耐用性和滾動疲勞壽命。
此外，完成包括滲氮的處理，使得在支承軸和針形滾輪之一的表面上形成氮層。
要指出的是，如果殘留奧氏體的體積小于25％，則凸輪隨動件的滾動疲勞壽命沒有提高。此外，如果殘留奧氏體的體積大于50％，則表面硬度下降，惡化耐磨性能。因此，殘留奧氏體的體積必需至少為25％、至多為50％。
此外，如果表面硬度小于25％體積，支承軸由于發(fā)生在針形滾輪滾動時的磨損而變形。因此，表面硬度必需至少為HV650。
較佳的是，帶有滾輪的凸輪隨動件具有用滲碳鋼制成的支承軸，并在經(jīng)歷過碳氮共滲后回火。
當(dāng)帶有滾輪的凸輪隨動件的支承軸用在作為本發(fā)明的高溫度范圍中時，就要在環(huán)境溫度或較高溫度中進(jìn)行回火，以使其尺寸在該環(huán)境中穩(wěn)定。
在帶有滾輪的凸輪隨動件中，支承軸的兩端較佳地鉚接和固定于滾輪支承部分。
只要在支承軸的端表面壓出切口(凹痕)就可完成鉚接和固定工作，這可防止在滾輪支承部分的沖擊。因此，凸輪隨動件在組裝時不會變形。
在帶有滾輪的凸輪隨動件中，支承軸的兩端表面較佳地具有未經(jīng)回火的至少HV200、至多HV280的表面硬度。
因此，在組裝凸輪隨動件時，支承軸的端表面可被壓出切口，以擴(kuò)大其端邊緣。這樣的鉚接和固定處理不會使端部破裂，使支承軸容易地和牢固地固定到凸輪隨動件本體。
較佳地，帶有滾輪的凸輪隨動件具有由軸承鋼制成的支承軸，并經(jīng)過碳氮共滲，隨后回火。
當(dāng)帶有滾輪的凸輪隨動件的支承軸用在作為本發(fā)明的高溫溫度范圍中時，就要在環(huán)境溫度或較高的溫度中進(jìn)行回火，以使其尺寸在環(huán)境中穩(wěn)定。
在帶有滾輪的凸輪隨動件中，支承軸由一空心軸所形成，并固定于滾輪支承部分。
由于支承軸是一空心軸，通過在空心部分設(shè)置一轉(zhuǎn)換銷，就可使諸如VTEC的可變閥計時機(jī)構(gòu)具有簡單的結(jié)構(gòu)。
結(jié)合附圖，從如下的本發(fā)明的詳細(xì)說明中可更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它目的、特征、各個方面和優(yōu)點。
附圖簡要說明

圖1是一前視圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的帶有滾輪的凸輪隨動件的結(jié)構(gòu)；圖2是沿圖1的線II-II截取的剖面圖；圖3是沿圖1的線II-II截取的剖面圖；圖4是一剖面圖，它示出了滾輪軸具有實心體并被鉚接固定時的結(jié)構(gòu)；圖5A和5B分別示出了圖4所示的滾輪軸的垂直剖面圖和硬度分布曲線；以及圖6是一剖面圖，它示意性地示出了進(jìn)行壽命試驗的測試機(jī)的結(jié)構(gòu)。
較佳實施例的說明下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一實施例。
參閱圖1和2，一凸輪隨動件本體1可轉(zhuǎn)動地支承在一凸輪隨動件軸5上，該凸輪隨動件軸的中間部設(shè)置有一支承金屬或類似物。
一調(diào)節(jié)螺絲7旋入凸輪隨動件本體1的一端。調(diào)節(jié)螺絲7由一鎖緊螺母8固定，它的下端與內(nèi)燃機(jī)的吸入閥或排氣閥的凸桿9的上端接觸。一彈簧10的彈力使凸桿9偏置。
凸輪隨動件本體1的另一端有一以兩部分的形式一體制成的滾輪支承部分14。滾輪軸2的兩端通過壓配或扣圈固定于兩部分式滾輪支承部分14。滾輪4可轉(zhuǎn)動地支承在滾輪軸2的外周表面的中間部，中間插入一針形滾輪3。滾輪4的外周表面由彈簧10的偏置力壓靠在凸輪6的凸輪表面上。
滾輪軸2和針形滾輪3中的至少一個經(jīng)過包括滲氮的處理，由此在其表面上具有氮層，其表面硬度至少為HV650，在表面部分的殘余奧氏體的體積至少是25％，最多是50％。
此外，滾輪軸2由軸承鋼制成，先碳氮共滲(carbonitriding)，隨后回火。滾輪軸2例如由一空心軸所形成，并做成使一轉(zhuǎn)換銷(switching pin)設(shè)置在空心部分。
通過采用這樣一種結(jié)構(gòu)，凸輪6的轉(zhuǎn)動使插入有滾輪4的凸輪隨動件本體1以凸輪隨動件軸5作為中心轉(zhuǎn)動，以打開和關(guān)閉連接于凸桿9的頂端的吸入閥或排氣閥。
隨后將要描述圖1和2所示的具有滾輪的凸輪隨動件用在一VTEC閥機(jī)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)。
參閱圖3，VTEC閥機(jī)構(gòu)通常具有設(shè)置在兩側(cè)的驅(qū)動鎖扣臂RA1和RA2，每一個都是具有如圖1和2所示的與凸桿9接觸的滾輪的凸輪隨動件。在兩驅(qū)動鎖扣臂RA1和RA2之間設(shè)置另一凸輪隨動件作為連接鎖扣臂RA3，該隨動件的滾輪與圖1和2所示的凸桿9分離。
連接鎖扣臂RA3在兩側(cè)連接驅(qū)動鎖扣臂RA1和驅(qū)動鎖扣臂RA2，以高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)同時驅(qū)動它們，而連接鎖扣臂可以低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)單獨地驅(qū)動驅(qū)動鎖扣臂RA1和RA2。
支承這三個鎖扣臂RA1至RA3的每一滾輪4、4a的每一滾輪軸2、2a為空心的，空心部分中并排設(shè)置兩個轉(zhuǎn)換銷11a、11b。轉(zhuǎn)換銷11a的一端表面鄰接轉(zhuǎn)換銷11b的一端表面，而轉(zhuǎn)換銷11b的另一端表面由彈簧12施加力而朝轉(zhuǎn)換銷11a偏置。一液壓回路13設(shè)置在轉(zhuǎn)換銷11a的另一端表面，以連接于滾輪軸2中的空心部分內(nèi)。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)轉(zhuǎn)換銷11a的另一端表面上的液壓通過液壓回路13增加時，轉(zhuǎn)換銷11a、11b克服彈簧12的偏置力而移向圖中的右側(cè)。這樣，鎖扣臂RA1至RA3相連而一起驅(qū)動。
另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)換銷11a的另一端表面上的液壓通過液壓回路13下降時，轉(zhuǎn)換銷11a、11b因彈簧12的偏置力而移到圖中左側(cè)。這樣，轉(zhuǎn)換銷11a和11b的鄰接表面位于鎖扣臂RA1和RA3的邊界，而轉(zhuǎn)換銷11b的另一端表面位于鎖扣臂RA3和RA2的邊界。這使三個鎖扣臂RA1至RA3彼此脫開，使鎖扣臂RA1至RA3可分別驅(qū)動。
因此，三個鎖扣臂RA1至RA3在高轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)一起啟動，而在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可分別啟動，以執(zhí)行對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行定時。
在上述的VTEC中的閥機(jī)構(gòu)中，在每一鎖扣臂RA1至RA3中的每一滾輪軸2、2a和每一針形滾輪3、3a中的至少一個經(jīng)過滲氮，由此在表面形成氮化層。此外，每一滾輪軸2、2a和每一針形滾輪3、3a中的至少一個的表面的硬度至少是HV650，而且在表面層上的殘留奧氏體其體積至少為25％，至多為50％。
要指出的是，滾輪軸2不限于是空心形狀，它也可以是如圖4所示的實心結(jié)構(gòu)，其兩端鉚接和固定于滾輪支承部14。先將滾輪軸2配合到設(shè)置在分岔滾輪支承部14中的軸孔15，然后在滾輪軸2的一端表面壓出切口，以形成鉚接槽17，由此完成鉚接和固定。通過形成鉚接槽17，滾輪軸2的邊緣部分?jǐn)U大，以通過彈性偏置軸孔15的內(nèi)表面，使得滾輪軸2牢固地固定于軸孔15。
參閱圖5A和5B，滾輪軸2的中部2c通過高頻淬火而變硬，在任何一側(cè)的端部2d是沒有進(jìn)行淬火的非淬火部。中部2c的一部分或整個外周表面是針形滾輪3在其上進(jìn)行滾動的滾動接觸表面的部分。
參閱圖5B，在滾輪軸2的表面硬度分布中，中部2c具有至少為HV650的維氏(Vickers)硬度，而在每一端部2d的柔軟層具有至少為HV200、至多為HV280的維氏硬度。因此，中部2c具有足夠的硬度作為用于針形滾輪3的滾動接觸表面，而軟部2d軟到足以被鉚接。
要指出的是，滾輪軸2由滲碳鋼制成，先滲碳共滲，然后回火。
下面描述本發(fā)明的一個示意性的例子。
用如圖6所示的試驗機(jī)對滲碳軸和滲碳共滲軸進(jìn)行壽命試驗。
參閱圖6，一試驗機(jī)做成具有多個設(shè)置成在軸52與外輪54之間滾動的針形滾輪53，用該試驗機(jī)通過以預(yù)定速度來旋轉(zhuǎn)外輪54、并有一部件對其施加徑向載荷來進(jìn)行壽命試驗。
試驗條件如表1所示。
表1試驗條件
在上述的試驗機(jī)中，對用經(jīng)過滲碳的鋼(滲碳鋼)制成的軸52和用經(jīng)過碳氮共滲的鋼制成的軸52進(jìn)行試驗。壽命試驗的結(jié)果如表2中所示。
表2
從表2中可看出結(jié)果，沒有經(jīng)過滲氮處理的滲碳軸約在20-35小時被破壞，而經(jīng)過滲氮處理的碳氮共滲軸在250小時后，或甚至在480小時之后也沒有被破壞。
此外，盡管滲碳軸的表面硬度至少為HV650，但殘留奧氏體的體積為10％。碳氮共滲軸的表面上形成有氮層，表面硬度至少為HV650，殘留奧氏體的體積至少為25％，至多為50％。
這表明，盡管滲碳和淬火足以提高表明硬度，但滲氮是獲得殘留奧氏體體積至少為25％、至多為50％所必需的，這樣能顯著提高壽命。
在壽命試驗中，比較了滲碳軸與碳氮共滲軸。但要指出的是，當(dāng)使用由通過滲氮SUJ2獲得的材料制成的軸時，在表面上也可形成氮層，可獲得至少為HV650的表面硬度和體積至少為25％、至多為50％的殘留奧氏體，這樣在很大程度上提高了壽命。這顯示，由軸承鋼制成的經(jīng)過滲氮處理的軸也具有類似于上述的碳氮共滲軸的效果。
盡管說明是根據(jù)圖6中的軸52進(jìn)行的，但針形滾輪53也可類似地由經(jīng)過滲氮處理的滲碳鋼或軸承鋼制成，以獲得至少為HV650的表面硬度和體積至少為25％、至多為50％的殘留奧氏體，如上所述，能極大地提高壽命。
根據(jù)本發(fā)明的帶有滾輪的凸輪隨動件可完成包括滲氮的處理，以將表面硬度增加到至少HV650，且殘留奧氏體的體積至少為25％、至多為50％。這樣減少了發(fā)生在支承軸與針形滾輪之間的磨損，提高疲勞強(qiáng)度，有極好的耐用性和滾動疲勞壽命。
盡管已詳細(xì)地描述和圖解了本發(fā)明，但要清楚地知道，這些僅僅是用作舉例說明和示例，而不是作為限制用的，本發(fā)明的基本精神和范圍僅僅由所附的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種帶有滾輪的凸輪隨動件，它包括一凸輪隨動件本體(1)，該本體具有與之一體的滾輪支承部分(14)；一支承軸(2)，其兩端固定于所述滾輪支承部分(14)；以及，一可轉(zhuǎn)動地支承在所述支承軸(2)上的滾輪(4)，兩者之間設(shè)置多個針形滾輪(3)，其中，所述支承軸(2)和所述針形滾輪(3)中的至少一個的表面上形成氮層，具有至少HV650的表面硬度和體積至少為25％、至多為50％的殘留奧氏體。
2.如權(quán)利要求1所述的凸輪隨動件，其特征在于，所述支承軸由滲碳鋼制成，并經(jīng)歷碳氮共滲，隨后回火。
3.如權(quán)利要求1所述的凸輪隨動件，其特征在于，所述支承軸(2)的兩端鉚接固定于所述滾輪支承部分(14)。
4.如權(quán)利要求1所述的凸輪隨動件，其特征在于，所述支承軸(2)的兩端表面較佳地具有未經(jīng)回火的至少HV200、至多HV280的表面硬度。
5.如權(quán)利要求1所述的凸輪隨動件，其特征在于，所述支承軸由軸承鋼制成，并經(jīng)歷碳氮共滲，隨后回火。
6.如權(quán)利要求5所述的凸輪隨動件，其特征在于，所述支承軸(2)由一空心軸所形成，并壓配到所述滾輪支承部分(14)。
全文摘要
本發(fā)明的一種帶有滾輪的凸輪隨動件包括一凸輪隨動件本體(1)，該本體具有與之一體的滾輪支承部分(14)；一滾輪支承軸(2)，其兩端固定于滾輪支承部分(14)；以及，一可轉(zhuǎn)動地支承在滾輪支承軸(2)上的滾輪，兩者之間設(shè)置多個針形滾輪(3)。支承軸(2)和針形滾輪(3)中的至少一個的表面上形成氮層，具有至少HV650的表面硬度和體積至少為25％、至多為50％的殘留奧氏體。因此，帶有滾輪的凸輪隨動件具有極好的耐用性和疲勞壽命。
文檔編號F01L1/18GK1407211SQ02142148
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者土山弘樹, 龜高晃司, 鈴木忠壽 申請人:Ntn株式會社