JP3314600B2 - 拡管組立式中空カム軸 - Google Patents
拡管組立式中空カム軸Info
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- Japan
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- hollow shaft
- cam
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
- F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
- F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/02—Valve drive
- F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
- F01L1/047—Camshafts
- F01L2001/0475—Hollow camshafts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
- Automatic Assembly (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の往復動内燃機関などに用いる中空カム軸の構造に関
し、特に中空軸から成るカム軸にカムロブを拡管式に一
体に結合組立てた拡管組立式中空カム軸に関する。
の往復動内燃機関などに用いる中空カム軸の構造に関
し、特に中空軸から成るカム軸にカムロブを拡管式に一
体に結合組立てた拡管組立式中空カム軸に関する。
【0002】
【従来の技術】カムロブとカム軸用中空軸を機械的に結
合して組み立てた中空カム軸は、種々の構造が知られて
いる。その一つとして、カムロブの内径に中空軸を隙間
を持って通し、カムロブの位置、位相を決めてから、中
空軸の中にその内径よりも大きな外径(少なくとも部分
的に)を持つマンドレルを通し、中空軸を拡管して中空
軸とカムロブを固定してカム軸を構成するもの(特開平
2−145228号、特公平6−86803号)が知ら
れている。
合して組み立てた中空カム軸は、種々の構造が知られて
いる。その一つとして、カムロブの内径に中空軸を隙間
を持って通し、カムロブの位置、位相を決めてから、中
空軸の中にその内径よりも大きな外径(少なくとも部分
的に)を持つマンドレルを通し、中空軸を拡管して中空
軸とカムロブを固定してカム軸を構成するもの(特開平
2−145228号、特公平6−86803号)が知ら
れている。
【0003】図3は、拡管式による中空カム軸の組立途
中の様子を示す要部断面構造図であり、本例は中空軸1
の内径途中にマンドレル10が押し通された状態を示し
ている。マンドレル10の先端は、断面がスプライン形
状の加工頭部11を有している。ここにおいて、中空軸
1の外径所定位置に隙間2をもってカムロブ31,32
を通して位相決めを行なって後、マンドレル10を中空
軸1の内径に押し通す。この場合、個々のカムロブ3
1,32はそれらを所望の位相及び間隔で予め位置決め
する固定治具にセットされ、マンドレル10を中空軸1
にスムーズに押し通すために、その中心軸線が同一軸線
上に合わされる。このようにしてマンドレル10を中空
軸1の内径に押し通すことにより、マンドレル10の加
工頭部11の歯の先端部で中空軸1を拡管し、中空軸1
とカムロブ31,32とを一体に結合組み立てることが
できる。本例ではA−A位置まで拡管されており、カム
ロブ32は一体に結合組立てられているが、カムロブ3
1は未だ一体に結合組立てられていない様子を示してい
る。A−A線の断面矢視図は図4のようになっている。
図4はカムロブ32にスキャロップ32A(本例では8
個)が付せられている例を示している。尚、上述では2
個のカムロブ31,32を中空軸1に固着する例を示し
ているがカムロブ数は任意であり、カムロブに付せられ
ているスキャロップ数も任意であり、スキャロップが付
せられていない場合もある。
中の様子を示す要部断面構造図であり、本例は中空軸1
の内径途中にマンドレル10が押し通された状態を示し
ている。マンドレル10の先端は、断面がスプライン形
状の加工頭部11を有している。ここにおいて、中空軸
1の外径所定位置に隙間2をもってカムロブ31,32
を通して位相決めを行なって後、マンドレル10を中空
軸1の内径に押し通す。この場合、個々のカムロブ3
1,32はそれらを所望の位相及び間隔で予め位置決め
する固定治具にセットされ、マンドレル10を中空軸1
にスムーズに押し通すために、その中心軸線が同一軸線
上に合わされる。このようにしてマンドレル10を中空
軸1の内径に押し通すことにより、マンドレル10の加
工頭部11の歯の先端部で中空軸1を拡管し、中空軸1
とカムロブ31,32とを一体に結合組み立てることが
できる。本例ではA−A位置まで拡管されており、カム
ロブ32は一体に結合組立てられているが、カムロブ3
1は未だ一体に結合組立てられていない様子を示してい
る。A−A線の断面矢視図は図4のようになっている。
図4はカムロブ32にスキャロップ32A(本例では8
個)が付せられている例を示している。尚、上述では2
個のカムロブ31,32を中空軸1に固着する例を示し
ているがカムロブ数は任意であり、カムロブに付せられ
ているスキャロップ数も任意であり、スキャロップが付
せられていない場合もある。
【0004】上記組立方式では中空軸とカムロブを締ま
りバメとするためには、拡管時中空軸は比較的降伏点の
低い硬さの材料であり、カムロブは中空軸に比較して降
伏点の高い硬い材料であることが望ましい。カムロブの
外周面は摩耗面であり、耐面圧性を要求されるところか
ら硬い方が良く、そのためカムロブを焼き入れとして全
体を硬くすると、拡管固定強度は容易に得られるが材料
の伸びが少なくなり(1〜2%)、中空軸やカムロブ内
径の加工精度のバラツキによっては、拡管時に応力が最
大となるカムロブ内径部から割れてしまうという問題が
ある。又、カムロブを高周波焼き入れすることにより、
拡管時応力の高い内径部を塑性変形させて内径部からの
割れを防止するようにしたものでは、外周部の応力の高
い部分から疲労破壊や遅れ破壊が発生するという問題が
ある。これらの問題を避けるためには設計的に応力を下
げるか、各部品の加工寸法精度を熱処理後でも充分な精
度に押さえなければならず、前者の場合には必然的に大
きな寸法となり、後者の場合には高価なものとなる。
りバメとするためには、拡管時中空軸は比較的降伏点の
低い硬さの材料であり、カムロブは中空軸に比較して降
伏点の高い硬い材料であることが望ましい。カムロブの
外周面は摩耗面であり、耐面圧性を要求されるところか
ら硬い方が良く、そのためカムロブを焼き入れとして全
体を硬くすると、拡管固定強度は容易に得られるが材料
の伸びが少なくなり(1〜2%)、中空軸やカムロブ内
径の加工精度のバラツキによっては、拡管時に応力が最
大となるカムロブ内径部から割れてしまうという問題が
ある。又、カムロブを高周波焼き入れすることにより、
拡管時応力の高い内径部を塑性変形させて内径部からの
割れを防止するようにしたものでは、外周部の応力の高
い部分から疲労破壊や遅れ破壊が発生するという問題が
ある。これらの問題を避けるためには設計的に応力を下
げるか、各部品の加工寸法精度を熱処理後でも充分な精
度に押さえなければならず、前者の場合には必然的に大
きな寸法となり、後者の場合には高価なものとなる。
【0005】又、上記組立方式では、拡管中あるいあは
拡管後に生じる中空軸に対するカムロブの締付け力の軸
方向分布に関しては何ら考慮されていない。そのため、
カムロブ内径部の締付け力の軸方向分布は、図5(B)
の実線aに示すようにカムロブ両端部で大きく、中央部
で低い分布となっており、当然カムロブ両端部の円周方
向引張応力も中央部に比較して高く、このため、カムロ
ブ両端面部からのカムロブの破壊が起こり易く、かつ前
記締付け力が軸方向に均一化された場合に比較すれば同
一固定トルク強度に対して最大応力が高いという欠点が
ある。
拡管後に生じる中空軸に対するカムロブの締付け力の軸
方向分布に関しては何ら考慮されていない。そのため、
カムロブ内径部の締付け力の軸方向分布は、図5(B)
の実線aに示すようにカムロブ両端部で大きく、中央部
で低い分布となっており、当然カムロブ両端部の円周方
向引張応力も中央部に比較して高く、このため、カムロ
ブ両端面部からのカムロブの破壊が起こり易く、かつ前
記締付け力が軸方向に均一化された場合に比較すれば同
一固定トルク強度に対して最大応力が高いという欠点が
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記カム軸の組立方法
とその問題点に対して、本発明は、中空軸とカムロブと
の間に作用する径方向の締付け力の分布を軸方向に対し
てほぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からの
カムロブの破壊を防止し、かつ同一最大応力の下では最
大の固定トルク強度が得られるよう配置された拡管組立
式中空カム軸の構造を提供することを目的としている。
とその問題点に対して、本発明は、中空軸とカムロブと
の間に作用する径方向の締付け力の分布を軸方向に対し
てほぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からの
カムロブの破壊を防止し、かつ同一最大応力の下では最
大の固定トルク強度が得られるよう配置された拡管組立
式中空カム軸の構造を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、中空軸に対す
るカムロブの機械的な締付け力によって前記中空軸と前
記カムロブとを一体に結合組立てて成る拡管組立式中空
カム軸に関し、本発明の上記目的は、中空軸とカムロブ
との間に作用する径方向の締付け力を軸方向に対してほ
ぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からのカム
ロブの破壊を防止するようにすることによって達成され
る。
るカムロブの機械的な締付け力によって前記中空軸と前
記カムロブとを一体に結合組立てて成る拡管組立式中空
カム軸に関し、本発明の上記目的は、中空軸とカムロブ
との間に作用する径方向の締付け力を軸方向に対してほ
ぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からのカム
ロブの破壊を防止するようにすることによって達成され
る。
【0008】具体的には、本発明の上記目的は、中空軸
の内径部から機械的拡管手段による機械的な締付け力を
カムロブに与え、前記中空軸と前記カムロブとを一体に
結合組立てて成る組立式中空カム軸において、前記カム
ロブの内径寸法を、軸方向中央部で最小に、この両端部
で前記中央部寸法より大きくなるように加工することに
より、又は、前記中空軸の外径寸法を、前記カムロブを
装着する位置の中央部で最大に、この両端部で前記中央
部寸法より小さくなるように加工することにより達成さ
れる。
の内径部から機械的拡管手段による機械的な締付け力を
カムロブに与え、前記中空軸と前記カムロブとを一体に
結合組立てて成る組立式中空カム軸において、前記カム
ロブの内径寸法を、軸方向中央部で最小に、この両端部
で前記中央部寸法より大きくなるように加工することに
より、又は、前記中空軸の外径寸法を、前記カムロブを
装着する位置の中央部で最大に、この両端部で前記中央
部寸法より小さくなるように加工することにより達成さ
れる。
【0009】
【発明の実施の形態】中空軸にカムロブを固定する従来
の拡管固定方式では、拡管終了時点で中空軸はカムロブ
の締付け力により図5(A)に示すような変形を生じ
る。即ち、カムロブ3の装着位置での中空軸1の径寸法
が、中空軸1に対するカムロブ3の機械的な締付け力に
よって変形している。一般に中空軸1に比べカムロブ3
の剛性は大きく、変形は中空軸1より小さいので、カム
ロブ3の締付け力は図5(B)の実線aに示す如く両端
面付近で大きく中央部では小さくなる。本発明はかかる
事情に基づいてなされたものであり、カムロブ内径又は
中空軸外径の軸方向寸法を拡管終了後の中空軸の変形に
合せることにより、カムロブ内径部の締付け力の軸方向
分布を、図5(B)の破線bのようにほぼ均一化するよ
うにする。従って、カムロブの内径寸法に関しては、中
空軸外形を均一として、軸方向中央部で最も小さく、両
端部に向かって徐々に内径寸法が大きくなるようにす
る。又は、カムロブの内径寸法を均一として、中空軸の
外形寸法をカムロブ装着位置での中央部で最も大きく、
両端部で小さくするようにしておく。これによって、拡
管組立時のカムロブ両端面からのカムロブの破壊を防止
することができる。
の拡管固定方式では、拡管終了時点で中空軸はカムロブ
の締付け力により図5(A)に示すような変形を生じ
る。即ち、カムロブ3の装着位置での中空軸1の径寸法
が、中空軸1に対するカムロブ3の機械的な締付け力に
よって変形している。一般に中空軸1に比べカムロブ3
の剛性は大きく、変形は中空軸1より小さいので、カム
ロブ3の締付け力は図5(B)の実線aに示す如く両端
面付近で大きく中央部では小さくなる。本発明はかかる
事情に基づいてなされたものであり、カムロブ内径又は
中空軸外径の軸方向寸法を拡管終了後の中空軸の変形に
合せることにより、カムロブ内径部の締付け力の軸方向
分布を、図5(B)の破線bのようにほぼ均一化するよ
うにする。従って、カムロブの内径寸法に関しては、中
空軸外形を均一として、軸方向中央部で最も小さく、両
端部に向かって徐々に内径寸法が大きくなるようにす
る。又は、カムロブの内径寸法を均一として、中空軸の
外形寸法をカムロブ装着位置での中央部で最も大きく、
両端部で小さくするようにしておく。これによって、拡
管組立時のカムロブ両端面からのカムロブの破壊を防止
することができる。
【0010】以下、添付図面を参照しながら、本発明の
一実施例を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例の
カムロブ20の断面構造を示しており、軸方向の中央部
CPの内径をd1とし、両端部E1,E2の内径をd2
とした場合、d1<d2となるように内径加工してい
る。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦であ
っても良く、端部E1,E2から中央部CPまでの内径
変化d2→d1は線形であっても、非線形であっても良
い。又d1とd2の寸法差は中空軸の剛性やカムロブの
幅、内径形状により異なるが、面取り寸法を除いて概ね
0.05mm〜0.3mm程度の範囲である。更に固定
されるカムロブの片側直近にジャーナル部材等が固定さ
れる場合、或いは拡管時、軸方向に進行するマンドレル
による拡管中の応力のバランスを考慮して、カムロブ内
径の軸方向断面形状はその幅の中心に対して、必ずしも
左右対称である必要はない。このようなカムロブ20を
中空軸に拡管によって一体に結合組立てる場合、使用す
る中空軸の外径は従来と同様に均一となっている。この
ようなカムロブ20を使用して拡管組立てることによ
り、中空軸に対するカムロブ20の締付け力が装着位置
の中央部CPで大きくなり、図5(B)の破線bの如く
軸方向に対してほぼ均一化される。
一実施例を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例の
カムロブ20の断面構造を示しており、軸方向の中央部
CPの内径をd1とし、両端部E1,E2の内径をd2
とした場合、d1<d2となるように内径加工してい
る。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦であ
っても良く、端部E1,E2から中央部CPまでの内径
変化d2→d1は線形であっても、非線形であっても良
い。又d1とd2の寸法差は中空軸の剛性やカムロブの
幅、内径形状により異なるが、面取り寸法を除いて概ね
0.05mm〜0.3mm程度の範囲である。更に固定
されるカムロブの片側直近にジャーナル部材等が固定さ
れる場合、或いは拡管時、軸方向に進行するマンドレル
による拡管中の応力のバランスを考慮して、カムロブ内
径の軸方向断面形状はその幅の中心に対して、必ずしも
左右対称である必要はない。このようなカムロブ20を
中空軸に拡管によって一体に結合組立てる場合、使用す
る中空軸の外径は従来と同様に均一となっている。この
ようなカムロブ20を使用して拡管組立てることによ
り、中空軸に対するカムロブ20の締付け力が装着位置
の中央部CPで大きくなり、図5(B)の破線bの如く
軸方向に対してほぼ均一化される。
【0011】図2は本発明の一実施例の中空軸30の外
観構造を示しており、カムロブ装着位置MPにおいて、
中央部CPの外径をd3とし、両端部E1,E2の外径
をd4とした場合、d3>d4となるように外径加工し
ている。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦
であっても良く、両端部E1,E2から中央部CPまで
の外径変化d4→d3は線形であっても、非線形であっ
ても良い。このような中空軸30にカムロブを拡管によ
って一体に結合組立てる場合、使用するカムロブの内径
は従来と同様に均一となっている。このような中空軸3
0を使用して拡管組立てることにより、中空軸30に対
するカムロブの締付け力が中央部CPで大きくなり、図
5(B)の破線bの如く軸方向に対してほぼ均一化され
る。
観構造を示しており、カムロブ装着位置MPにおいて、
中央部CPの外径をd3とし、両端部E1,E2の外径
をd4とした場合、d3>d4となるように外径加工し
ている。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦
であっても良く、両端部E1,E2から中央部CPまで
の外径変化d4→d3は線形であっても、非線形であっ
ても良い。このような中空軸30にカムロブを拡管によ
って一体に結合組立てる場合、使用するカムロブの内径
は従来と同様に均一となっている。このような中空軸3
0を使用して拡管組立てることにより、中空軸30に対
するカムロブの締付け力が中央部CPで大きくなり、図
5(B)の破線bの如く軸方向に対してほぼ均一化され
る。
【0012】
【発明の効果】本発明は拡管方式であるので一度の拡管
で全カムロブを固定できるため、加工工数が少なく低コ
ストな中空カム軸を提供できると共に、カムロブの両端
部付近に発生する高い締付け力(締付け力により発生す
る高いカムロブ円周方向引張応力)を防止し、これによ
ってカムロブの拡管等の過大応力による破壊或いは高い
引張り応力によって生じる疲労破壊もしくは遅れ破壊に
よる破壊を防止することができる。即ち、一般的にカム
ロブ端面は、内外径部共に全周エッジを形成しているの
で打痕、微少なクラック等の材料欠陥が生じ易く、エッ
ジ部の形状効果もあって応力が高いと一層破壊の起点と
なり易いが、これらを防止することができる。
で全カムロブを固定できるため、加工工数が少なく低コ
ストな中空カム軸を提供できると共に、カムロブの両端
部付近に発生する高い締付け力(締付け力により発生す
る高いカムロブ円周方向引張応力)を防止し、これによ
ってカムロブの拡管等の過大応力による破壊或いは高い
引張り応力によって生じる疲労破壊もしくは遅れ破壊に
よる破壊を防止することができる。即ち、一般的にカム
ロブ端面は、内外径部共に全周エッジを形成しているの
で打痕、微少なクラック等の材料欠陥が生じ易く、エッ
ジ部の形状効果もあって応力が高いと一層破壊の起点と
なり易いが、これらを防止することができる。
【図1】本発明の一実施例のカムロブの軸方向の断面形
状構造例を示す断面図である。
状構造例を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施例の中空軸の構造例を示す外観
構造図である。
構造図である。
【図3】本発明の前提となるカム軸拡管組立中の様子を
示す要部断面構造図である。
示す要部断面構造図である。
【図4】図3におけるカム軸拡管中のA−A断面矢視図
である。
である。
【図5】拡管固定完了後の中空軸の変形と、カムロブ内
径と中空軸間に作用する締付け力の軸方区の分布を示す
模型的な説明図である。
径と中空軸間に作用する締付け力の軸方区の分布を示す
模型的な説明図である。
1,30 中空軸 3,20,31,32 カムロブ 10 マンドレル 11 加工頭部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 直樹 群馬県前橋市総社町一丁目8番1号 日 本精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−248808(JP,A) 実開 昭58−113805(JP,U) 実開 平7−38796(JP,U) 実開 昭62−176405(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01L 1/04 B23P 21/00 301 F16H 53/02
Claims (2)
- 【請求項1】 中空軸の内径部から機械的拡管手段によ
る機械的な締付け力をカムロブに与え、前記中空軸と前
記カムロブとを一体に結合組立てて成る組立式中空カム
軸において、前記カムロブの内径寸法を、軸方向中央部
で最小に、この両端部で前記中央部寸法より大きくなる
ように加工して成り、前記中空軸と前記カムロブとの間
に作用する径方向の締付け力の分布を軸方向に対して均
一化したことを特徴とする拡管組立式中空カム軸。 - 【請求項2】 中空軸の内径部から機械的拡管手段によ
る機械的な締付け力をカムロブに与え、前記中空軸と前
記カムロブとを一体に結合組立てて成る組立式中空カム
軸において、前記中空軸の外径寸法を、前記カムロブを
装着する位置の中央部で最大に、この両端部で前記中央
部寸法より小さくなるように加工して成り、前記中空軸
と前記カムロブとの間に作用する径方向の締付け力の分
布を軸方向に対して均一化したことを特徴とする拡管組
立式中空カム軸。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32940595A JP3314600B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 拡管組立式中空カム軸 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32940595A JP3314600B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 拡管組立式中空カム軸 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09144513A JPH09144513A (ja) | 1997-06-03 |
JP3314600B2 true JP3314600B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=18221061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32940595A Expired - Fee Related JP3314600B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 拡管組立式中空カム軸 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3314600B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102990281A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-03-27 | 汪昆泉 | 组合式凸轮轴滚压扩张制造方法 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013208609A1 (de) * | 2013-05-10 | 2014-11-13 | Mahle International Gmbh | Nockenwelle |
DE102013113255A1 (de) | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag | Verstellbare Nockenwelle |
DE102014000809B3 (de) * | 2014-01-22 | 2014-11-20 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe-Verbindung |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP32940595A patent/JP3314600B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102990281A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-03-27 | 汪昆泉 | 组合式凸轮轴滚压扩张制造方法 |
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Publication number | Publication date |
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JPH09144513A (ja) | 1997-06-03 |
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