[實用新型]發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形連接結構

有效

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• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN206571541U
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊連發(fā);翟志方;馬建平;張明河;李坤;趙啟文
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: F01L1/047
• 分類號: F01L1/047;F01L1/08;B21D26/033;B21D39/00;B21D53/84
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 周雯

技術領域

本實用新型涉及發(fā)動機凸輪軸技術領域，尤其涉及一種發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形連接結構，包括芯軸和凸輪。

背景技術

凸輪軸是發(fā)動機中調控進氣和排氣的關鍵部件，主要由芯軸、凸輪和軸頸零件組成。傳統的凸輪軸采取整體鑄造或鍛造方法制造，為一體式結構，存在耗能高、材料利用率低和生產效率低等問題。裝配式凸輪軸技術將凸輪軸的零部件分開加工制造，充分利用了各部件材料性能優(yōu)勢，具有結構分布合理、輕量化和加工成本低等優(yōu)點。內高壓成形連接技術作為一種先進的、特殊的、精密的裝配式凸輪軸連接制造技術，具有成本低、工序少、質量輕、剛度高等特點，廣泛地應用在發(fā)動機裝配式凸輪軸制造技術上，常見的發(fā)動機裝配式凸輪軸結構有圓形結構、齒槽結構和桃形結構三種，它們的特點如下：

1、圓形結構：凸輪內孔和芯軸外壁均為圓形，結構簡單且連接方便，但凸輪與芯軸連接后傳遞載荷的能力較差。

2、齒槽結構：芯軸外壁滾擠出條溝狀花紋，凸輪內孔是否加工成溝槽狀依凸輪與芯軸材料的硬度關系而定。該結構具有一定的裝配精度和連接強度。但其不適宜內高壓成形連接工藝，且在齒形區(qū)域應力集中現象明顯。

3、桃形結構：芯軸外壁為圓形，凸輪內孔加工成與芯軸形狀適配的圓弧段和凸起段，連接后形成類似于鍵的凸起塊。該結構適用于內高壓成形連接，但在裝配式凸輪軸成形連接過程中，芯軸材料變形不均勻，在凸起處芯軸材料承受的工作載荷明顯大于其余部分的材料，導致凸輪在工作過程中內孔受力不均勻，易產生沖擊。

上述三種凸輪與芯軸連接結構存在應力集中、材料變形與受力不均勻或不適用內高壓成形工藝等問題。

實用新型內容

針對上述現有技術，本實用新型要解決的技術問題是提供一種可以解決裝配式凸輪軸內高壓成形連接過程中，材料變形和結構應力分布不均勻，并且當裝配式凸輪軸處于工作狀態(tài)時，能夠傳遞較大工作載荷，有效提高裝配式凸輪軸的連接強度，從而改善發(fā)動機整機性能的連接結構。

為解決上述技術問題，本實用新型提供的技術方案是：一種發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形連接結構，包括芯軸和凸輪，所述凸輪內孔為等距型面或對數螺旋線，通過向芯軸注入高壓液體使芯軸外表面發(fā)生脹形，芯軸外表面與凸輪內孔表面相互擠壓而緊密連接。

所述凸輪內孔為等距型面，由單一的函數曲線構成，周期為120度，在坐標系內形成三葉突出部分，其函數關系式為：

上式中，α為函數曲線上某一點在坐標系中所成角度，D_i為內包絡圓直徑，e為偏距，e滿足最小曲率半徑ρ_min = (D_e/2) – 8e ≥ 0， D_e為凸輪內孔外包絡圓直徑。

優(yōu)選地，上述函數關系式中，偏距e值在0至0.8mm之間。

所述凸輪內孔為對數螺旋線，由三條曲線段AB、CD和EF，以及三條直線段BC、DE和FA復合而成，曲線段CD和EF分別為曲線段AB繞中心點O逆時針旋轉120度和240度形成，在這三條曲線段之間用直線連接構成三條直線段BC、DE和FA，周期為120度，在坐標系內形成三葉突出部分，其中曲線段AB的函數關系式為：

上式中，β為螺旋角，e為自然指數，其值為2.71828，α₁為曲線段AB在坐標系中所成角度。

優(yōu)選地，上述函數關系式中，螺旋角β值在86度至90度之間，α₁值在90度到110度之間。

本實用新型提供的裝配式凸輪軸內高壓連接結構通過如下方法實現連接：

第一步，加工凸輪和軸頸，凸輪外形為型線，內孔為等距型面或對數螺旋線，軸頸類似圓柱套筒；

第二步，將凸輪、軸頸和定位圈放入模具型腔中，然后插入芯軸軸管，芯軸軸管外壁與其他零件內孔存在初始間隙，以便于后面的脹形連接；

第三步，通過合模，固定好各零件的位置；

第四步，對芯軸管端進行密封，然后向管內通入持續(xù)高壓液體，在其作用下，芯軸發(fā)生脹形，芯軸與其他零件初始間隙變小直至消失，然后實現連接；

第五步，卸載液壓力，開模取件。