[發明專利]一種基于能量平衡的液壓脹接裝配式凸輪軸連接強度的預測方法

有效

• 申請號: 201910079729.5
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109798161B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 楊連發;馬建平;黃端港;何玉林;黃進杰;姜靖宇;劉君
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;F01L1/047
• 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: 劉梅芳

1.一種基于能量平衡的液壓脹接裝配式凸輪軸連接強度的預測方法，其特征是，包括如下步驟：

1)構建脹接模型：所述脹接模型中，中空芯軸與凸輪在液壓力作用下完成脹接，卸去液壓力后，脹接模型的貼合狀況良好，該模型的凸輪內壁結構為圓形或非圓形；該模型在進行扭轉分析時，滿足能量平衡原理，且凸輪基本不發生塑性變形；凸輪內表面與芯軸外表面間的摩擦系數滿足庫侖摩擦；凸輪和芯軸均為理想彈塑性材料，服從Tresca屈服準則；非圓形、不規則結構凸輪的每個接觸點的受力不同；在進行扭轉時，扭轉速度均勻，扭轉角度準確；在進行扭轉時，芯軸所受的軸向力基本為0；在進行扭轉時，芯軸的變形不出現內凹現象；假設能量耗散為0，即能量始終處于平衡狀態，其中，彈塑性形變功為W_d，摩擦能為W_f，內能為Q，扭轉能為N；

2)獲取彈塑性形變功W_d：依據步驟1)建立的脹接模型，在進行扭轉分析時，彈性形變功W_e占主要部分，彈性形變功為：其中，σ為芯軸在扭轉過程中發生彈性變形時所受的應力，θ為扭轉時所轉過的角度；塑性形變功為：其中，ε為塑性變形量，σ'和σ”為芯軸在扭轉前后塑性變形時所受的應力，Δ為塑性形變功W_p的修正因子；

3)獲取摩擦能為W_f：依據步驟1)建立的脹接模型，結合有限元分析即通過建立有限元模型，獲得凸輪與芯軸之間在扭轉作用下的實時殘余接觸壓力、應力、接觸面積和接觸長度的變化可得到摩擦能W_f，即：W_f＝∫F_n ds dl＝∫σ″′(x，y，z)ds dl＝∫σ″′(x，y，z)dx dy dl，其中，F_n為凸輪與芯軸之間的殘余接觸壓力，s為凸輪的內表面與芯軸的外表面之間的接觸面積，σ”'為凸輪與芯軸之間所受的應力；

4)獲取內能Q：依據步驟1)建立的脹接模型，結合有限元分析即通過建立有限元模型，在有限元軟件中直接提取出在給定的扭轉時間內的接觸區域和發熱量，或直接提取內能的變化值，得到內能Q＝(∫_ΩW_hdΩ)Δt，其中，W_h是單位時間內芯軸與凸輪之間單位體積的熱源發熱量，又稱熱源函數，Ω是芯軸與凸輪接觸時的區域，Δt是扭轉的時間；

5)得到連接強度：依據能量平衡原理，得到液壓脹接裝配式凸輪軸的連接強度為：彈塑性形變功W_d、摩擦能W_f與內能Q這三部分能量之和等于扭轉能N，扭轉能N即表征液壓脹接裝配式凸輪軸的連接強度，即連接強度的表達式可為：N＝W_d+W_f+Q＝W_e+W_p+W_f+Q。