[發(fā)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

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• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109798161B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 楊連發(fā);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

本發(fā)明公開了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；2）獲取彈塑性形變功W_d；3）獲取摩擦能為W_f；4）獲取內能Q；5）得到連接強度。這種方法能快速、準確和高效地預測液壓脹接裝配式凸輪軸的連接強度，進而不斷優(yōu)化相關參數(shù)，達到改善和提高發(fā)動機的使用壽命和整體性能的目的。

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)動機裝配式凸輪軸技術領域，具體是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。

背景技術

凸輪軸是發(fā)動機中配氣機構中的關鍵部件，主要由芯軸、凸輪和軸頸等部件組成。傳統(tǒng)的凸輪軸為整體式凸輪軸，通常由鑄造、鍛造和切削加工等制造。裝配式凸輪軸是將凸輪軸的各零部件分開加工制造，再將凸輪軸的各零部件進行連接裝配，這樣充分利用了各零部件材料性能優(yōu)勢，具有結構分布合理、結構輕量化和加工成本低等優(yōu)點。目前，裝配式凸輪軸技術以較快的速度發(fā)展，在高性能的發(fā)動機上嶄露頭角，有逐漸取代整體式凸輪軸的趨勢。全球每年的車用凸輪軸產量超過1.5億根，其中裝配式凸輪軸約占20％，全部為國外企業(yè)制造，如美國福特(Ford)、克菜斯勒(Chrysler)、法國雷諾(Renault)、意大利菲亞特(Fiat)、德國大眾(VW)和日本豐田(Toyota Motor)等汽車公司均采用了裝配式凸輪軸。

目前，世界發(fā)達國家的汽車產業(yè)都在積極開發(fā)、應用裝配式凸輪軸的制造技術，開發(fā)新的連接技術及裝配設備。其中，液壓脹形連接技術即“液壓脹接技術”作為一種液壓擴管連接法，是通過液壓脹形(Hydro-forming)原理使中空芯軸產生塑性變形、局部直徑脹大，并利用卸載后芯軸和凸輪徑向回彈量不同而產生緊密接觸壓力、形成過盈配合來實現(xiàn)凸輪軸的裝配。液壓脹接技術具有成形工藝簡單、成形效率高，生產周期短、能降低裝配成本20％-40％等優(yōu)點，而且脹接完成后芯軸變形均勻、壁厚減薄小、殘余應力小，脹接質量好，應用液壓脹接技術裝配凸輪軸，在節(jié)約材料、結構輕量化、加工難易程度等方面具有無可比擬的優(yōu)越性。隨著汽車、航空、航天和機械行業(yè)對結構整體化、輕量化和綠色化的要求越來越高，液壓脹接技術無疑將成為凸輪軸制造的主流技術，具有廣闊的應用前景。

然而，凸輪軸在發(fā)動機內連續(xù)受到載荷的交替沖擊，可能會直接影響到凸輪軸的使用壽命，乃至影響發(fā)動機的整體性能，進而影響航空、汽車、軍車和船舶等的正常使用，其中，凸輪軸的連接強度的大小是決定發(fā)動機使用壽命和整體性能的關鍵因素。目前，國內外鮮有裝配式凸輪軸連接強度的預測方法的專門報道。中國專利CN 106930794 A公開了發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形的新型連接結構，即：等距型面和對數(shù)螺旋線凸輪結構，這兩種結構能夠傳遞較大的工作載荷，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，但是該專利僅僅是提出了兩種新型結構，從理論上是提高了連接強度，但并沒有進行連接強度的預測、驗證和分析；中國專利CN 106777780 A公開了一種管子—管板接頭柔性靜壓脹接機理分析方法，該方法是通過構建管子—管板接頭柔性靜壓脹接力學分析模型，針對圓形結構的換熱管進行了一系列的理論推導，建立了脹接壓力與脹接后管子—管板之間的殘余接觸壓力間的關系模型，以及得出了管子—管板接頭進行貼脹和強度脹接時所需的脹接壓力和的計算模型，該方法對靜壓脹接過程分析全面詳盡，可為設計和制造柔性靜壓脹接的管子—管板接頭提供一定的參考依據，但該方法主要是針對圓形、規(guī)則的凸輪結構進行分析的，此時管子所受的力分布均勻，計算模型較為準確；而對于非圓形、不規(guī)則的凸輪結構來說，該方法中的某些假設條件可能不再適用于該計算模型；同時，該方法還需要進行大量的計算和受力分析，處理過程較為復雜。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供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。這種方法能快速、準確和高效地預測液壓脹接裝配式凸輪軸的連接強度，進而不斷優(yōu)化相關參數(shù)，達到改善和提高發(fā)動機的使用壽命和整體性能的目的。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：