[发明专利]一种基于能量平衡的液压胀接装配式凸轮轴连接强度的预测方法

说明书

本发明公开了一种基于能量平衡的液压胀接装配式凸轮轴连接强度的预测方法，其特征是，包括如下步骤：1）构建胀接模型；2）获取弹塑性形变功W_d；3）获取摩擦能为W_f；4）获取内能Q；5）得到连接强度。这种方法能快速、准确和高效地预测液压胀接装配式凸轮轴的连接强度，进而不断优化相关参数，达到改善和提高发动机的使用寿命和整体性能的目的。

技术领域

本发明涉及发动机装配式凸轮轴技术领域，具体是一种基于能量平衡的液压胀接装配式凸轮轴连接强度的预测方法。

背景技术

凸轮轴是发动机中配气机构中的关键部件，主要由芯轴、凸轮和轴颈等部件组成。传统的凸轮轴为整体式凸轮轴，通常由铸造、锻造和切削加工等制造。装配式凸轮轴是将凸轮轴的各零部件分开加工制造，再将凸轮轴的各零部件进行连接装配，这样充分利用了各零部件材料性能优势，具有结构分布合理、结构轻量化和加工成本低等优点。目前，装配式凸轮轴技术以较快的速度发展，在高性能的发动机上崭露头角，有逐渐取代整体式凸轮轴的趋势。全球每年的车用凸轮轴产量超过1.5亿根，其中装配式凸轮轴约占20％，全部为国外企业制造，如美国福特(Ford)、克菜斯勒(Chrysler)、法国雷诺(Renault)、意大利菲亚特(Fiat)、德国大众(VW)和日本丰田(Toyota Motor)等汽车公司均采用了装配式凸轮轴。

目前，世界发达国家的汽车产业都在积极开发、应用装配式凸轮轴的制造技术，开发新的连接技术及装配设备。其中，液压胀形连接技术即“液压胀接技术”作为一种液压扩管连接法，是通过液压胀形(Hydro-forming)原理使中空芯轴产生塑性变形、局部直径胀大，并利用卸载后芯轴和凸轮径向回弹量不同而产生紧密接触压力、形成过盈配合来实现凸轮轴的装配。液压胀接技术具有成形工艺简单、成形效率高，生产周期短、能降低装配成本20％-40％等优点，而且胀接完成后芯轴变形均匀、壁厚减薄小、残余应力小，胀接质量好，应用液压胀接技术装配凸轮轴，在节约材料、结构轻量化、加工难易程度等方面具有无可比拟的优越性。随着汽车、航空、航天和机械行业对结构整体化、轻量化和绿色化的要求越来越高，液压胀接技术无疑将成为凸轮轴制造的主流技术，具有广阔的应用前景。

然而，凸轮轴在发动机内连续受到载荷的交替冲击，可能会直接影响到凸轮轴的使用寿命，乃至影响发动机的整体性能，进而影响航空、汽车、军车和船舶等的正常使用，其中，凸轮轴的连接强度的大小是决定发动机使用寿命和整体性能的关键因素。目前，国内外鲜有装配式凸轮轴连接强度的预测方法的专门报道。中国专利CN 106930794 A公开了发动机装配式凸轮轴内高压成形的新型连接结构，即：等距型面和对数螺旋线凸轮结构，这两种结构能够传递较大的工作载荷，有效提高装配式凸轮轴的连接强度，从而改善发动机整机性能，但是该专利仅仅是提出了两种新型结构，从理论上是提高了连接强度，但并没有进行连接强度的预测、验证和分析；中国专利CN 106777780 A公开了一种管子—管板接头柔性静压胀接机理分析方法，该方法是通过构建管子—管板接头柔性静压胀接力学分析模型，针对圆形结构的换热管进行了一系列的理论推导，建立了胀接压力与胀接后管子—管板之间的残余接触压力间的关系模型，以及得出了管子—管板接头进行贴胀和强度胀接时所需的胀接压力和的计算模型，该方法对静压胀接过程分析全面详尽，可为设计和制造柔性静压胀接的管子—管板接头提供一定的参考依据，但该方法主要是针对圆形、规则的凸轮结构进行分析的，此时管子所受的力分布均匀，计算模型较为准确；而对于非圆形、不规则的凸轮结构来说，该方法中的某些假设条件可能不再适用于该计算模型；同时，该方法还需要进行大量的计算和受力分析，处理过程较为复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于能量平衡的液压胀接装配式凸轮轴连接强度的预测方法。这种方法能快速、准确和高效地预测液压胀接装配式凸轮轴的连接强度，进而不断优化相关参数，达到改善和提高发动机的使用寿命和整体性能的目的。

实现本发明目的的技术方案是：