[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

摘要

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Wd；3）获取摩擦能为Wf；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。

主权项

1.一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：所述胀接模型中，中空芯轴与凸轮在液压力作用下完成胀接，卸去液压力后，胀接模型的贴合状况良好，该模型的凸轮内壁结构可以是圆形、规则的，也可以是非圆形、不规则的；该模型在进行扭转分析时，满足能量平衡原理，且凸轮基本不发生塑性变形；凸轮内表面与芯轴外表面间的摩擦系数满足库仑摩擦；凸轮和芯轴均为理想弹塑性材料，服从Tresca屈服准则；非圆形、不规则结构凸轮的每个接触点的受力不同；在进行扭转时，扭转速度均匀，扭转角度准确；在进行扭转时，芯轴所受的轴向力基本为0；在进行扭转时，芯轴的变形不出现内凹现象；假设能量耗散为0，即能量始终处于平衡状态，其中，弹塑性形变功为W_d，摩擦能为W_f，内能为Q，扭转能为N；2)获取弹塑性形变功W_d：依据步骤1)建立的胀接模型，在进行扭转分析时，弹性形变功W_e占主要部分，弹性形变功为：其中，σ为芯轴在扭转过程中发生弹性变形时所受的应力，θ为扭转时所转过的角度；塑性形变功为：其中，ε为塑性变形量，σ′和σ″为芯轴在扭转前后塑性变形时所受的应力，Δ为塑性形变功W_p的修正因子；3)获取摩擦能为W_f：依据步骤1)建立的胀接模型，结合有限元分析即通过建立有限元模型，获得凸轮与芯轴之间在扭转作用下的实时残余接触压力、应力、接触面积和接触长度的变化可得到摩擦能W_f，即：W_f＝∫F_nds dl＝∫σ″′(x,y,z)ds dl＝∫σ″′(x,y,z)dx dy dl，其中，F_n为凸轮与芯轴之间的残余接触压力，s为凸轮的内表面与芯轴的外表面之间的接触面积，σ″′为凸轮与芯轴之间所受的应力；4)获取内能Q：依据步骤1)建立的胀接模型，结合有限元分析即通过建立有限元模型，在有限元软件中直接提取出在给定的扭转时间内的接触区域和发热量，或直接提取内能的变化值，得到内能Q＝(∫_ΩW_hdΩ)Δt，其中，W_h是单位时间内芯轴与凸轮之间单位体积的热源发热量，又称热源函数，Ω是芯轴与凸轮接触时的区域，Δt是扭转的时间；5)得到连接强度：依据能量平衡原理，得到液压胀接装配式凸轮轴的连接强度为：弹塑性形变功W_d、摩擦能W_f与内能Q这三部分能量之和等于扭转能N，扭转能N即表征液压胀接装配式凸轮轴的连接强度，即连接强度的表达式可为：N＝W_d+W_f+Q＝W_e+W_p+W_f+Q。