装配式凸轮轴内高压连接技术的研究

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装配式凸轮轴技术是一种将凸轮轴各零件分别加工,然后装配连接在一起的新型凸轮轴制造技术。相比传统一体式凸轮轴技术,其在降低生产成本和产品多样化设计等方面具有独特优势。内高压成形(IHPF)技术是一种先进制造技术,具有减轻产品重量和减少产品生产工序等优点。将其应用于装配式凸轮轴连接技术,对于提高凸轮轴生产效率,实现凸轮轴轻量化生产具有重要意义。  本文通过有限元模拟结合相关试验,对装配式凸轮轴内高压连接(IHPC)技术展开以下方面的研究:  (1)针对装配式凸轮轴内高压连接技术原理,通过分析常见装配式凸轮轴连接结构,设计两种新型连接结构。  (2)在室温下对304不锈钢芯轴管材进行单向拉伸试验,获取材料力学性能参数,判断其与45钢凸轮是否满足内高压连接要求;同时获取材料本构关系,用于导入有限元软件进行模拟;针对新型连接结构进行内高压连接试验,获取装配式凸轮轴测量试件;然后对测量试件进行三坐标测量试验,获取反映连接界面凸轮与芯轴接触状况的相关数据。  (3)对装配式凸轮轴内高压连接和服役过程展开模拟。分析凸轮与芯轴应力应变等分布情况,并就结构参数(等距型面偏距和对数螺旋线螺旋角余切值)和工艺参数(内压力和轴向进给量)对内高压连接结束后凸轮与芯轴接触状况,以及对服役时凸轮轴连接强度的影响进行分析。  研究结果表明:  (1)所设计等距型面和对数螺旋线结构适用于内高压连接工艺,结构中三叶突出部分有利于装配式凸轮轴在服役时承受扭转载荷。  (2)在内高压连接过程中,凸轮内孔两端未与芯轴接触;在凸轮与芯轴接触区域内,沿轴向在接触区域边缘,两者接触较为紧密,且沿环向在凸轮内孔轮廓较为平缓的部位接触较为紧密。  (3)当内压力为最小值时,凸轮与芯轴接触状况较差,但对于较小结构参数,接触状况随内压力的增大得到明显提高;轴向进给量的适当增大能够改善凸轮与芯轴的接触状况,但在不同结构参数和内压力下影响不同;其中在结构参数较大而内压力较小时其影响较小。  (4)当内压力为最小值时,不同结构参数间装配式凸轮轴连接强度较低,彼此较为接近;随着内压力增大,连接强度增加的趋势加快,且在不同结构参数间连接强度差别更加明显。  (5)结合装配式凸轮轴连接强度要求,在同一结构参数组合内,等距型面结构的连接强度高于对应的对数螺旋线结构,更适合作为装配式凸轮轴内高压连接结构。
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