本發(fā)明涉及發(fā)動機凸輪軸技術領域，尤其涉及一種發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形連接結構，包括芯軸和凸輪。

背景技術：

凸輪軸是發(fā)動機中調控進氣和排氣的關鍵部件，主要由芯軸、凸輪和軸頸零件組成。傳統(tǒng)的凸輪軸采取整體鑄造或鍛造方法制造，為一體式結構，存在耗能高、材料利用率低和生產效率低等問題。裝配式凸輪軸技術將凸輪軸的零部件分開加工制造，充分利用了各部件材料性能優(yōu)勢，具有結構分布合理、輕量化和加工成本低等優(yōu)點。內高壓成形連接技術作為一種先進的、特殊的、精密的裝配式凸輪軸連接制造技術，具有成本低、工序少、質量輕、剛度高等特點，廣泛地應用在發(fā)動機裝配式凸輪軸制造技術上，常見的發(fā)動機裝配式凸輪軸結構有圓形結構、齒槽結構和桃形結構三種，它們的特點如下：

1、圓形結構：凸輪內孔和芯軸外壁均為圓形，結構簡單且連接方便，但凸輪與芯軸連接后傳遞載荷的能力較差。

2、齒槽結構：芯軸外壁滾擠出條溝狀花紋，凸輪內孔是否加工成溝槽狀依凸輪與芯軸材料的硬度關系而定。該結構具有一定的裝配精度和連接強度。但其不適宜內高壓成形連接工藝，且在齒形區(qū)域應力集中現象明顯。

3、桃形結構：芯軸外壁為圓形，凸輪內孔加工成與芯軸形狀適配的圓弧段和凸起段，連接后形成類似于鍵的凸起塊。該結構適用于內高壓成形連接，但在裝配式凸輪軸成形連接過程中，芯軸材料變形不均勻，在凸起處芯軸材料承受的工作載荷明顯大于其余部分的材料，導致凸輪在工作過程中內孔受力不均勻，易產生沖擊。

上述三種凸輪與芯軸連接結構存在應力集中、材料變形與受力不均勻或不適用內高壓成形工藝等問題。

技術實現要素：

針對上述現有技術，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以解決裝配式凸輪軸內高壓成形連接過程中，材料變形和結構應力分布不均勻，并且當裝配式凸輪軸處于工作狀態(tài)時，能夠傳遞較大工作載荷，有效提高裝配式凸輪軸的連接強度，從而改善發(fā)動機整機性能的連接結構。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是：一種發(fā)動機裝配式凸輪軸內高壓成形連接結構，包括芯軸和凸輪，所述凸輪內孔為等距型面或對數螺旋線，通過向芯軸注入高壓液體使芯軸外表面發(fā)生脹形，芯軸外表面與凸輪內孔表面相互擠壓而緊密連接。

所述凸輪內孔為等距型面，由單一的函數曲線構成，周期為120度，在坐標系內形成三葉突出部分，其函數關系式為：

x(α)＝(di/2+e)cosα-ecos3αcosα-3esin3αsinα,

y(α)＝(di/2+e)sinα-ecos3αsinα+3esin3αcosα.

上式中，α為函數曲線上某一點在坐標系中所成角度，di為內包絡圓直徑，e為偏距，e滿足最小曲率半徑ρmin＝(de/2)–8e≥0，de為凸輪內孔外包絡圓直徑。

優(yōu)選地，上述函數關系式中，偏距e值在0至0.8mm之間。

所述凸輪內孔為對數螺旋線，由三條曲線段ab、cd和ef，以及三條直線段bc、de和fa復合而成，曲線段cd和ef分別為曲線段ab繞中心點o逆時針旋轉120度和240度形成，在這三條曲線段之間用直線連接構成三條直線段bc、de和fa，周期為120度，在坐標系內形成三葉突出部分，其中曲線段ab的函數關系式為：

x(α)＝(di/2)e^mαcosα,

y(α)＝(di/2)e^mαsinα,m＝cotβ,α∈[0,α1].

上式中，β為螺旋角，e為自然指數，其值為2.71828，α1為曲線段ab在坐標系中所成角度。

優(yōu)選地，上述函數關系式中，螺旋角β值在86度至90度之間，α1值在90度到110度之間。

本發(fā)明提供的裝配式凸輪軸內高壓連接結構通過如下方法實現連接：

第一步，加工凸輪和軸頸，凸輪外形為型線，內孔為等距型面或對數螺旋線，軸頸類似圓柱套筒；

第二步，將凸輪、軸頸和定位圈放入模具型腔中，然后插入芯軸軸管，芯軸軸管外壁與其他零件內孔存在初始間隙，以便于后面的脹形連接；

第三步，通過合模，固定好各零件的位置；

第四步，對芯軸管端進行密封，然后向管內通入持續(xù)高壓液體，在其作用下，芯軸發(fā)生脹形，芯軸與其他零件初始間隙變小直至消失，然后實現連接；

第五步，卸載液壓力，開模取件。

采用本發(fā)明的技術方案的有益效果是：

(1)在裝配式凸輪軸內高壓成形連接過程中，凸輪內孔的輪廓曲線較為平滑，使得芯軸材料變形均勻，提高芯軸的成形性能，內高壓成形連接后，連接結構的應力分布均勻，應力集中現象得到有效改善；

(2)當裝配式凸輪軸處于工作狀態(tài)時，連接結構有三葉突出部分，能夠傳遞較大工作載荷，從而有效提高裝配式凸輪軸的連接強度。

附圖說明

圖1本發(fā)明的內高壓成形連接結構零件圖；

圖2為本發(fā)明的內高壓成形連接原理圖；

圖3為本發(fā)明的等距型面凸輪示意圖；

圖4為本發(fā)明的對數螺旋線凸輪示意圖；

圖5為本發(fā)明的芯軸結構示意圖；

圖6為本發(fā)明的成形連接過程中芯軸與等距型面凸輪示意圖；

圖7為本發(fā)明的成形連接過程中芯軸與對數螺旋線凸輪示意圖；

圖8為本發(fā)明的成形連接后芯軸與等距型面凸輪示意圖；

圖9為本發(fā)明的成形連接后芯軸與對數螺旋線凸輪示意圖。

附圖中：1.凸輪2.定位圈3.軸頸4.芯軸p.液壓力。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。對于實施例的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限定。

如圖1、圖2所示為本發(fā)明的內高壓成形連接結構零件和工作原理。

如圖6、圖7所示，本發(fā)明涉及凸輪1和芯軸4，凸輪內孔有等距型面和對數螺旋線兩種結構選擇，如圖3和圖4所示。

實施例：

本實施例通過內高壓成形方法實現裝配式凸輪軸芯軸與凸輪的連接。脹形前，將凸輪1固定好位置，將芯軸4插入其中。在向芯軸4內通入高壓液體之前，先對芯軸4的管端進行密封。然后芯軸4在高壓液體作用下發(fā)生脹形，直到芯軸4與凸輪2實現初始接觸，如圖6和圖7所示。此時，凸輪1與芯軸4的接觸面積很小，大部分區(qū)域仍然存在間隙，且在三葉突出部分間隙最大。繼續(xù)加壓，芯軸4與凸輪1的接觸面積增大。隨著液壓力p進一步加大直至達到脹形設備設定的最大壓力值，凸輪1的內孔在這一過程中會出現彈性變形。隨著液壓力p卸載，其內孔發(fā)生彈性回復，芯軸4的外壁發(fā)生塑性回彈。由于凸輪1材料的彈性模量小于芯軸4材料，所以在卸載過程中，其更容易發(fā)生回彈。最終，凸輪1的內孔相對初始時，發(fā)生了一定量的彈性變形，其與芯軸4的外壁實現緊密貼合，保證可靠的連接質量，如圖8和圖9所示。

以上結合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但本發(fā)明并不局限于所描述的實施方式，對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。