本實(shí)用新型涉及發(fā)動機(jī)凸輪軸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)動機(jī)裝配式凸輪軸內(nèi)高壓成形連接結(jié)構(gòu)，包括芯軸和凸輪。

背景技術(shù)：

凸輪軸是發(fā)動機(jī)中調(diào)控進(jìn)氣和排氣的關(guān)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(jié)構(gòu)，存在耗能高、材料利用率低和生產(chǎn)效率低等問題。裝配式凸輪軸技術(shù)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(jié)構(gòu)分布合理、輕量化和加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)高壓成形連接技術(shù)作為一種先進(jìn)的、特殊的、精密的裝配式凸輪軸連接制造技術(shù)，具有成本低、工序少、質(zhì)量輕、剛度高等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在發(fā)動機(jī)裝配式凸輪軸制造技術(shù)上，常見的發(fā)動機(jī)裝配式凸輪軸結(jié)構(gòu)有圓形結(jié)構(gòu)、齒槽結(jié)構(gòu)和桃形結(jié)構(gòu)三種，它們的特點(diǎn)如下：

1、圓形結(jié)構(gòu)：凸輪內(nèi)孔和芯軸外壁均為圓形，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)：芯軸外壁滾擠出條溝狀花紋，凸輪內(nèi)孔是否加工成溝槽狀依凸輪與芯軸材料的硬度關(guān)系而定。該結(jié)構(gòu)具有一定的裝配精度和連接強(qiáng)度。但其不適宜內(nèi)高壓成形連接工藝，且在齒形區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯。

3、桃形結(jié)構(gòu)：芯軸外壁為圓形，凸輪內(nèi)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(jié)構(gòu)適用于內(nèi)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(dǎo)致凸輪在工作過程中內(nèi)孔受力不均勻，易產(chǎn)生沖擊。

上述三種凸輪與芯軸連接結(jié)構(gòu)存在應(yīng)力集中、材料變形與受力不均勻或不適用內(nèi)高壓成形工藝等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可以解決裝配式凸輪軸內(nèi)高壓成形連接過程中，材料變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均勻，并且當(dāng)裝配式凸輪軸處于工作狀態(tài)時(shí)，能夠傳遞較大工作載荷，有效提高裝配式凸輪軸的連接強(qiáng)度，從而改善發(fā)動機(jī)整機(jī)性能的連接結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是：一種發(fā)動機(jī)裝配式凸輪軸內(nèi)高壓成形連接結(jié)構(gòu)，包括芯軸和凸輪，所述凸輪內(nèi)孔為等距型面或?qū)?shù)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(nèi)孔表面相互擠壓而緊密連接。

所述凸輪內(nèi)孔為等距型面，由單一的函數(shù)曲線構(gòu)成，周期為120度，在坐標(biāo)系內(nèi)形成三葉突出部分，其函數(shù)關(guān)系式為：

上式中，α為函數(shù)曲線上某一點(diǎn)在坐標(biāo)系中所成角度，D_i為內(nèi)包絡(luò)圓直徑，e為偏距，e滿足最小曲率半徑ρ_min = (D_e/2) – 8e ≥ 0， D_e為凸輪內(nèi)孔外包絡(luò)圓直徑。

優(yōu)選地，上述函數(shù)關(guān)系式中，偏距e值在0至0.8mm之間。

所述凸輪內(nèi)孔為對數(shù)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(fù)合而成，曲線段CD和EF分別為曲線段AB繞中心點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度和240度形成，在這三條曲線段之間用直線連接構(gòu)成三條直線段BC、DE和FA，周期為120度，在坐標(biāo)系內(nèi)形成三葉突出部分，其中曲線段AB的函數(shù)關(guān)系式為：

上式中，β為螺旋角，e為自然指數(shù)，其值為2.71828，α₁為曲線段AB在坐標(biāo)系中所成角度。

優(yōu)選地，上述函數(shù)關(guān)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。

本實(shí)用新型提供的裝配式凸輪軸內(nèi)高壓連接結(jié)構(gòu)通過如下方法實(shí)現(xiàn)連接：

第一步，加工凸輪和軸頸，凸輪外形為型線，內(nèi)孔為等距型面或?qū)?shù)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(nèi)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(jìn)行密封，然后向管內(nèi)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(shí)現(xiàn)連接；

第五步，卸載液壓力，開模取件。

采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案的有益效果是：

（1）在裝配式凸輪軸內(nèi)高壓成形連接過程中，凸輪內(nèi)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(nèi)高壓成形連接后，連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到有效改善；

（2）當(dāng)裝配式凸輪軸處于工作狀態(tài)時(shí)，連接結(jié)構(gòu)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(qiáng)度。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型的內(nèi)高壓成形連接結(jié)構(gòu)零件圖；

圖2為本實(shí)用新型的內(nèi)高壓成形連接原理圖；

圖3為本實(shí)用新型的等距型面凸輪示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的對數(shù)螺旋線凸輪示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的芯軸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的成形連接過程中芯軸與等距型面凸輪示意圖；

圖7為本實(shí)用新型的成形連接過程中芯軸與對數(shù)螺旋線凸輪示意圖；

圖8為本實(shí)用新型的成形連接后芯軸與等距型面凸輪示意圖；

圖9為本實(shí)用新型的成形連接后芯軸與對數(shù)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。對于實(shí)施例的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限定。

如圖1、圖2所示為本實(shí)用新型的內(nèi)高壓成形連接結(jié)構(gòu)零件和工作原理。

如圖6、圖7所示，本實(shí)用新型涉及凸輪1和芯軸4，凸輪內(nèi)孔有等距型面和對數(shù)螺旋線兩種結(jié)構(gòu)選擇，如圖3和圖4所示。

實(shí)施例：

本實(shí)施例通過內(nèi)高壓成形方法實(shí)現(xiàn)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(nèi)通入高壓液體之前，先對芯軸4的管端進(jìn)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(shí)現(xiàn)初始接觸，如圖6和圖7所示。此時(shí)，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(jìn)一步加大直至達(dá)到脹形設(shè)備設(shè)定的最大壓力值，凸輪1的內(nèi)孔在這一過程中會出現(xiàn)彈性變形。隨著液壓力P卸載，其內(nèi)孔發(fā)生彈性回復(fù)，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(nèi)孔相對初始時(shí)，發(fā)生了一定量的彈性變形，其與芯軸4的外壁實(shí)現(xiàn)緊密貼合，保證可靠的連接質(zhì)量，如圖8和圖9所示。

以上結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不局限于所描述的實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。