[实用新型]发动机装配式凸轮轴内高压成形连接结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机凸轮轴技术领域，尤其涉及一种发动机装配式凸轮轴内高压成形连接结构，包括芯轴和凸轮。

背景技术

凸轮轴是发动机中调控进气和排气的关键部件，主要由芯轴、凸轮和轴颈零件组成。传统的凸轮轴采取整体铸造或锻造方法制造，为一体式结构，存在耗能高、材料利用率低和生产效率低等问题。装配式凸轮轴技术将凸轮轴的零部件分开加工制造，充分利用了各部件材料性能优势，具有结构分布合理、轻量化和加工成本低等优点。内高压成形连接技术作为一种先进的、特殊的、精密的装配式凸轮轴连接制造技术，具有成本低、工序少、质量轻、刚度高等特点，广泛地应用在发动机装配式凸轮轴制造技术上，常见的发动机装配式凸轮轴结构有圆形结构、齿槽结构和桃形结构三种，它们的特点如下：

1、圆形结构：凸轮内孔和芯轴外壁均为圆形，结构简单且连接方便，但凸轮与芯轴连接后传递载荷的能力较差。

2、齿槽结构：芯轴外壁滚挤出条沟状花纹，凸轮内孔是否加工成沟槽状依凸轮与芯轴材料的硬度关系而定。该结构具有一定的装配精度和连接强度。但其不适宜内高压成形连接工艺，且在齿形区域应力集中现象明显。

3、桃形结构：芯轴外壁为圆形，凸轮内孔加工成与芯轴形状适配的圆弧段和凸起段，连接后形成类似于键的凸起块。该结构适用于内高压成形连接，但在装配式凸轮轴成形连接过程中，芯轴材料变形不均匀，在凸起处芯轴材料承受的工作载荷明显大于其余部分的材料，导致凸轮在工作过程中内孔受力不均匀，易产生冲击。

上述三种凸轮与芯轴连接结构存在应力集中、材料变形与受力不均匀或不适用内高压成形工艺等问题。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以解决装配式凸轮轴内高压成形连接过程中，材料变形和结构应力分布不均匀，并且当装配式凸轮轴处于工作状态时，能够传递较大工作载荷，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的连接结构。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：一种发动机装配式凸轮轴内高压成形连接结构，包括芯轴和凸轮，所述凸轮内孔为等距型面或对数螺旋线，通过向芯轴注入高压液体使芯轴外表面发生胀形，芯轴外表面与凸轮内孔表面相互挤压而紧密连接。

所述凸轮内孔为等距型面，由单一的函数曲线构成，周期为120度，在坐标系内形成三叶突出部分，其函数关系式为：

上式中，α为函数曲线上某一点在坐标系中所成角度，D_i为内包络圆直径，e为偏距，e满足最小曲率半径ρ_min = (D_e/2) – 8e ≥ 0， D_e为凸轮内孔外包络圆直径。

优选地，上述函数关系式中，偏距e值在0至0.8mm之间。

所述凸轮内孔为对数螺旋线，由三条曲线段AB、CD和EF，以及三条直线段BC、DE和FA复合而成，曲线段CD和EF分别为曲线段AB绕中心点O逆时针旋转120度和240度形成，在这三条曲线段之间用直线连接构成三条直线段BC、DE和FA，周期为120度，在坐标系内形成三叶突出部分，其中曲线段AB的函数关系式为：

上式中，β为螺旋角，e为自然指数，其值为2.71828，α₁为曲线段AB在坐标系中所成角度。

优选地，上述函数关系式中，螺旋角β值在86度至90度之间，α₁值在90度到110度之间。

本实用新型提供的装配式凸轮轴内高压连接结构通过如下方法实现连接：

第一步，加工凸轮和轴颈，凸轮外形为型线，内孔为等距型面或对数螺旋线，轴颈类似圆柱套筒；

第二步，将凸轮、轴颈和定位圈放入模具型腔中，然后插入芯轴轴管，芯轴轴管外壁与其他零件内孔存在初始间隙，以便于后面的胀形连接；

第三步，通过合模，固定好各零件的位置；

第四步，对芯轴管端进行密封，然后向管内通入持续高压液体，在其作用下，芯轴发生胀形，芯轴与其他零件初始间隙变小直至消失，然后实现连接；

第五步，卸载液压力，开模取件。