CN108442990B - 一种组合式凸轮轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式凸轮轴，其包括钢管，钢管的两端分别与第一端部件和第二端部件通过过盈配合连接，第一端部件与钢管连接部设置有外圆滚花，外圆滚花的后侧设置有定位环，第一端部件的偏离钢管的一侧中部开设有传动销孔，传动销孔的邻近位置处平行开设有定位销孔；第二端部件上与钢管连接部为光滑外圆，所述光滑外圆的外径大于与邻接位置处的钢管内径，第二端部件的端部与传动销孔对应的位置处开设有承接孔。本发明能够承受极高抗拉强度、静态扭矩、动态扭矩并能耐受高循环次数。

Description

一种组合式凸轮轴

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种组合式凸轮轴。

背景技术

凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合动作。通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高。尤其是在对抗拉强度、静态扭矩、动态扭矩和循环次数都有极高要求的六缸柴油发动机中。

六缸柴油发动机，往往要求大功率、大扭矩，对端件与钢管的结合质量提出了更高要求。尤其是应用于高原山区道路环境极差，且对汽车载重要求极高的环境中。在汽车满载的情况下，需要汽车满足各种道路状况，如爬坡、紧急制动、高速旋转等工况，因此对汽车的凸轮轴的要求更高，通常，需要能够承受不小于400N.m的静态扭矩，还能承受±250N.m的动态扭矩，并能循环7百万次以上。

目前，适用于柴油发动机的凸轮轴为了保证扭矩和传动效果，一般采用整体棒料加工或棒料轧制后加工而成，其加工工艺冗长、生产效率低下，由于为整体棒料或轧料，其材料选择单一，无法同时满足高原山区的高承载运输汽车对高强度、高硬度、高耐磨性的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够承受极高抗拉强度、静态扭矩、动态扭矩并能耐受高循环次数的组合式凸轮轴。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种组合式凸轮轴，其包括钢管，钢管的两端分别与第一端部件和第二端部件通过过盈配合连接，第一端部件与钢管的连接处设置有外圆滚花，外圆滚花的后侧设置有定位环，第一端部件偏离钢管的一侧中部开设有传动销孔，传动销孔的邻近第一端部件侧边的位置处平行开设有定位销孔；第二端部件与钢管的连接处为光滑外圆，所述光滑外圆的外径大于与其邻接处的钢管内径，第二端部件的端部与传动销孔对应的位置处开设有承接孔；

钢管的外径上采用滚轧设置有定位滚花，钢管通过定位滚花与凸轮片上的内孔过盈配合；凸轮片的数量为六组，每组至少一个；每组凸轮片的相对距离和转向角度均相同。

上述技术方案中，优选的，定位滚花、外圆滚花均为与钢管轴心线同向的纵向滚花。

上述技术方案中，优选的，外圆滚花呈齿轮状，外圆滚花的节距为1mm、直径为35.75±0.05mm、齿顶呈弧线且宽为0.23mm、齿根为圆弧且半径为0.1mm、齿形角度87°。

上述技术方案中，优选的，定位滚花呈齿轮状，定位滚花的节距为1mm、外径为45.85±0.05mm、齿顶呈弧线且宽为0.2mm、齿根为圆弧且半径为0.1mm、齿形角度90°。

上述技术方案中，优选的，内孔直径为45.6±0.03mm。

上述技术方案中，优选的，钢管内径为35.5±0.05mm，外径为45.5±0.05mm。

本发明提供的上述组合式凸轮轴的主要有益效果在于：

将钢管与第一端部件通过外圆滚花与钢管光滑内管连接，并在外圆滚花后侧设置定位环，使得第一端部件与钢管通过过盈配合连接时，钢管的端部与定位环抵接，由此可以通过定位环限定第一端部件与钢管的相对位置；通过外圆滚花实现的过盈配合连接，保证第一端部件与钢管连接的稳固性和扭矩传导。

通过在第一端部件上设置传动销孔和定位销孔，并在第二端部件上设置与传动销孔配合的承接孔；利用传动销孔和承接孔配合固定，固定凸轮轴的位置；通过定位销孔对凸轮轴进行角度定位。

通过将钢管的外径、内径设置为相应尺寸，故钢管与端件结合后，其具有能够承受不小于500N.m的静态扭矩，还能承受±350N.m的动态扭矩，并能循环7百万次以上。

通过在钢管的外径上滚轧设置有定位滚花，并与特定尺寸的凸轮片配合，使凸轮片具有能够承受不小于400N.m的静态扭矩见，承受±250N.m的动态扭矩并能循环7百万次以上。

附图说明

图1为组合式凸轮轴的剖视图。

图2为第一端部件的结构示意图。

图3为定位滚花的局部放大图。

图4为组合式凸轮轴的侧视图。

图5为组合式凸轮轴进行抗拉强度测试的实验数据图。

其中，1、第一端部件，11、外圆滚花，12、定位环，13、传动销孔，14、定位销孔，2、钢管，21、定位滚花，3、凸轮片，4、第二端部件，41、承接孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，其为组合式凸轮轴的结构示意图。

本发明的组合式凸轮轴包括钢管2，钢管2的两端分别与第一端部件1和第二端部件4通过过盈配合连接，第一端部件1与钢管2连接部设置有外圆滚花11，如图2所示，外圆滚花11的后侧设置有定位环12，第一端部件1的偏离钢管2的一侧中部开设有传动销孔13，传动销孔13的邻近位置处平行开设有定位销孔14；第二端部件4上与钢管2连接部为光滑外圆，光滑外圆的外径大于与邻接位置处的钢管2内径，第二端部件4的端部与传动销孔13对应的位置处开设有承接孔41。

如图3所示，钢管2的外径上滚轧设置有定位滚花21，钢管2通过定位滚花21与凸轮片3上的内孔通过过盈配合连接。

所述凸轮片的数量为六组，每组至少一个；每组凸轮片的相对距离和转向角度相同，如图4所示。

其中，定位滚花21、外圆滚花11为纵向滚花；外圆滚花11呈齿轮状，外圆滚花11的节距为1mm、直径为35.75±0.05、齿顶呈弧线且宽为0.23mm、齿根为圆弧且半径为0.1mm、齿形角度87°。

下面对本发明所提供的凸轮轴的性能进行验证性试验：

为满足高原山区的高承载运输汽车对高强度、高硬度、高耐磨性的要求，对本发明所提供的凸轮轴进行静态扭矩、动态扭矩承受能力的验证性试验。

如表1所示，为保证凸轮轴能承受400N.m及以上的静态扭矩，首先对钢管2与第一端部件1之间的连接进行测试，取目标静态扭矩为500N.m进行扭曲测试试验，在反复测试中，本发明提供的结构的失效扭矩均大于额定静态扭矩。

表1

如表2所示，为保证凸轮轴能承受±250N.m及以上的动态扭矩，对钢管2与第一端部件1之间的连接的测试目标取动态扭矩为±400N.m进行扭曲测试试验，且为了保证循环7百万次以上，故在将凸轮轴组装完成后，进行动态扭矩测试，以保证在7百万次循环之后，凸轮轴结构仍未松动。在反复测试中，本发明提供的结构均能保证未发生松动，故可认定满足要求。

表2

对于组成完成后的凸轮轴，由于凸轮片3与钢管2通过定位滚花21实现过盈配合连接，因此对凸轮片3与钢管2连接的要求相对第一端部件1与钢管2连接的要求较低，应该至少满足能承受不小于400N.m的静态扭矩，还能承受±250N.m的动态扭矩，并能循环7百万次以上。如表3和表4，分别是进行静态扭矩验证试验和动态扭矩验证试验的结构，由表可知，本发明提供的结构满足设定要求。

表3

序号

额定静态扭矩

失效扭矩

判定

序号

额定静态扭矩

失效扭矩

判定

1

400N.m

430N.m

合格

11

400N.m

436N.m

合格

2

400N.m

483N.m

合格

12

400N.m

439N.m

合格

3

400N.m

445N.m

合格

13

400N.m

500N.m

合格

4

400N.m

472N.m

合格

14

400N.m

455N.m

合格

5

400N.m

479N.m

合格

15

400N.m

473N.m

合格

6

400N.m

448N.m

合格

16

400N.m

420N.m

合格

7

400N.m

451N.m

合格

17

400N.m

433N.m

合格

8

400N.m

462N.m

合格

18

400N.m

437N.m

合格

9

400N.m

434N.m

合格

19

400N.m

450N.m

合格

10

400N.m

429N.m

合格

20

400N.m

442N.m

合格

表4

在实际使用中，凸轮轴的钢管2还存在抗拉强度的要求，通常六缸柴油发动机的轴的抗拉强度应不小于700MPa，因此，取钢管2的碳含量为0.2～0.25％，进行金属拉伸试验。

如图5和表5所示，抗拉强度Rm与拉力Fm、截面积So的关系为Rm＝Fm/So，因此，计算得到的最大抗拉强度Rm均大于700MPa，故本发明提供的结构满足设定要求。

表5

通过将钢管的含碳量设置在0.2～0.25％的范围内，使其具有不小于700MPa的抗拉强度，并且使钢管具有可淬性，为轴颈位置获得40HRC以上的硬度提供基础。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种组合式凸轮轴，其特征在于，包括钢管(2)，钢管(2)的两端分别与第一端部件(1)和第二端部件(4)通过过盈配合连接，第一端部件(1)与钢管(2)的连接处设置有外圆滚花(11)，外圆滚花(11)的后侧设置有定位环(12)，第一端部件(1)偏离钢管(2)的一侧中部开设有传动销孔(13)，传动销孔(13)的邻近第一端部件(1)侧边的位置处平行开设有定位销孔(14)；第二端部件(4)与钢管(2)的连接处为光滑外圆，所述光滑外圆的外径大于与其邻接处的钢管(2)内径，第二端部件(4)的端部与传动销孔(13)对应的位置处开设有承接孔(41)；

钢管(2)的外径上采用滚轧设置有定位滚花(21)，钢管(2)通过定位滚花(21)与凸轮片(3)上的内孔过盈配合；

所述凸轮片的数量为六组，每组至少一个；每组凸轮片的相对距离和转向角度均相同；所述定位滚花(21)、外圆滚花(11)均为与钢管轴心线同向的纵向滚花；所述钢管(2)内径为35.5±0.05mm，外径为45.5±0.05mm。

2.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述外圆滚花(11)呈齿轮状，外圆滚花(11)的节距为1mm、直径为35.75±0.05mm、齿顶呈弧线且宽为0.23mm、齿根为圆弧且半径为0.1mm、齿形角度87°。

3.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述定位滚花(21)呈齿轮状，定位滚花(21)的节距为1mm、外径为45.85±0.05mm、齿顶呈弧线且宽为0.2mm、齿根为圆弧且半径为0.1mm、齿形角度90°。

4.根据权利要求3所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述内孔直径为45.6±0.03mm。