CN112922689A - 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，包括依次相连接的端堵件、钢管和堵头，钢管套装有凸轮片和信号轮；凸轮片的内壁设有第一防滑槽，并通过液压扩胀的方式实现与钢管的套装连接。在实际装配时，凸轮片与钢管通过液压扩胀实现套装，且因凸轮片的内壁设有第一防滑槽，故扩胀后第一防滑槽的两个棱边会嵌入钢管的外周面形成刹车效果，起到防滑的作用，进而增强了凸轮片的扭矩，达到了凸轮片与钢管间扭矩的要求。因此，本发明提出的组合式凸轮轴，能够满足凸轮片与钢管的扭矩要求，解决了现阶段该领域的难题。

Description

一种组合式凸轮轴

技术领域

本发明涉及发动机配气凸轮轴技术领域，更具体地说，涉及一种组合式凸轮轴。

背景技术

汽车发动机配气凸轮轴的设计与制造，正在发生技术性革命。组合式凸轮轴采用新型组合式设计与制造模式，具有重量轻、加工成本低、材料利用合理等优点，对减轻发动机重量、降低制造成本、提高发动机性能有重要意义，已成为凸轮轴制造技术的发展方向。

现代组合式凸轮轴工艺：焊接，烧接，热套，滚花，扩胀。扩胀连接是依靠内管的塑性变形和被连接件的弹性变形来达到紧固的一种机械连接方法。传统的扩胀连接主要是采用机械胀接、***胀接、橡胶胀接等；但是，传统的扩胀连接无法满足凸轮片、端堵件与钢管的扭矩要求，且端堵件压装后易导致凸轮片应力集中的问题。

因此，如何对组合式凸轮轴进行改进，以满足凸轮片与钢管的扭矩要求，是现阶段该领域亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组合式凸轮轴，该组合式凸轮轴能够满足凸轮片与钢管的扭矩要求，解决了现阶段该领域的难题。

一种组合式凸轮轴，包括依次相连接的端堵件、钢管和堵头，所述钢管套装有凸轮片和信号轮；

所述凸轮片的内壁设有第一防滑槽，并通过液压扩胀的方式实现与所述钢管的套装连接。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述凸轮片为多个，且各个所述凸轮片的内壁均设有多个所述第一防滑槽。

优选的，所述的组合式凸轮轴，多个所述第一防滑槽均匀分布于所述凸轮片的内壁。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述端堵件采用冷压过盈的方式实现与钢管的插装连接。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述端堵件包括相连接的头部和插装部，所述插装部的外周面开设有第二防滑槽。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述插装部的外周面均匀分布有多个所述第二防滑槽。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述钢管插装所述端堵件的区段，在套装所述凸轮片位置的内壁开设有环槽。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述环槽的宽度不小于所述凸轮片的宽度，且不大于所述端堵件插装部的长度。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述堵头采用冷压过盈配合插装于所述钢管的端部。

优选的，所述的组合式凸轮轴，所述信号轮采用冷压过盈配合套装于所述钢管靠近所述堵头的一端。

本发明提出的组合式凸轮轴，包括依次相连接的端堵件、钢管和堵头，钢管套装有凸轮片和信号轮；凸轮片的内壁设有第一防滑槽，并通过液压扩胀的方式实现与钢管的套装连接。在实际装配时，凸轮片与钢管通过液压扩胀实现套装，且因凸轮片的内壁设有第一防滑槽，故扩胀后第一防滑槽的两个棱边会嵌入钢管的外周面形成刹车效果，起到防滑的作用，进而增强了凸轮片的扭矩，达到了凸轮片与钢管间扭矩的要求。因此，本发明提出的组合式凸轮轴，能够满足凸轮片与钢管的扭矩要求，解决了现阶段该领域的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中组合式凸轮轴的示意图；

图2为本发明具体实施方式中凸轮片的示意图；

图3为本发明具体实施方式中组合式凸轮轴的剖视图；

图4为本发明具体实施方式图3中局部A的放大示意图；

图5为本发明具体实施方式中端堵件的剖视图；

图6为本发明具体实施方式中端堵件插装部的截面图。

图1-图6中：

端堵件—1；钢管—2；堵头—3；凸轮片—4；信号轮—5；第一防滑槽—6；头部—7；插装部—8；第二防滑槽—9；环槽—10。

具体实施方式

本具体实施方式的核心在于提供一种组合式凸轮轴，该组合式凸轮轴能够满足凸轮片与钢管的扭矩要求，解决了现阶段该领域的难题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

本具体实施方式提供的组合式凸轮轴，包括依次相连接的端堵件1、钢管2和堵头3，钢管2套装有凸轮片4和信号轮5；凸轮片4的内壁设有第一防滑槽6，并通过液压扩胀的方式实现与钢管2的套装连接。

在实际装配时，凸轮片4与钢管2通过液压扩胀实现套装，且因凸轮片4的内壁设有第一防滑槽6，故扩胀后第一防滑槽6的两个棱边会嵌入钢管2的外周面形成刹车效果，起到防滑的作用，进而增强了凸轮片4的扭矩，达到了凸轮片4与钢管2间扭矩的要求。

因此，本发明提出的组合式凸轮轴，能够满足凸轮片4与钢管2的扭矩要求，解决了现阶段该领域的难题。具体请参见图1-图4。

本具体实施方式提供的组合式凸轮轴，上述凸轮片4可以为多个，具体的个数可以根据组合式凸轮轴实际的需求设计；例如，进气组合式凸轮轴可以有六个凸轮片4和一个油泵凸轮片；排气组合式凸轮轴可以有六个凸轮片4。

进一步，为了更好的增强凸轮片4和钢管2间的扭矩，保证第一防滑槽6的两个棱边嵌入钢管2外周面的效果，可以使各个凸轮片4的内壁均设有多个第一防滑槽6，例如，每个凸轮片4的内壁可以设有六个第一防滑槽6，即凸轮片4与钢管2通过液压扩胀实现套装后，六个第一防滑槽6的十二条棱边均会嵌入钢管2的外周面，进而更好的实现凸轮片4与钢管2间连接的牢固程度。当然，在实际设计时，每个凸轮片4内壁第一防滑槽6的个数可以根据实际的需要进行设计，进而在保证组合式凸轮轴正常工作的前提下，提高凸轮片4与钢管2间的扭矩。

改进前，凸轮片4与钢管2通过液压扩胀后，凸轮片4的最大静态扭矩约为80N.m，动态扭矩±40N.m；

而增设第一防滑槽6后，凸轮片4与钢管2通过液压扩胀后，凸轮片4的最大静态扭矩约为160N.m，动态扭矩±80N.m。

优选的，可以将多个第一防滑槽6均匀分布于凸轮片4的内壁，进而使凸轮片4与钢管2间更加稳定嵌为一体，保证钢管2与凸轮片4在各个位置扭矩的平衡。

本具体实施方式提供的组合式凸轮轴，端堵件1可以采用冷压过盈的方式实现与钢管2的插装连接。

如图4所示，端堵件1可以包括相连接的头部7和插装部8，其中头部7露在钢管2的端外，插装部8插装在钢管2的内部，为了更好的保证钢管2与端堵件1之间连接的稳固性，可以在端堵件1插装部8的外周面开设有第二防滑槽9，进而在端堵件1与钢管2实现冷压过盈连接后，端堵件1第二防滑槽9的两个棱边可以嵌入钢管2的内壁，第二防滑槽9的棱边可以起到刹车作用，进而增加端堵件1与钢管2之间的扭矩，满足二者间的扭矩要求。

进一步，为了更好的提高端堵件1与钢管2间的连接关系，可以在端堵件1插装部8的外周面均匀分布有多个第二防滑槽9，进而更好的保证端堵件1与钢管2间嵌入连接的稳定性。

本具体实施方式提供的组合式凸轮轴，钢管2插装端堵件1的区段，在套装凸轮片4位置的内壁可以开设有环槽10；即在钢管2开设环槽10的外置的外周面套装有凸轮片4，且在钢管2套装凸轮片4的位置的内壁还插装有端堵件1；因此，为了避免端堵件1的插装对凸轮片4造成二次过盈，甚至导致凸轮片4开裂，钢管2插装端堵件1的区段，可以在套装凸轮片4位置的内壁开设环槽10，即端堵件1与钢管2采用分段过盈，进而避开端堵件1对凸轮片4的二次过盈，解决了端堵件1压装引起凸轮片4应力集中的问题。图4中，虚线的位置用于示意钢管2内壁的环槽10。

进一步，环槽10的宽度可以不小于凸轮片4的宽度，且不大于端堵件1插装部8的长度，进而在不影响端堵件1与钢管2间冷压过盈配合的前提下，避免对该位置的凸轮片4造成二次过盈。

本具体实施方式提供的组合式凸轮轴，堵头3可以采用冷压过盈配合插装于钢管2的端部；同理，信号轮5亦可以采用冷压过盈配合套装于钢管2靠近堵头3的一端。

需要说明的是，上述组合式凸轮轴的每组凸轮片4可以均与钢管2采用液压扩胀的方式实现配合，钢管2内壁通过液压扩胀后，钢管2外周面与凸轮片4内壁产生的静摩擦力转化为扭矩，进而达到凸轮片4与钢管2的动静态扭矩要求。

液压扩胀式的优点是装配前零件加工简单，装配能耗小，效率高；且扩胀时是钢管2与凸轮片4接触部位变形，有利于增强凸轮片4的轴向载荷。

通过设计及验证得出：

Ⅰ.轴孔间隙：以一定扩胀压力进行钢管2扩胀试验，最小变形与最大变形的中间值即为轴孔间隙，一般在0.1-0.2毫米。凸轮孔径等于钢管2外径φ24.4加上轴孔间隙，组合式凸轮轴凸轮片4内孔设计为φ24.65。

Ⅱ.扩胀压力：钢管2扩胀试验最小变形对应压力的1.05倍值(230MPa)。

Ⅲ.扩胀体积：根据轴孔间隙及凸轮片4宽度而定。

Ⅳ.钢管2材料采用弹性模量较小的E355+N；凸轮片4材料采用弹性模量较大的GCr15轴承钢。

凸轮片4内孔可以通过拉孔工艺采用六个第一防滑槽6，达到凸轮片4动静态扭矩及轴向载荷的设计要求，通过了830万次动态扭矩疲劳实验。

端堵件1可以采用45钢，端堵件1的第二防滑槽9通过四轴加工中心完成。

与钢管2内孔采用过盈配合H7/z6，端堵件1与钢管2的压入通过伺服压机冷压完成。

改进后的组合式凸轮轴的有益效果如下：

凸轮片4与钢管2的静态扭矩达到160N.m以上，高于设计扭矩90N.m。

端堵件1与钢管2的静态扭矩达到200N.m以上，高于设计扭矩150N.m。

端堵件1与钢管2通过冷压后，凸轮片4受装配应力炸裂的风险降为零。

改进后的组合式凸轮轴比传统铸造组合式凸轮轴重量轻25％，凸轮表面硬度优于铸铁组合式凸轮轴，使用寿命更长，工艺流程缩短40％。

所有改进后的内胀组合式凸轮轴均通过了830万次的动态扭矩疲劳实验，满足了量产要求。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种组合式凸轮轴，其特征在于，包括依次相连接的端堵件(1)、钢管(2)和堵头(3)，所述钢管(2)套装有凸轮片(4)和信号轮(5)；

所述凸轮片(4)的内壁设有第一防滑槽(6)，并通过液压扩胀的方式实现与所述钢管(2)的套装连接。

2.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述凸轮片(4)为多个，且各个所述凸轮片(4)的内壁均设有多个所述第一防滑槽(6)。

3.根据权利要求2所述的组合式凸轮轴，其特征在于，多个所述第一防滑槽(6)均匀分布于所述凸轮片(4)的内壁。

4.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述端堵件(1)采用冷压过盈的方式实现与钢管(2)的插装连接。

5.根据权利要求4所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述端堵件(1)包括相连接的头部(7)和插装部(8)，所述插装部(8)的外周面开设有第二防滑槽(9)。

6.根据权利要求5所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述插装部(8)的外周面均匀分布有多个所述第二防滑槽(9)。

7.根据权利要求5所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述钢管(2)插装所述端堵件(1)的区段，在套装所述凸轮片(4)位置的内壁开设有环槽(10)。

8.根据权利要求7所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述环槽(10)的宽度不小于所述凸轮片(4)的宽度，且不大于所述端堵件(1)插装部(8)的长度。

9.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述堵头(3)采用冷压过盈配合插装于所述钢管(2)的端部。

10.根据权利要求9所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述信号轮(5)采用冷压过盈配合套装于所述钢管(2)靠近所述堵头(3)的一端。

Images