组合式凸轮轴扩管联接及疲劳寿命分析

发布时间：2017-12-08 06:21

  本文关键词：组合式凸轮轴扩管联接及疲劳寿命分析

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【摘要】：组合式凸轮轴基于分体加工制造及高强度精密联接理念,在材料优化匹配、轻量化设计、结构柔性设计与制造等方面较传统一体式凸轮轴有显著提升,极大地提高了凸轮轴的整体性能和生产效率,符合现代汽车发动机零部件高可靠性、轻量化和低成本的发展要求。针对组合式凸轮轴的装配联接,已开发出多种冷、热联接技术：滚花联接法、机械扩管法、烧结法、焊接法等。静力扭转强度和疲劳寿命作为组合式凸轮轴的重要性能指标,直接影响发动机的工作性能,一直是各方关注的焦点。目前,组合式凸轮轴联接技术的研究还主要集中于工艺参数的优化、装配载荷和联接强度,如滚花联接的压装力与静力扭转强度分析,但对强度分析还缺乏深入而全面的探讨,如对疲劳强度的研究涉及很少。钢球扩管联接作为一种特殊的机械扩管法,具有轴向与角向定位准确、生产效率高、操作简便等特点,是组合式凸轮轴的主要联接技术之一。本文依托国家科技重大专项进行组合式凸轮轴钢球扩管联接及疲劳寿命分析,结合扩管联接实验和凸轮轴扭转疲劳实验,进行扩管装配联接—扭转分析—疲劳寿命预测的系统研究,重点探讨了两种典型联接型面的组合式凸轮轴扩管联接过程及承扭性能；并以凸轮为圆柱内孔型面的组合式凸轮轴为研究对象,获取主要工艺参数对联接强度的影响规律,为组合式凸轮轴使用寿命评估及前期设计提供参考。本文主要的研究内容及成果如下：1.组合式凸轮轴疲劳寿命预测理论分析基于疲劳寿命预测的基本理论,分析和总结包括疲劳寿命预测方法模型、疲劳损伤累计理论和有限元疲劳分析的一般步骤等,并探讨了影响结构或零件疲劳寿命的主要影响因素,为后文组合式凸轮轴疲劳分析提供参考。2.钢球扩管联接有限元模型构建及联接过程模拟结合组合式凸轮轴钢球扩管联接原理和实验,对装配联接过程进行数值建模、接触与边界条件处理,进而对两种典型凸轮型面的组合式凸轮轴进行装配过程模拟,分析了轴管和凸轮的等效应力、联接面接触压力分布情况,以及轴管减薄程度,获得了满足扭转分析和疲劳分析的联接结果。进一步探讨并获得了材料选择及匹配、钢球过盈量、初始间隙对联接过程的影响规律。3.组合式凸轮轴扭转过程模拟及关键工艺参数对静扭强度影响分析以扩径联接模拟结果和扭转实验为基础,建立组合式凸轮轴扭转分析有限元模型,探讨10°角位移载荷下组合式凸轮轴的扭矩极限与联接面变化情况,确定了组合式凸轮轴的静扭强度；结合扭转分析结果,开展了材料选择及匹配、钢球过盈量和初始间隙对静扭强度的影响分析；最后通过扩径和扭转实验验证了模拟分析的有效性。4.组合式凸轮轴疲劳寿命预测及影响因素分析进行钢球扩管联接—扭转分析—疲劳寿命预测一体化系统分析研究,将扩管联接后的变形体、残余应力及接触状态连续传递到疲劳分析模型,基于现代疲劳分析五框图构建了组合式凸轮轴疲劳寿命预测模型及流程,进行了组合式凸轮轴疲劳寿命及危险点位置的预测。同时以扩管联接静扭强度和结构疲劳寿命的影响因素为线索,探讨了材料选择及匹配、钢球过盈量、初始间隙对组合式凸轮轴疲劳寿命的影响,并将其与各参数下静扭强度的变化规律进行了对比,为组合式凸轮轴工艺参数的设计提供了参考依据。最后,提出了组合式凸轮轴微动疲劳问题,从微动的特点和疲劳断裂破坏位置两方面分析了组合式凸轮轴微动疲劳问题的可能性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.2

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本文编号：1265358