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中空组合式凸轮轴滚花连接强度研究

材料科学与工艺 2009年第4期17卷 551-555页

作者：寇淑清乔健杨慎华张弛吉林大学辊锻研究所长春130022 中科院长春光学精密机械与物理研究所长春130016

凸轮与轴体的连接强度是评价中空组合式凸轮轴的重要技术指标.本文介绍了中空组合式凸轮轴的技术优势和滚花连接的特点,通过有限元数值模拟并结合试验对滚花装配压装力和连接强度的影响因素进行了分析.结果表明,材料、过盈量、滚花连接... 详细信息

凸轮与轴体的连接强度是评价中空组合式凸轮轴的重要技术指标.本文介绍了中空组合式凸轮轴的技术优势和滚花连接的特点,通过有限元数值模拟并结合试验对滚花装配压装力和连接强度的影响因素进行了分析.结果表明,材料、过盈量、滚花连接区长度、滚花齿形和齿间距都是影响滚花压装力和连接强度的主要因素;凸轮与轴体材料的优化匹配、滚花齿形的合理选取以及装配过盈量和连接区长度的增大,都可提高滚花连接中空组合式凸轮轴的连接强度.

关键词：中空组合武凸轮轴滚花连接连接强度有限元数值模拟

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中空装配式凸轮轴滚花连接数值模拟分析

吉林大学学报（工学版） 2007年第5期37卷 1106-1111页

作者：寇淑清乔健杨慎华张弛吉林大学辊锻工艺研究所长春130022

介绍了中空装配式凸轮轴的技术优势以及滚花连接的连接机理,采用数值模拟的方法分析了影响滚花连接压装力和连接强度的各种因素,并进行了滚花连接压装试验。试验结果表明:材料、过盈量、滚花连接区长度、滚花齿形及齿间距都是影响滚花... 详细信息

介绍了中空装配式凸轮轴的技术优势以及滚花连接的连接机理,采用数值模拟的方法分析了影响滚花连接压装力和连接强度的各种因素,并进行了滚花连接压装试验。试验结果表明:材料、过盈量、滚花连接区长度、滚花齿形及齿间距都是影响滚花连接压装力和静扭强度的主要因素,并且凸轮和轴体材料的优化匹配、滚花齿形的合理选取以及增加装配过盈量和增大连接区长度都可提高连接强度。

关键词：材料合成与加工工艺中空装配式凸轮轴滚花连接压装力连接强度数值模拟

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滚花连接装配式凸轮轴连接机理及生产新工艺

汽车技术 2008年第9期 53-55,62页

作者：张驰何东野邓春萍聂旋叶丹丹吉林大学辊锻工艺研究所

介绍了滚花连接装配式凸轮轴的制造优势及滚花连接机理.论述了轴向滚花连接和横向滚花连接的生产方式及装配工艺,并进行了连接扭转强度试验,分析了影响两种滚花连接强度的因素。研究表明,当芯轴硬度大于凸轮时,应采用轴向滚花连接方式... 详细信息

介绍了滚花连接装配式凸轮轴的制造优势及滚花连接机理.论述了轴向滚花连接和横向滚花连接的生产方式及装配工艺,并进行了连接扭转强度试验,分析了影响两种滚花连接强度的因素。研究表明,当芯轴硬度大于凸轮时,应采用轴向滚花连接方式装配凸轮轴,反之采用横向滚花连接方式;此两种连接方式装配生产的凸轮轴,其连接扭矩均能满足凸轮轴的工作要求。

关键词：装配式凸轮轴滚花连接强度

发动机装配式凸轮轴滚花连接原理及轴向滚花连接数值模拟分析

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新技术新工艺 2010年第5期 113-117页

作者：张驰徐沛娟皮文皓杨慎华吉林大学吉林长春130025 中国第一汽车集团公司吉林长春130011

阐述了发动机滚花装配式凸轮轴滚花连接成形原理,进行了轴向滚花压装、扭转试验,分析了压装力及扭转强度的影响因素,并通过数值模拟加以研究。由此得到大量有关压装与扭转的试验数据和相关结论,为设备的研制及滚花装配式凸轮轴的工艺制... 详细信息

阐述了发动机滚花装配式凸轮轴滚花连接成形原理,进行了轴向滚花压装、扭转试验,分析了压装力及扭转强度的影响因素,并通过数值模拟加以研究。由此得到大量有关压装与扭转的试验数据和相关结论,为设备的研制及滚花装配式凸轮轴的工艺制定提供了可靠的依据。

关键词：内燃机装配式凸轮轴滚花连接实验研究数值分析

横向滚花装配凸轮轴连接强度理论分析与实验研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2021年第2期40卷 98-104页

作者：刘俊利焦豪奇关洪涛张青华王华伟闫艳燕河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 河南中轴控股集团股份有限公司河南焦作454000

横向滚花凸轮轴各部件的加工工艺参数是影响凸轮轴装配性能的关键要素。为了推导横向滚花连接静扭矩计算公式及与之相关的材料和加工参数,对横向滚花装配凸轮与轴管连接状态和失效形式进行分析。以某汽车发动机凸轮轴为例,根据推导公式... 详细信息

横向滚花凸轮轴各部件的加工工艺参数是影响凸轮轴装配性能的关键要素。为了推导横向滚花连接静扭矩计算公式及与之相关的材料和加工参数,对横向滚花装配凸轮与轴管连接状态和失效形式进行分析。以某汽车发动机凸轮轴为例,根据推导公式和生产经验确定各参数并建立模型,利用ABAQUS软件对凸轮轴装配过程和静态破坏扭矩进行仿真分析;在相同参数下实现凸轮轴的加工与装配,利用扭矩实验平台对装配完成的凸轮轴进行静态扭矩破坏实验。在相同的参数下,理论计算、仿真分析和破坏实验的破坏扭矩分别为406.8,485.96,446.9 N·m,3组数值相差不大。因此,可以采用理论计算结合仿真模拟的方式,确定最优工艺参数组合,并通过实验验证进行新产品设计,从而减少设计工作量和设计成本,缩短产品研发周期。

关键词：装配式凸轮轴内燃机连接强度数值模拟滚花连接

凸轮轴热套/滚花装配连接强度与疲劳寿命仿真研究

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凸轮轴热套/滚花装配连接强度与疲劳寿命仿真研究

作者：梁文超吉林大学

学位级别：硕士

相对于传统一体式凸轮轴，装配式凸轮轴具有产品轻量化、生产高效率、低成本、高精度、低污染、可根据部件属性灵活选择材料等显著优势，正逐步成为凸轮轴主流加工工艺。装配式凸轮轴由分体部件装配连接而成，轴管与凸轮的连接是其技术... 详细信息

相对于传统一体式凸轮轴，装配式凸轮轴具有产品轻量化、生产高效率、低成本、高精度、低污染、可根据部件属性灵活选择材料等显著优势，正逐步成为凸轮轴主流加工工艺。装配式凸轮轴由分体部件装配连接而成，轴管与凸轮的连接是其技术核心，凸轮轴在发动机工作中承受高速周期性扭矩，因此对装配式凸轮轴连接方法、连接强度及使用寿命的研究尤为重要，已越来越受到业内的关注。轴管和凸轮的连接强度决定了凸轮轴能否在工作中安全可靠的传递扭矩及其工作寿命。热套与滚花连接是常用的装配式凸轮轴机械连接方法，二者本质上同属于过盈连接，过盈量、材料、连接表面几何形状对其连接强度及疲劳寿命将产生一定的影响。本文以CA488发动机凸轮轴为典型件，以ABAQUS和nCodeDesign-life为软件平台，对热套和滚花过盈连接装配式凸轮轴的装配过程、静扭强度、疲劳寿命进行数值模拟研究和对比分析，探究材料及主要工艺参数的影响，为生产实践提供依据。本文主要研究工作及成果如下： 1)针对热套连接进行了连接过程与静力扭转数值仿真研究。首先依据厚壁圆筒过盈连接原理计算满足工作要求的最小过盈量，根据过盈量来计算热套装配温度;进而对热套应力场、扭转应力场和扭矩曲线进行数值分析;探究过盈量和材料对静扭强度的影响。研究结果表明，预设过盈量0.05mm条件下，轴管45-凸轮20材料组合其静扭强度达到凸轮轴实际工作扭矩的3倍;轴管20Cr-凸轮45次之，也达到2倍以上;2)建立轴向滚花过盈装配数值模型和边界条件，进行了装配过程数值模拟，分析计算压装后分体部件及结合面的应力分布和压装载荷;以压装后的应力场作为初始场进行静力扭转数值模拟，探究过盈量、齿形、材料对装配过程、压装力、静扭强度的影响。结果表明，采用滚花连接，通过选择齿数、齿高、过盈量等参数，可获得很高的扭矩;满足分体部件要求且屈服强度差较大的材料组合，其静扭强度更高;3)对热套和轴向滚花过盈连接凸轮轴进行疲劳寿命分析，通过加载一定的循环载荷，计算其疲劳寿命;并进一步探索过盈量、材料、齿形等参数对于两种连接方式疲劳寿命的影响规律。研究表明，合理的齿数、齿高、过盈量等参数使连接可靠性和疲劳寿命大幅提高;4)热套和轴向滚花过盈连接的静扭强度和疲劳寿命对比结果表明，滚花过盈连接装配式凸轮轴疲劳寿命高于热套连接，二者的静扭强度仅在过盈量相同时较为接近，但受材料、加热温度等条件制约，热套法连接强度很难继续提升，而采用滚花连接时不仅连接强度及使用寿命高，而且材料选择更加宽泛。

关键词：装配式凸轮轴热套连接滚花连接静扭强度疲劳寿命数值模拟

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滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备研究

滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备研究

作者：叶丹丹吉林大学

学位级别：硕士

装配式凸轮轴制造工艺构思新颖,突破了以往凸轮轴材料、设计及制造理念的局限,是发动机凸轮轴的先进制造技术。采用滚花连接方法的凸轮轴装配工艺在各种装配式凸轮轴制造工艺中具有独特优势,滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备的研究... 详细信息

装配式凸轮轴制造工艺构思新颖,突破了以往凸轮轴材料、设计及制造理念的局限,是发动机凸轮轴的先进制造技术。采用滚花连接方法的凸轮轴装配工艺在各种装配式凸轮轴制造工艺中具有独特优势,滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备的研究与设计,是滚花装配式凸轮轴连接技术的重要组成部分,本文以端头滚花连接为主要内容,依托国家“十五”科技攻关课题,做了广泛深入的研究。首先在现有的技术基础上对装配式凸轮轴滚花连接工艺进行了研究,并对影响滚花连接的因素进行了分析总结,根据滚花连接工艺的特点,对滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备进行了总体设计,同时根据总体设计的方案,完成了普通机床的数控化改造,对滚花装配式凸轮轴端头连接自动化装备滚花系统和压装机构进行了设计,并对装备液压系统进行了初步规划。满足了提高装备自动化水平,简化机械结构,使机构运动灵活并使各个机构间相互协调,提高运行稳定性和装配精度,降低成本的设计原则。研究表明,端头滚花连接自动化装备的设计与制造作为滚花装配式凸轮轴制造技术的重要组成部分,具有广阔的应用前景。

关键词：装配式凸轮轴滚花连接端头自动化装备

过盈量及滚花方式对装配式凸轮轴压装失效的影响

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吉林大学学报（工学版） 2021年第6期51卷 1959-1966页

作者：陈剑斌周宋泽费峰永陈永龙凌国平浙江大学材料科学与工程学院杭州310058 宁波圣龙(集团)有限公司圣龙国家级企业技术中心浙江宁波315000 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211

基于有限元仿真方法,研究了过盈量及滚花方式对装配式凸轮轴滚花连接塑性变形及相对滑动等压装失效问题的影响。结果表明:增加连接过盈量能够获得更大的压装力和摩擦剪应力,使连接件配合面越不容易发生相对滑动;另外,过盈量的增加也将... 详细信息

基于有限元仿真方法,研究了过盈量及滚花方式对装配式凸轮轴滚花连接塑性变形及相对滑动等压装失效问题的影响。结果表明:增加连接过盈量能够获得更大的压装力和摩擦剪应力,使连接件配合面越不容易发生相对滑动;另外,过盈量的增加也将导致凸轮轮廓面径向位移数值变大且梯度变化更不均匀,轮廓面过渡区域附近的应力集中明显。为保证配合面不发生打滑,当轴体相对凸轮片较硬时,宜选用轴向滚花连接;反之,则采用横向滚花连接。横向滚花压装试验测得的压装力数据验证了1/36等分压装模型和完整压装模型的合理性。

关键词：车辆工程装配式凸轮轴滚花连接过盈量连接强度塑性变形

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装配式凸轮轴芯轴滚花加工数值模拟研究

装配式凸轮轴芯轴滚花加工数值模拟研究

作者：李超吉林大学

学位级别：硕士

装配式凸轮轴以其较高的制造精度、轻量化的结构设计、灵活的材料匹配、高生产效率、低廉的生产成本、较小的生产污染以及敏捷的制造技术等诸多传统一体式凸轮轴无法企及的优势，已经成为凸轮轴制造业新的发展方向。而凸轮片与芯轴的连... 详细信息

装配式凸轮轴以其较高的制造精度、轻量化的结构设计、灵活的材料匹配、高生产效率、低廉的生产成本、较小的生产污染以及敏捷的制造技术等诸多传统一体式凸轮轴无法企及的优势，已经成为凸轮轴制造业新的发展方向。而凸轮片与芯轴的连接方法作为装配式凸轮轴的关键技术越来越受到凸轮轴制造行业的重视，也成为近年工程科研院所的研究热点。作为凸轮与芯轴重要连接方法之一的滚花过盈装配连接技术，其中芯轴的滚花加工是装配式凸轮轴高强度连接关键技术中的重要一环，滚挤出的齿形形状、齿形高度对后续凸轮片与芯轴的压力装配过程及其最终连接强度均有较大影响。不同的滚花加工工艺参数对数控机床主轴力矩、刀具载荷也会产生一定的影响。本文对轴向和横向两种主要的滚花加工方法进行了数值模拟研究，对影响芯轴过盈量和刀具载荷的滚花刀具几何参数以及工艺参数进行了系统的探讨，结合实际生产需求，确定了最佳的刀具几何参数和加工工艺参数。本文进行的研究工作主要为：（1）针对轴向和横向两种不同的滚花加工过程，定性分析了三角齿成型过程特点及滚花过程中的刀具和芯轴的受力情况，探讨了轴向滚齿时不错齿的必要条件和横向滚齿时金属流动特点。（2）对轴向滚花过程进行了二维弹塑性有限元模拟分析，给出轴向滚齿过程中芯轴的等效应力、应变、齿形高度、刀具载荷以及夹具扭矩的变化规律，确定了轴向滚挤齿形时的不错齿必要条件，并实验验证了轴向滚花模拟齿形。分析了轴向齿形高度（过盈量）、刀具载荷的影响因素，探讨了刀具齿顶角、齿高、芯轴转速以及刀具进给速度对刀具载荷和芯轴单边过盈量的影响规律，进而优化刀具设计方案和工艺参数，选定最适合的轴向滚花加工参数。（3）对横向滚花过程进行了三维刚塑性有限元数值模拟，给出了横向滚齿时芯轴的等效应力、速度场、表面积、齿形高度以及刀具载荷的变化规律，并进行了横向滚花实验。探讨了刀具齿顶角、齿高对刀具载荷以及芯轴单边过盈量的影响规律，给出最适宜的刀具齿顶角度以及刀具齿高，为横向滚花加工刀具设计提供了理论参考。

关键词：装配式凸轮轴滚花连接横向滚花轴向滚花数值模拟工艺参数