本文關(guān)鍵詞：組合式凸輪軸擴(kuò)管聯(lián)接及疲勞壽命分析

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【摘要】：組合式凸輪軸基于分體加工制造及高強(qiáng)度精密聯(lián)接理念,在材料優(yōu)化匹配、輕量化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)與制造等方面較傳統(tǒng)一體式凸輪軸有顯著提升,極大地提高了凸輪軸的整體性能和生產(chǎn)效率,符合現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件高可靠性、輕量化和低成本的發(fā)展要求。針對(duì)組合式凸輪軸的裝配聯(lián)接,已開發(fā)出多種冷、熱聯(lián)接技術(shù)：滾花聯(lián)接法、機(jī)械擴(kuò)管法、燒結(jié)法、焊接法等。靜力扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和疲勞壽命作為組合式凸輪軸的重要性能指標(biāo),直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能,一直是各方關(guān)注的焦點(diǎn)。目前,組合式凸輪軸聯(lián)接技術(shù)的研究還主要集中于工藝參數(shù)的優(yōu)化、裝配載荷和聯(lián)接強(qiáng)度,如滾花聯(lián)接的壓裝力與靜力扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度分析,但對(duì)強(qiáng)度分析還缺乏深入而全面的探討,如對(duì)疲勞強(qiáng)度的研究涉及很少。鋼球擴(kuò)管聯(lián)接作為一種特殊的機(jī)械擴(kuò)管法,具有軸向與角向定位準(zhǔn)確、生產(chǎn)效率高、操作簡便等特點(diǎn),是組合式凸輪軸的主要聯(lián)接技術(shù)之一。本文依托國家科技重大專項(xiàng)進(jìn)行組合式凸輪軸鋼球擴(kuò)管聯(lián)接及疲勞壽命分析,結(jié)合擴(kuò)管聯(lián)接實(shí)驗(yàn)和凸輪軸扭轉(zhuǎn)疲勞實(shí)驗(yàn),進(jìn)行擴(kuò)管裝配聯(lián)接—扭轉(zhuǎn)分析—疲勞壽命預(yù)測(cè)的系統(tǒng)研究,重點(diǎn)探討了兩種典型聯(lián)接型面的組合式凸輪軸擴(kuò)管聯(lián)接過程及承扭性能；并以凸輪為圓柱內(nèi)孔型面的組合式凸輪軸為研究對(duì)象,獲取主要工藝參數(shù)對(duì)聯(lián)接強(qiáng)度的影響規(guī)律,為組合式凸輪軸使用壽命評(píng)估及前期設(shè)計(jì)提供參考。本文主要的研究內(nèi)容及成果如下：1.組合式凸輪軸疲勞壽命預(yù)測(cè)理論分析基于疲勞壽命預(yù)測(cè)的基本理論,分析和總結(jié)包括疲勞壽命預(yù)測(cè)方法模型、疲勞損傷累計(jì)理論和有限元疲勞分析的一般步驟等,并探討了影響結(jié)構(gòu)或零件疲勞壽命的主要影響因素,為后文組合式凸輪軸疲勞分析提供參考。2.鋼球擴(kuò)管聯(lián)接有限元模型構(gòu)建及聯(lián)接過程模擬結(jié)合組合式凸輪軸鋼球擴(kuò)管聯(lián)接原理和實(shí)驗(yàn),對(duì)裝配聯(lián)接過程進(jìn)行數(shù)值建模、接觸與邊界條件處理,進(jìn)而對(duì)兩種典型凸輪型面的組合式凸輪軸進(jìn)行裝配過程模擬,分析了軸管和凸輪的等效應(yīng)力、聯(lián)接面接觸壓力分布情況,以及軸管減薄程度,獲得了滿足扭轉(zhuǎn)分析和疲勞分析的聯(lián)接結(jié)果。進(jìn)一步探討并獲得了材料選擇及匹配、鋼球過盈量、初始間隙對(duì)聯(lián)接過程的影響規(guī)律。3.組合式凸輪軸扭轉(zhuǎn)過程模擬及關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)靜扭強(qiáng)度影響分析以擴(kuò)徑聯(lián)接模擬結(jié)果和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),建立組合式凸輪軸扭轉(zhuǎn)分析有限元模型,探討10°角位移載荷下組合式凸輪軸的扭矩極限與聯(lián)接面變化情況,確定了組合式凸輪軸的靜扭強(qiáng)度；結(jié)合扭轉(zhuǎn)分析結(jié)果,開展了材料選擇及匹配、鋼球過盈量和初始間隙對(duì)靜扭強(qiáng)度的影響分析；最后通過擴(kuò)徑和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬分析的有效性。4.組合式凸輪軸疲勞壽命預(yù)測(cè)及影響因素分析進(jìn)行鋼球擴(kuò)管聯(lián)接—扭轉(zhuǎn)分析—疲勞壽命預(yù)測(cè)一體化系統(tǒng)分析研究,將擴(kuò)管聯(lián)接后的變形體、殘余應(yīng)力及接觸狀態(tài)連續(xù)傳遞到疲勞分析模型,基于現(xiàn)代疲勞分析五框圖構(gòu)建了組合式凸輪軸疲勞壽命預(yù)測(cè)模型及流程,進(jìn)行了組合式凸輪軸疲勞壽命及危險(xiǎn)點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)。同時(shí)以擴(kuò)管聯(lián)接靜扭強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響因素為線索,探討了材料選擇及匹配、鋼球過盈量、初始間隙對(duì)組合式凸輪軸疲勞壽命的影響,并將其與各參數(shù)下靜扭強(qiáng)度的變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比,為組合式凸輪軸工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。最后,提出了組合式凸輪軸微動(dòng)疲勞問題,從微動(dòng)的特點(diǎn)和疲勞斷裂破壞位置兩方面分析了組合式凸輪軸微動(dòng)疲勞問題的可能性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH133.2

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