一种组合式中空凸轮轴及其加工工艺的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种组合式中空凸轮轴及其加工工艺。

背景技术：

发动机配气机构系发动机最为核心的运动机构之一；凸轮轴是配气机构核心部件之一，凸轮轴系配气机构零部件运动的动力源。

目前市场上凸轮轴类型主要有两种：铸造凸轮轴和组合式凸轮轴；铸造凸轮轴具有应用广泛，较为廉价的特点，缺点是重量较重，凸轮强度不够高以及生产工艺复杂；组合式凸轮轴，优点是重量轻，材料合理选用等优点，缺点是成本较高，并且当前信号轮普遍采用直接压装过盈配合的方式，信号轮压装角度得不到很好的控制。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种组合式中空凸轮轴及其加工工艺，以达到降低了加工工艺难度和成本的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

该组合式中空凸轮轴，包括凸轮轴主体和设在凸轮轴主体上的组合式凸轮和信号轮，所述组合式凸轮和信号轮上均设有用于装在凸轮轴主体上的装配孔，所述凸轮轴主体与组合式凸轮的凸轮基圆部分及信号轮的缺齿部分均通过销钉结构相连固定。

所述凸轮轴主体为中空凸轮轴，凸轮轴主体内形成中空主油路孔；所述中空凸轮轴可为铸造中空凸轮轴或机加工中空凸轮轴。

所述销钉结构包括用于固定组合式凸轮的凸轮铆钉，组合式凸轮和凸轮轴主体上均设有与凸轮铆钉相配合的安装孔，凸轮铆钉通过压装方式固定在安装孔内。

所述销钉结构包括用于固定信号轮的锥形销钉，信号轮和凸轮轴主体上均设有与锥形销钉相配合的固定孔，锥形销钉通过压装方式固定在固定孔内。

所述凸轮轴主体内设有连通中空主油路孔和安装孔的油道，凸轮铆钉上设有与油道相通的油孔。

所述组合式凸轮上的安装孔为台阶孔，凸轮轴主体上的安装孔为盲孔，盲孔的孔径大于台阶孔靠盲孔侧孔的孔径。

所述组合式凸轮上的安装孔为设在凸轮基圆部分上的一对安装孔，一对安装孔之间的角度为110°-125°。

所述凸轮轴主体上的固定孔为盲孔，盲孔的孔径大于设在信号轮上固定孔的孔径。

所述凸轮轴主体上在盲孔内设有对应锥形销钉尖端的球形凹坑。

该组合式中空凸轮轴的加工工艺，包括以下步骤：

A)铸造中空的凸轮轴主体，再经过机械加工满足设计要求；

B)在凸轮轴主体上紧固凸轮的对应轴颈上加工出盲孔，在组合式凸轮上加工出对应凸轮轴主体上盲孔的台阶孔；

C)组合式凸轮加热后，将组合式凸轮热套到对应凸轮轴主体的轴颈上，再将凸轮铆钉压入组合式凸轮和凸轮轴主体上对应孔中，同时凸轮铆钉在其中产生变形；

D)凸轮铆钉表面加工出与凸轮轴主体内中空主油路孔相通的油孔，再对凸轮表面打磨后满足尺寸要求；

E)在信号轮的缺齿部分加工出固定孔，在凸轮轴主体上加工出对应固定孔的盲孔，盲孔内加工出凹坑；

F)将信号轮进行加热在压入对应凸轮轴主体的轴颈上，在将锥形销钉压入信号轮的固定孔和对应固定孔的盲孔中，同时锥形销钉在对应孔中变形固定。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、该组合式中空凸轮轴设计合理，凸轮轴主体为铸造中空，因此若因凸轮型线变化较大，只需要更换凸轮模具而无需开发整体铸造凸轮轴模具，从而降低了开发设计成本、开发周期；

2、凸轮采用压装，因而可以选材，可以使用更为高强度材料满足更高应力要求的高性能发动机要求；

3、铆钉连接的凸轮与凸轮轴主体，由于铆钉中间钻有油孔，使得油能提前在摩擦副表面形成油膜，降低摩阻，降低摩擦功；特别对于凸轮直接驱动挺杯的发动机，由于采用直接喷油润滑，在挺杯上表面形成均匀油膜，凸轮与挺杯接触时起到缓冲作用，从而能从一定程度上改善直驱凸轮轴的NVH情况；

4、信号轮齿采用锥形销钉与凸轮轴主体轴颈连接，对应轴颈上的球形凹坑与销钉锥形部分共同作用，使销钉位置得到固定，锥形销钉易于将销钉销入凸轮轴主体轴颈内部，同时受力变形部位产生自锁、紧固信号轮轴向、径向位置的作用；在锥形销钉主干部分变形过程中，由于均匀变形，使得信号轮压装角度得到进一步“修正”；锥形销钉该种信号轮销钉锁死结构，能更为精确的保证信号轮压装角度，确保发动机ECU接受的凸轮位置信号更为准确，从而提升发动机性能。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明凸轮轴结构示意图。

图2为本发明凸轮-铆钉销-凸轮轴主体装配过程示意图。

图3为沿图1中A-A剖视图。

图4为图3中A处放大示意图。

图5为本发明信号轮-锥形销钉-凸轮轴主体装配过程示意图。

图6为图5中B处放大示意图。

图7为沿图1中B-B剖视图。

图8为图7中C处放大示意图。

图中：

1.组合式凸轮、2.凸轮铆钉、3.凸轮轴主体、4.信号轮、5.锥形销钉、6.中空主油路孔、7.油孔、8.a变形部分、9.过盈配合部位、10.b变形部分、11.压入后的锥形销钉、12.液压设备、13.压入前的凸轮铆钉、14.压入前的锥形销钉、15.信号轮缺齿圆柱面、16.通孔、17.盲孔、18.球形凹坑、19.锥形销钉与信号轮过盈配合部分、20.c变形部分、21.锥形销钉压入信号轮对应轴颈部分。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图8所示，该组合式中空凸轮轴，包括组合式凸轮1、信号轮4、凸轮轴主体3、凸轮铆钉2以及锥形销钉5，其中，组合式凸轮1和信号轮4上均设有用于装在凸轮轴主体3上的装配孔，组合式凸轮和信号轮设在凸轮轴主体上。

凸轮轴主体3为中空凸轮轴，凸轮轴主体内形成中空主油路孔6；中空凸轮轴可为铸造中空凸轮轴或机加工中空凸轮轴。优选铸造中空凸轮轴。

与组合式凸轮连接的凸轮轴主体上的轴颈上设有两个夹角为110°-125°的直径为6.5mm，深度为3mm的孔；对应的组合式凸轮基圆部位，在靠近凸轮基圆表面设有两个夹角为120°，直径为6.5mm，深度为3mm的圆形孔，在凸轮基圆圆形孔中间有一直径为5mm的贯通孔。组合式凸轮与凸轮轴主体轴颈通过钢制凸轮铆钉变形，过盈配合连接。

凸轮轴主体3内设有连通中空主油路孔和安装孔的油道，凸轮铆钉上设有与油道相通的油孔7。具体为，凸轮铆钉突出凸轮表面部分，此时在凸轮铆钉表面加工出凸轮铆钉中心2mm油孔7；再经凸轮初磨后，凸轮铆钉2头部可满足基圆还需精加工的尺寸要求。初磨之后的组合式凸轮，进行淬火、回火等工序，以达到凸轮表面需承受高应力载荷的目的；再将凸轮精磨达到所需凸轮型线要求尺寸。

组合式凸轮1与凸轮轴主体对应的轴颈的过盈量为0.02-0.07mm；组合凸轮经过70-80℃加热后，通过相应工装，将凸轮热套到对应凸轮主体轴颈上，再将凸轮铆钉利用液压设备12压入凸轮和凸轮轴主体对应孔中，同时凸轮铆钉2在其中产生变形。

具体方案为：组合式凸轮与凸轮轴主体轴颈采用轻微过盈配合，凸轮只需适当加热，就可使得凸轮能够较为容易的压入凸轮轴主体轴颈上，再采用一直径为5mm的圆柱销，通过液压设备将销压入凸轮轴主体轴颈盲孔和凸轮基圆销孔部位，使得销子前端产生变形，铆钉销前端在凸轮5mm销孔部位，铆钉销也产生较大的变形使得销与凸轮连接紧固；

铆钉销因变形，同时又在凸轮轴主体轴颈上由5mm变为6.5mm使得铆钉产生“自锁”不至于令铆钉松脱飞出，过盈量使得铆钉也与凸轮轴主体轴颈紧密相连；连接凸轮的凸轮轴主体轴颈产生的6.5mm圆柱的铆接部位和铆钉销与凸轮上5mm通孔的配合，确保凸轮在凸轮轴轴向、凸轮表面切向有着充分的紧固受力；在凸轮表面形成的6.5mm圆柱面，进一步使得凸轮在凸轮轴轴向、凸轮径向方向进行紧固连接；一个凸轮由于采用两个铆钉销连接，使得凸轮受力时互成“犄角”，保证凸轮在受到高强度往复力矩时有充分的疲劳强度保证，避免单铆钉的往复受力过渡疲劳。

在铆钉完毕，在铆钉上钻一2mm直径通孔(与凸轮轴主体轴颈上的油孔相通)；再进行粗磨凸轮，凸轮表面淬火、回火工艺，最后再进行凸轮精磨；在发动机运行时，通过凸轮轴主体中空主油路的油经过铆钉油孔提前喷射到滚子或挺杯表面，在工作段与挺杯、滚子摇臂接触之前使得在摩擦副表面形成均匀且足够的润滑油膜，有效降低摩擦副表面摩阻，改善发动机性能，由于油膜的缓冲，能有效改善直驱机械挺杯的NVH性能。

压入前的凸轮铆钉13为一个圆柱销，压入组合式凸轮和凸轮轴主体上相对应孔中，圆柱销外端形成a变形部分8，圆柱销内端形成b变形部分10，圆柱销中部为过盈配合部位9。

信号轮与凸轮轴主体轴颈通过销钉连接。具体为，信号轮厚度为8mm，在信号轮缺齿圆柱面15处有一直径为4mm的通孔16；对应的在凸轮轴主体轴颈上有一直径为5mm的盲孔17，深度越为1mm；盲孔地面有一直径为1mm的球形凹坑18；锥形销钉5压装时，因销钉头部锥形能轻易的进入球形凹坑18，一部分进入轴颈内部，一部分由于应力挤压作用产生变形，使得锥形销钉较容易与凸轮轴主体3轴颈部分产生连接，产生挤压变形部位又使得锥形销钉产生“自锁”。

信号轮4在粉冶成形时，在对应的信号轮缺齿的外圆柱面注意加工有5x8x0.5mm的平面，以便在加工信号轮4的一缺齿上加工通孔时，保证该通孔中心线与其他信号轮齿的角度足够精确，从而在根源上保证信号轮压装角度精度。

加工该球形凹坑的目的，是使得当锥形销钉5被液压设备12压入时，销钉可更为轻易的压入，从而保证销钉-信号轮-凸轮轴主体铆接更为可靠，信号轮压装角度更为精确。

锥形销钉5主干部位的变形使得销钉与信号轮缺齿上的销孔产生足够的过盈配合，将信号轮在凸轮轴轴向、信号轮径向方向得到充分固定。在销钉压入过程中，销钉变形，信号轮与对应轴颈仅是轻微过盈配合，在销钉直径为4mm的主干部分作用下，进一步“修正”信号轮压装角度。

信号轮4与信号轮对应凸轮轴主体3轴颈采用轻微过盈配合，过盈量0.02～0.05mm，对信号轮4进行加热在压入对应凸轮轴主体3轴颈上，加热温度70-80℃，并利用工装使得信号轮4上的通孔与对应凸轮轴主体轴颈上的盲孔对应。

如图5所示，压入前的锥形销钉14为一端尖头的圆柱销钉，将圆柱销钉压入信号轮和凸轮轴主体对应孔中后，压入后的锥形销钉11对应凸轮轴主体的盲孔处变形，变形部位为c变形部分20，锥形销钉与信号轮过盈配合部分19仍为圆柱，锥形销钉压入信号轮对应轴颈部分21仍为尖头部分。

该组合式中空凸轮轴的加工工艺，包括以下步骤：

铸造中空的凸轮轴主体，再经过机械加工满足设计要求；

在凸轮轴主体上紧固凸轮的对应轴颈上加工出盲孔，在组合式凸轮上加工出对应凸轮轴主体上盲孔的台阶孔；

组合式凸轮加热后，将组合式凸轮热套到对应凸轮轴主体的轴颈上，再将凸轮铆钉压入组合式凸轮和凸轮轴主体上对应孔中，同时凸轮铆钉在其中产生变形；

凸轮铆钉表面加工出与凸轮轴主体内中空主油路孔相通的油孔，再对凸轮表面打磨后满足尺寸要求；

在信号轮的缺齿部分加工出固定孔，在凸轮轴主体上加工出对应固定孔的盲孔，盲孔内加工出凹坑；

将信号轮进行加热在压入对应凸轮轴主体的轴颈上，在将锥形销钉压入信号轮的固定孔和对应固定孔的盲孔中，同时锥形销钉在对应孔中变形固定。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。