焊接式空心凸輪軸的開發

張仲江，楊勇新，張輝

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

焊接式空心凸輪軸的開發

張仲江，楊勇新，張輝

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

通過對現有凸輪軸和焊接式空心凸輪軸從制造難易程度、強度、試驗驗證等方面進行分析，得出成本低、周期短、強度可靠的新式凸輪軸。

空心凸輪軸；摩擦焊

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)12-59-02

前言

在汽車的制動系統中，制動凸輪軸是其主要部件之一，要承受一定的扭矩驅動制動蹄制動，要求制動凸輪軸具備良好的力學性能；但因各種車橋的輪距和風泵支架布置方式不同，導致現有凸輪軸種類繁多，因現有制動凸輪軸主要采用為鍛造工藝制造，不同規格的制動凸輪軸需要不同的鍛造模具，導致凸輪軸的開發成本和開發周期較長，不能滿足現有汽車行業新產品開發的需求；為此我們研究和開發了一種焊接式制動凸輪軸。

1、工藝特點

該凸輪軸由凸輪1和凸輪軸管2兩部分構成，見附圖1。凸輪軸管2為冷拔鋼管。凸輪1包括端面3和基座4，見附圖2。凸輪1通過其基座4與凸輪軸管2通過摩擦焊接連接在一起。基座3及凸輪軸管2內孔可為焊接時產生的焊渣預留空間，保證凸輪軸焊接后的可靠性。

與傳統的鍛造式、裝配式凸輪軸相比，摩擦焊接式凸輪軸具有如下優點：

（1）實現柔性制造：可通過調整空心凸輪軸管的長度來調整凸輪軸的總長度，有利于新產品的設計和制造，縮短開發新產品開發周期。

（2）可以降低重量：采用空心凸輪軸管可降低重量20%。

（3）可降低制造成本：采用焊接式空心凸輪軸只需鍛造凸輪部分，鍛造成本低，效率高；因重量降低，整體調質費用降低20%。

（4）材料分體優化與凸輪軸結構形式選擇：可根據制動器的制動力矩，在同一凸輪軸上合理選擇不同的凸輪、空心軸材料。如凸輪采用鑄鋼，空心軸采用冷拔鋼管。這不僅有利于優化產品性能，也有利于改善凸輪軸加工性能和優化成本，保證其抗扭強度、剛度、彎曲性能及耐磨性等要求。

（5）焊縫強度高：與常規的焊接形式相比較，摩擦焊具有焊接材料范圍廣，焊接強度高、可靠性好等特點。

2、凸輪軸抗靜扭試驗對比

2.1 凸輪軸扭矩計算

扭矩M=F/L

氣室推力F=PS

式中：

D：氣室內腔直徑（大底直徑）；

d：氣室內腔托盤直徑（小底直徑）；

η：效率系數（通常取值0.83～1，一般情況0.85、0.86、0.87較為優秀）；

P：氣室工作氣壓；

根據設計要求，30寸氣室制動腔，D為175mm，d為138mm，按照效率系數0.85計算，工作壓力為1MPa，制動調整臂長度為145mm，則得出：制動氣室推力：

2.2 凸輪軸抗扭試驗對比

為了檢驗空心焊接式凸輪軸能否滿足使用性能要求，我們分兩種情況進行試驗對比，一種為現有常規使用的整體式鍛造實心凸輪軸，另一種為新型焊接式空心凸輪軸。

從上述實驗結論可以分析得出：焊接式空心凸輪軸的安全系數為2.37，強度滿足設計要求，與現有整體鍛造式制動凸輪軸靜扭強度持平。

3、結論

通過本次焊接式空心凸輪軸的設計和開發試驗驗證，不僅為我公司降低了成本，縮短了開發周期，提高了工作效率，也為我公司后續研究其他空心零部件提供了參考。開發的焊接式空心凸輪軸，具有重量輕，成本低、柔性好、強度可靠的特點，有效的解決了現有汽車行業要求的新產品發周期短，需求多樣化的特點，是凸輪軸技術的發展和升級。

[1] 菅沼徹哉等，燒結法連接的空心凸輪軸的開發[J].《トョタ技術》1983年，12月號第151頁-159頁。

[2] 楊慎華，裝配式凸輪軸的先進制造技術[J].現代零部件，201103006。

[3] 劉維信主編，《汽車設計》，清華大學出版社，2001年7月第1版.

[4] 《汽車工程手冊》設計篇，人民交通出版社，2001年5月第1版.

Development of welded Hollow Camshaft

Zhang Zhongjiang, Yang Yongxin, Zhang Hui
（Shaanxi Hande Axle Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710201）

The new camshaft with low cost, short cycle and reliable strength is reached based on the analysis of existing camshaft and welded hollow camshaft from manufacturing difficulty, strength, test, etc.

Hollow camshaft；friction welding

U463.3

A

1671-7988(2014)12-59-02

張仲江，就職于陜西漢德車橋有限公司。