[发明专利]一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴

说明书

本发明提供了一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，由钛合金空心轴、凸轮、止推花键轴三部分组成，凸轮轴作为发动机5C件之一，是气门机构运动规律的驱动零件，凸轮轴通过钛合金空心轴、凸轮、止推花键轴三个零件过盈联结，其中钛合金空心轴的密度为4.5×10³kg/m³，是钢质材料的57％，且强度相当；凸轮采用合金钢，凸轮表面采用渗碳淬火处理，硬度HRC56～60；止推花键轴采用45号结构钢材料，调质处理，表面硬度HRC33～38。本发明的凸轮轴实现了重量轻，并具有良好的强度、耐磨性能，可以满足高功率密度发动机高转速、高负荷、轻量化设计要求。

技术领域

本发明属于高功率密度发动机技术领域，尤其是涉及一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴。

背景技术

目前，高功率密度发动机在国内外内燃机研究领域较为活跃。随着内燃机强化程度的提高，要求发动机功率大、体积小、重量轻，配气机构作为发动机换气过程的重要运动组件，凸轮轴的设计直接决定着气门的运动规律，影响制约着发动机临界转速及高速运转性能。

因此，需要提供满足高功率密度发动机对配气机构的轻量化设计需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，以解决高功率密度发动机配气机构的轻量化设计问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，包括钛合金空心轴、凸轮和止推花键轴，所述钛合金空心轴的轴颈表面涂覆有类金刚石DLC薄膜，所述凸轮采用合金钢材料，且与钛合金空心轴过盈联接；所述止推花键轴采用结构钢材质，其一端与钛合金空心轴过盈联接，其另一端设有为与驱动轮联结的螺纹。

进一步的，所述钛合金空心轴的轴颈表面涂覆有掺钨类金刚石DLC薄膜，形成WC微晶，硬度范围为≥HRC50，涂层厚度范围为1.0～2.5μm，硬度范围为HV2200～2700。

进一步的，所述钛合金空心轴的基体材料为Ti6Al4V，其抗拉强度范围为≥1030Mpa，屈服强度范围为≥910Mpa，断后伸长率范围为≥8％。

进一步的，所述凸轮采用15CrMn材料制成，表面进行渗碳淬火处理，表面硬度范围为HRC56～60，所述凸轮与钛合金空心轴采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。

进一步的，所述止推花键轴采用45号结构钢材料制成，进行调质处理，表面硬度范围为HRC33～38，所述止推花键轴与钛合金空心轴采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。

进一步的，所述钛合金空心轴的基体材料密度为4.5×10³kg/m³。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明的凸轮轴采用钛合金的复合材料方案，基体材料为Ti6Al4V，凸轮与止推驱动端采用钢质材料且表面进行硬化处理，提高耐磨性能。采用钛合金中空轴有效降低了凸轮轴重量30％。

(2)本发明凸轮表面和止推花键轴表面进行淬火处理，钛合金空心轴的轴颈处涂敷类金刚石DLC薄膜，提高了凸轮轴摩擦区域的耐磨性能，保证了凸轮轴高速运动的可靠性，同时为实现高功率密度发动机的轻量化设计提供了重要支撑。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述凸轮轴的结构图；

图2为本发明实施例所述凸轮轴在某发动机配气机构中的应用示意图。