本发明专利技术涉及一种高负荷异形孔，异形孔为变椭圆形，异形孔的轴向截面形状为：两端为上翘的喇叭口形，其素线为曲线形，中间段轴向截面素线为直线形；异形孔的横向截面的椭圆度随轴向位置呈曲线（包括分段直线、分段曲线）规律变化；其数学模型表达式如上，式中ａ，Ｋ分别为不同的常数，０．４×１０↑［－４］≤ａ≤２×１０↑［－４］，５×１０↑［－４］≤Ｋ≤１．５×１０↑［－３］；ｘ为异形孔轴向进给坐标值，Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］为不同的实数；Ｇ为异形孔的椭圆度，Ｇ↓［ｍａｘ］≤０．０５ｍｍ；Ｇ↓［０］为基础椭圆度，０≤Ｇ↓［０］≤０．０１ｍｍ；α角为测量点相对外圆椭圆长轴方向偏转角；Δ为相对长轴α角度时椭圆径向收缩量。本发明专利技术可使高负荷承载孔提高承载能力３０％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型的高负荷异形孔结构，尤其适用于现代高负荷活塞的销孔等。
技术介绍
高负荷异形孔，是适应各类承载孔所受越来越高的实际情况而提出的，特别是近年来高 负荷发动机技术的发展，更加速了人们对更高负荷异形孔形状及其加工技术的探求与研究。随着汽车发动机功率及转速的提高，活塞销座承受了越来越高的机械及热负荷。美国AE公 司的试验表明采用传统的圆柱形活塞销孔，活塞销孔的内侧应力是外侧应力的147倍。应 力沿活塞销孔轴线分布的极不平衡、活塞销孔内侧高度的应力集中，加速了活塞的雍劳破损， 导致活塞破裂。普通的圆柱形活塞销孔结构，已难以适应越来越高的机械及热负荷的要求， 并成为制约高速、强载内燃机发展的瓶颈技术。提高活塞销座的承载能力，在材料性能受到限制的情况下，通过优化活塞销孔形状来均 化活塞销孔应力分布，以消除应力的高度集中，是一条最有效的途径。将销孔轴截面(纵向) 轮廓线设计为喇叭口形，可有效地缓解销孔两侧的高度应力集中；将销孔的横截面(横向) 设计为椭圆形，有利于增加销座受力后的接触面积，也可降低应力集中由于销轴变形随其 在销孔中的位置不同而变化，所以椭圆度的大小也应随异形孔轴向位置的不同而变化，是变 椭圆的。目前现有活塞异形销孔结构，主要有椭圆形，销孔内、外侧圆锥形(俗称锥形异形销 孔)，销孔内、外侧喇叭口形(俗称双曲线形异形销孔)等，这些异形销孔结构在不同程度上 缓解了活塞销座的应力集中，但由于结构所限，所以其缓解应力集中能力有限。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术的不足，提供一种应力沿承载孔轴线分布平均、减小疲劳破 损、提高承载孔承载能力的高负荷异形孔。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的 一种高负荷异形孔，其特征在于，所述异形 孔为变椭圆形，异形孔的轴向截面形状为两端为上翘的喇叭口形，其素线为曲线形，中间 段轴向截面素线为直线形；异形孔的径向截面的椭圆度随轴向位置呈曲线(包括分段直线、 分段曲线)规律变化；其通用数学模型表达式为-<formula>formula see original document page 3</formula>式中a， K分别为不同的常数，其中y的取值因异形孔的结构与承载负荷的情况不同而 异， 一般情况下0.01mm《y《0.03mm; a的取值，是在保证y值的情况下，根据异形销孔的 长度进行调节，一般情况下0.4Xl(^《a《2X10、异形孔的喇叭口部分长度一般为3 8mm， 特殊情况下可达12mm左右；x为异形孔轴向进给坐标值，对应椭圆孔和喇叭孔x有不同的 取值范围R!、 R2 (R,、 R2为不同的实数范围)；G为异形孔的椭圆度，即长轴减短轴尺寸， —般最大椭圆度Gm战《0.05mm; Go为基础椭圆度，一般情况下0《Go《0.01mm。 m-l椭圆 度呈直线变化规律，m-2时椭圆度呈二次曲线变化规律；"角为测量点相对外圆椭圆长轴方向偏转角；A为相对长轴"角度时椭圆径向收縮量；A:的数值根据Gmax、 Go及变椭圆异形孔部分长度x来确定，例如对于:M10mm左右的柴油机活塞异形孔，当变椭圆异形孔长度为 20mm， Gmax=0.03mm， G0=0.01mm时，K=0.001。一般情况下5X 1()4《/:《1.5X l(T3。①该类孔的横截面形状为非圆形，而这种非圆形的截面形状通常为椭圆形；②该孔椭圆 度的大小随孔截面轴向位置的不同而变化。椭圆度的变化规律呈曲线(包括分段直线、分段 曲线)规律变化；③该类孔的轴向截面形状为孔的两端为上翘的喇叭口形，喇叭口开口直 径的大小因承载孔受力情况的不同而不同，其侧母线一般为幂函数形式的曲线。该专利技术高负 荷异形孔的形状是一种非圆空间曲面形状。本专利技术与现有活塞异形销孔的不同之处是这是一种"变椭圆"式的高负荷异形孔结构，椭圆度的大小因轴向测量位置的不同而不同，椭圆度的变化规律包括线性规律和非线性规律； 同时其纵向剖面截面形状是一种幂函数曲线形状，高负荷孔两端幂函数曲线的幂次及系数不 同。 、高负荷异形孔(或称非圆曲面形异形孔)将使承载孔在工作状态下，应力沿承载孔分布 的均化效果最好，在材质等其它条件不变的情况下，可提高承载孔承载能力30%以上，提高 承载孔承载能力效果最明显。本专利技术具体应用到高负荷活塞设计上，形成了新型的"中凸变椭圆形"活塞异形销孔， 在材质等其它条件不变的情况下，可提高活塞销座承载孔承载能力30%以上。本专利技术对于其 它传递动力的高负荷承载孔同样有效，应用范围广。根据具体应用场合的不同，高负荷异形 孔的曲面形状也不尽相同，在针对具体应用场合进行高负荷异形孔设计时，要适时的修正^ 附图说明图1是本专利技术高负荷异形孔纵向轴截面结构示意图2是高负荷异形孔横截面椭圆形状简图。 '图3是高负荷异形孔从轴向位置0,到02的椭圆度变化规律图4是椭圆度呈分段直线变化规律的高负荷活塞异形销孔结构图；图5是椭圆度呈分段二次曲线变化规律的高负荷活塞异形销孔结构图； 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例l:椭圆度呈分段直线变化规律的高负荷活塞异形销孔结构，如图1~4所示 其中小为高负荷活塞异形孔直径；A,为高负荷活塞异形孔外口尺寸半径增量，^2为高负荷活塞异形孔内口尺寸半径增量。从图4中可以看出高负荷活塞异形孔的轴截面型线一般分为3段，最外面一段是孔的外侧，这是一种喇叭口形状，其素线为幂函数形式的曲线；中间段轴截面素线一般为直线形;活塞孔的内侧也是一种喇叭口形状，其素线为幂函数形式的曲线，由于高负荷活塞孔内外侧应力集中情况的不同，所以其素线型线方程不同。根据经验A,通常情况下取0.01mm左右，厶2取0.02mm左右，A2的取值最终要跟据应力集中情况确定。其数学模型表达式为A = * (1 - cos 2"), (OS" 360。)G2=WX ("x^+62)少,-or,(;c-c, —c2 —c3)2， (q +c2 +c3 "Sc, +c2 +c3 +c4)式中y ("!，y2)，分别代表高负荷销孔内、外侧半径变化量，y的值因异形孔的结构 与承载负荷的情况不同而异， 一般情况下0.01mm《y《0.03mm; a(a=ai，a2)，代表高负荷销孔 内、外侧喇叭口幂函数系数，其具体数值的确定方法是在保证y值的情况下，根据异形销 孔的长度进行调节， 一般情况下0.4Xl(^《a《2X10弋c2、 C4代表异形孔内、外喇叭口部分 长度， 一般为3 8mm,特殊情况下12mm; x为异形孔轴向进给坐标值；d代表活塞销座内端面距零件中心线距离；C3代表高负荷销孔侧母线为直线部分的长度。G(G=G!,G2)，代表异形孔内、外侧的椭圆度，即长轴减短轴尺寸， 一般最大椭圆度Gmax《0.05rnrn;山为基础椭圆度， 一般情况下0《山《0.01mm。图4所示的高负荷活塞异形销孔 椭圆度变化规律，是一种分段式的变化规律；d2、 Cb分别为销孔内、外端面处的椭圆度；"角 为测量点相对外圆椭圆长轴方向偏转角；A为相对长轴"角度时椭圆径向收縮量；b产d,为 变椭圆销孔内侧距零件中心线距离；b2为变椭圆销孔椭圆度从山变化到d2所对应的销孔轴向尺寸；b3为变椭圆销孔从基础椭圆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高负荷异形孔，其特征在于，所述异形孔为变椭圆形，异形孔的轴向截面形状为：两端为上翘的喇叭口形，其素线为曲线形，中间段轴向截面素线为直线形；异形孔横截面孔的椭圆度随轴向位置呈直线、曲线规律变化；其通用数学模型表达式为： ＊＊＊式中Ｇ为异形孔的椭圆度，即长轴减短轴尺寸，Ｇ↓［ｍａｘ］≤０．０５ｍｍ；Ｇ↓［０］为基础椭圆度，０≤Ｇ↓［０］≤０．０１ｍｍ；ａ，Ｋ分别为不同的常数，其中，０．４×１０↑［－４］≤ａ≤２×１０↑［－４］，５×１０↑［－４］≤Ｋ≤１．５×１０↑［－３］；ｙ为异形孔径向方向变化量，０．０１ｍｍ≤ｙ≤０．０３ｍｍ；ｘ为异形孔轴向进给坐标值；Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］为不同的实数；α角为测量点相对外圆椭圆长轴方向偏转角；Δ为相对长轴α角度时椭圆径向收缩量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翟鹏，王新亮，胡天亮，秦磊，钱丽萍，王朋，
申请(专利权)人：山东大学威海分校，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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