(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111403135.9 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212008 江苏省镇江市丹徒区长晖路 666号 (72)发明人 陈建志　王燕　刘志刚　李国超　 周宏根　管小燕　孙丽　史肖娜　 吴恒恒　史荣豪　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 常孟 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法 (57)摘要 本发明公开了一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间 距的估算方法， 包括以下步骤， 对凸轮轴试样进 行不同磨削深度下的磨削处理， 然后进行旋转弯 曲疲劳试验， 获得不同磨削试样的疲劳断口， 确 定疲劳裂纹萌生数与 磨削深度之间的数值关系， 并通过试样应力状态分析得到疲劳加载应力与 裂纹萌生数之间的关系， 再结合Pari s理论公式， 建立裂纹扩展速率与磨削深度参数之间的关系 模型， 通过疲劳辉纹间距与裂纹扩展速率之间的 正比例关系， 最终建立疲劳辉纹间距与磨削深度 之间的理论 关系。 本发明通过疲 劳实验与理论分 析的方法获得疲劳辉纹间距与磨削深度之间的 关系模型， 通过模型可估算出不同磨削深度试样 的疲劳辉纹间距， 避免了大量的实验流程和资源 浪费， 对凸轮轴磨削工艺参数优化具有重要的指 导意义。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114117670 A 2022.03.01 CN 114117670 A 1.一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一： 根据凸轮轴材料和实 际生产工艺， 对凸轮轴试样进行不同磨削深度下的磨削 处理， 根据凸轮轴实际受载， 对磨削加工后试样进 行旋转弯曲疲劳试验， 获得不同磨削试样 的疲劳断口； 步骤二： 通过扫描电子显微镜对步骤一获得的疲劳断口的裂纹萌生源区和扩展区进行 观察， 得到裂纹源数目， 通过非线性拟合建立裂纹源数目与磨削深度之间的数值关系式； 步骤三： 分析裂纹源数目对试样应力状态的影响规律， 结合步骤二确定的数值关系式， 进行疲劳加载 试样受力分析， 得到疲劳加载应力与磨削深度之间的数值关系式； 步骤四： 将步骤三得到的数值关系式代入Paris理论公式中， 构建疲劳裂纹扩展速率和 磨削深度之间的关系模型； 步骤五： 建立疲劳辉纹间距与疲劳裂纹扩展速率之间的比例关系， 基于凸轮磨削加工 工艺特点和所用凸轮轴 材料属性， 确定相关比例系 数， 得到疲劳辉纹间距与磨削深度之间 的关系模型； 步骤六： 通过步骤五的关系模型， 获得不同磨削深度下对应的疲劳辉纹间距。 2.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 所述 步骤二中， 裂纹源数目与磨削深度之间的数值关系式为： 式(1)中， ni为裂纹源数目， ap为磨削深度， A、 B和C是与ni无关的常数。 3.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于， 所述 步骤三的具体步骤 包括： 第一步、 确定疲劳加载应力与应力幅之间的关系式， 具体为： 第二步、 假 设各个样品的S0相等， 得到S＝ns·S0； 其中， S为试样 截面面积， S0为裂纹萌生 面面积， ns为常数； 第三步、 将式(1)和S＝ns·S0代入式(2)中， 得到疲劳加载应力与磨削深度之间的数值 关系式， 具体为： 式(3)中， σa为应力幅， F为 疲劳加载应力； A、 B和C ′表示常数， 且C ′＝ns‑C。 4.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 所述 步骤四的具体步骤 包括： 第一步、 确定Paris理论公式， 具体为： 第二步、 将式(3)代入Paris理论公式中， 得到疲劳裂纹扩展速率和磨削深度之间的关 系模型， 具体为； 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117670 A 2式(5)中， f为几何 因子， ac为裂纹长度； D和G为常数， 与磨削加工所用材 料有关。 5.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 所述 步骤五的具体步骤 包括： 第一步、 确定疲劳辉纹间距与疲劳裂纹扩展速率之间的比例关系， 具体为： 式(6)中， E表示比例系数； 第二步、 将公式(5)代入公式(6)， 得到： 式(7)中， d为 疲劳辉纹间距， ap为磨削深度， C ″为常数， 第三步、 对不同磨削深度样品的疲劳辉纹间距进行统计， 并通过公式(7)对实际统计的 疲劳辉纹间距和磨削深度进行拟合， 获得常数C ″， C′和G的值； 第四步、 将C ″、 G、 A、 B和C ′的值代入公式(7)， 得到疲劳辉纹间距与磨削深度之间 的关系 模型。 6.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 所述 步骤一中， 旋转弯曲疲劳试验的疲劳应力幅为6 00MPa， 应力比 ‑1。 7.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 所述 步骤一中， 磨削处理时试样线速度为0.036m ·s‑1， 砂轮线速度35m ·s‑1， 磨削深度的范围是 0～35 μm。 8.根据权利要求1所述的一种磨削凸轮轴疲劳辉纹间距的估算方法， 其特征在于： 凸轮 轴材料为40Cr钢、 20CrMnTi钢或16 MnCr5钢中的任一种。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117670 A 3