文档介绍：武汉理工大学
硕士学位论文
轿车曲轴圆角滚压强化工艺研究与滚压机构设计
姓名:熊海
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:杨光
20070501
摘要汽车发动机曲轴是汽车动力装置的核心零件之一,因工作环境恶劣,其失效的主要形式是磨损和疲劳断裂。曲轴圆角滚压强化工艺是目前最为理想强化工艺,不仅能够显著提高曲轴的疲劳寿命,而且还可获得较好的表面加工质量,经滚压加工后的圆角不必精磨,就可以满足表面质量要求,从而有利于提高生产率和降低加工成本。因此曲轴圆角滚压工艺、设备及其相关技术的研究已成为当前发展汽车工业特别是轿车工业必不可少的关键技术之一。本文在轿车曲轴圆角滚压工艺和设备设计制造上作了如下研究:诮沂厩嵩步枪鲅沟墓鲅够淼幕∩希⒘饲嵩步枪鲅骨化的当量圆柱力学模型,推导了曲轴和滚压刀具结构参数、滚压刀具配置情况以及材料性能参数的极限滚压载荷的计算公式。为曲轴圆角滚压工艺参数的合理确定提供了依据,有助于改善和避免单纯试验选参法所具有的局限性和盲目性。ü寡У闹J度险娣治隽丝ǔ登嵩步枪鲅够怪螅岢隽轿车曲轴滚压机构的设计要求;通过将复杂运动分解为简单运动,在设计出实现每个简单运动的机构后,应用机构组合的原理得出了两套适合轿车曲轴的圆角滚压机构,比较分析之后选取了一个更为合理的方案,并介绍了该机构的工作过程。陨杓瞥龅墓鲅够菇性硕治觯河τ没寡е械氖噶糠ê透俗分析法,分别分析了该机构在滚压曲轴前的摆动机构和滚压时的简化机构,从而得出各个构件的运动参数的计算公式;为以后机构的优化设计提供有力此外,文中还对滚压机构的尺寸综合、运动仿真以及机床上用到的专家校直系统进行了讨论和展望。由于轿车曲轴在我国有很大的需求,能自行设计制造高效的滚压设备会带来很高的经济价值;经本文研究后,能为该滚压设备的设计制造提一定的理论基础。关键词:曲轴圆角滚压、当量圆柱力学模型、机构组合、杆组分析法的理论依据。,
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第一章绪论概述曲轴缤糽一是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件,在发动机的每一个工作行程中,都有很大交变载荷通过活塞、连杆组件作用在曲轴上,使其承受反复的冲击。由于曲轴工作条件恶劣,因此对曲轴材质、毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、动平衡等都要求十分严格。如果任何一个环节质量没有得到保证,则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性;同时,这些交变载荷在曲轴的各个部位产生弯曲、扭转等复杂的交变应力,极易造成疲劳断裂,尤其在主轴颈和连杆颈与连杆臂的过渡处;为了减少应力集中,提高疲劳强度,在结构上把过渡处设计为过渡圆角,对曲轴过渡圆角进行滚压强化,可有效的提高曲轴的抗疲劳强度。经德国公司测定【俊】,球铁曲轴经滚压后寿命可增至ィ种魄峋鲅购笫命可提高至ァ由于曲轴恶劣的工况条件,必须对曲轴进行强化处理来提高其疲劳寿命。目前国内外常见的提高曲轴抗疲劳性能的途径有三种:分别是改进结构设计、合理选材和采取合理的工艺措施。下面对这三种情况加以介绍。早在上个世纪年代,通过对曲轴进行静态弯曲应力测量的方法,人们掌握了曲轴的应力分布规律,了解曲轴各处应力的大小,并针对应力分布对发动机进行了结构设计上的改进。改进后的曲轴的抗疲劳能力有所提高,随着有限元设计的发展和应用,曲轴的研究从静态应力测量转向更加精确的动态应力分析。大量的文献提出了曲轴的三维有限元模型【,并分析了曲轴各部分尺寸的变化对于圆角应力的影响,在保持曲轴强度、刚度、自振图汽车曲轴示意图慕峁股杓圆角应力状态也有所改进。武汉理工大学硕士学位论文
频率、轴承承压表面积、轴颈圆周速度等综合指标的条件下,用其所提供的方法可以更合理地设计曲轴的结构尺寸。目前,单纯依靠曲轴结构设计来改善曲轴强度已经不能满足曲轴工作要求,对曲轴的可靠性分析设计方兴未艾。曲轴结构设计往往与曲轴材料、工艺相结合,如球铁曲轴圆角滚压强化工艺和对应的滚压沉割槽设计。常用曲轴毛坯的制造方法有锻造和铸造两种,锻造毛坯采用钢材,如优质碳素钢、低合金钢、合金钢等;铸造毛坯一般都采用球墨铸铁。锻钢曲轴艺稳定,曲轴轴颈和圆角中频感应淬火后,曲轴的疲劳强度能提高%以上。所以,锻钢曲轴在大马力柴油机上得到广泛应用。但锻钢曲轴需具备大型锻压设备,设备投入大,工艺复杂,模具费用高,生产准备周期长,对比其它常规材料,成本最高。球墨铸铁具有良好的耐磨性、减振性和工艺性能。球墨铸铁曲轴比锻钢曲轴成本降低%ィ庸すな奔跎%,毛坯重量减轻,耐磨性改善,结构设计合理的球墨铸铁曲轴具有良好的承载能力。尤其是等温淬火球铁工艺的研究和发展,使球铁材料的性能得到性能上的飞跃。等温淬火球铁具有良好的切削性能,强度类似于锻钢,耐磨性达到非合金化白口铸铁指标,抗擦伤性与渗碳淬火钢相差不多,减振能力比钢铁