基于虚拟加工的曲轴锻件迭代定心方法及优化研究

发布时间：2020-04-19 13:09

【摘要】：曲轴是发动机核心零件之一,由于形状复杂且工作转速很高,对其动平衡指标有很高要求,通常在机加工结束后,还需要上动平衡机进行测试和去重才能满足要求。曲轴两端的中心孔是整个机加工工艺流程的定位基准,由于曲轴上存在多个非加工面,如果中心孔的定心方法不正确,会造成去重量过大或去重方位不正确,最后无法动平衡变成废品。目前曲轴生产中广泛采用的几何定心和质量定心均是针对曲轴毛坯定心,无法直接控制动平衡前的去重量和方位。为此,本文首次提出了基于虚拟加工的曲轴锻件迭代定心新方法,即以虚拟加工成品件动平衡前的不平衡量最小为目标,反求锻件中心孔的位置,并以此为基础研究了曲轴锻件优化设计。本文的主要研究内容如下:(1)根据刚性转子双面校正平衡原理,结合Visual Studio软件开发平台和UG Open开放命令,开发“曲轴动平衡分析软件”,并验证软件分析计算结果的准确性。分析曲轴计算步长对软件计算结果及计算时间的影响。(2)以曲轴模型为例,叙述曲轴扫描锻件的虚拟加工过程,包括去除材料模型的建立,扫描锻件几何轴线的确定,通过布尔运算得到虚拟加工成品件等。同时对几种模型间的相互关系进行说明。(3)将开发的“曲轴动平衡分析软件”作为分析计算的工具,说明迭代定心法的形成过程并提出迭代公式。根据迭代公式进行计算,获取最佳曲轴定心位置,指导实际曲轴锻件进行加工,验证迭代定心法的可行性。(4)提出曲轴锻件优化方法,通过将曲轴的不平衡量分解到多个平面上,指导平面附近结构的优化,从而降低曲轴锻件加工后的不平衡量。本课题的研究,可以为曲轴的加工和曲轴锻件的设计提供参考,具有一定的理论价值和实际工程意义。
【图文】：

曲轴结构

1 绪论1.1 课题研究背景改革开放以来，中国一直处于高速发展阶段，现已成为世界上仅次于美国的第二大经济体，并赢得了中国经济奇迹的美誉[1-2]。汽车是改变世界的机器和推进国民经济向前发展的发动机，国家汽车产业的国际地位往往也可代表国家制造业在国际上的总体地位，汽车产业已经成为支撑和拉动中国经济的主导产业之一，近五年来年产量均超过 2000 万辆[3]。发动机是汽车的主要动力输出，却常常由曲轴、连杆等零件构成的曲柄连杆机构引起发动机振动过大，振动使得轴承承受附加动载荷，轴承和曲轴轴颈等加剧磨损，大大影响了发动机的使用寿命，严重的甚至造成整个发动机振动过大，动力输出不稳定，引起乘车人员的不适[4-7]。

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重庆大学硕士学位论文几何中心定心法和质量中心定心法，几何中心定心法是以曲轴毛坯主轴颈外圆基准，，通过双 V 型块定位确定毛坯的几何轴线，钻中心孔。质量中心定心法是过质量定心机寻找曲轴毛坯的质量轴线，并沿该轴线钻中心孔。由于非加工面存在，以曲轴毛坯为定心对象的这两种定心方法都不能直接控制终动平衡前的平衡量，甚至会因不平衡量过大导致无法动平衡，曲轴报废[9-13]。本课题源于重庆大学与桂林某有限公司的合作项目曲轴动平衡研究。该公司受订单后按照客户提供的曲轴设计成品件图纸设计曲轴所对应的锻件，在客户受设计锻件后加工磨具并开始生产锻件，然后抽取锻件试样按一定的工序对其行加工，在最终做动平衡测试去重时根据测得的动不平衡量来调整钻中心孔时偏移量，直到最终动平衡去重前曲轴的动不平衡量在允许的范围内，才进行批生产。从接受订单到完成产品的流程图如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK403;TG306

【参考文献】