车用空压机曲轴圆角滚压强化与数值模拟

发布时间：2017-08-20 19:16

  本文关键词：车用空压机曲轴圆角滚压强化与数值模拟

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【摘要】：车用活塞式空压机作为主要的气制动的气压发生装置，其质量直接决定着汽车制动的稳定性。曲轴作为活塞式的关键零件之一，在空压机的每一个工作行程中，都承受着由活塞、连杆组件传递到曲轴上的巨大的周期性变化的载荷，往复和旋转运动引起的惯性力。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，致使曲轴极易发生疲劳破坏，尤其在主轴颈和连杆颈的过渡圆角处。研究表明，圆角滚压技术是提高曲轴疲劳强度最有效的方法，它不仅可以降低曲轴表面粗糙度，，提高硬度，还可以缝合切削加工时留下的走刀痕迹等表面缺陷，减少应力集中，降低成本，提高生产效率。圆角滚压用在钢轴上效果不是很大，但用在球铁曲轴上则可以大大提高曲轴的强度，球铁曲轴成本是钢曲轴的三分之一，因此从经济上和可靠性上考虑，进行圆角滚压，用球铁曲轴代替钢曲轴是曲轴的主要发展趋势。但圆角滚压技术和滚压的关键设备一直被国外把持着，因此研究曲轴的滚压规律及滚压设备的研制具有重要的实际意义。本文在汽车空压机曲轴圆角滚压工艺上做了如下研究： （1）首先从空压机曲轴的受力及破坏情况入手，分析研究曲轴圆角滚压工艺的滚压机理和工艺过程。 （2）应用三维软件(Pro/E)和虚拟样机技术对东风泵业有限公司生产的一款空压机曲轴进行模型建立，并利用ADAMS平台对其进行运动学分析，得出空压机曲柄连杆机构各部件的运动特性，以及曲轴轴颈和曲柄销所受到的作用力，为后续的曲轴疲劳强度分析提供依据。 （3）应用DEFORM软件对曲轴滚压模型进行滚压过程的数值模拟，研究在滚压过程中危险部位的滚压应力和残余情况，以及滚压参数（滚压圈数，滚压速度，滚轮半径等）对残余应力的影响。 （4）应用UG软件（NX—NASTRAN）对曲轴模型进行疲劳强度分析，研究其在受载情况下轴颈部位的应力及位移变化情况。通过对比，发现曲轴圆角滚压后，其轴颈部位的应力集中明显降低。 可以预见车用空压机我国会有很大的需求，能研究出高效滚压工艺和滚压设备会带来很高的经济价值。本文所做的工作，能为整个滚压工艺的优化提供一定的理论基础，并为滚压设备的研究提供一定的参考。
【关键词】：空压机曲轴 圆角滚压 机构仿真 疲劳强度
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 概述9-10
• 1.2 曲轴滚压强化技术的国内外研究现状10-13
• 1.3 本论文研究的主要内容和意义13-15
• 1.3.1 主要研究内容13-14
• 1.3.2 论文的研究意义14-15
• 第二章 曲轴圆角滚压强化工艺15-26
• 2.1 曲轴强化的几种常用工艺15-16
• 2.2 曲轴圆角的滚压强化机理16-25
• 2.2.1 空压机曲轴的受力与破坏16-18
• 2.2.2 曲轴圆角滚压强化机理18-21
• 2.2.3 常见的曲轴圆角滚压强化类型21-23
• 2.2.4 曲轴圆角滚压工艺参数对滚压效果的影响23-24
• 2.2.5 影响滚压变形的因素24
• 2.2.6 滚压质量的检测24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 基于 DEFORM 的曲轴圆角滚压工艺过程仿真26-43
• 3.1 DEFORM 介绍26-28
• 3.1.1 DEFORM-3D 的模块结构27-28
• 3.1.2 DEFORM 软件的功能28
• 3.2 最佳残余应力理论28-31
• 3.2.1 曲轴滚压的残余应力理论28-29
• 3.2.2 最佳残余应力理论29-31
• 3.3 曲轴滚压模拟建立及滚压过程的模拟仿真31-37
• 3.3.1 曲轴滚压模型的建立31-32
• 3.3.2 定义曲轴及滚轮的材料属性32-33
• 3.3.3 划分网格33-34
• 3.3.4 设置滚轮及夹紧机构的自由度34-36
• 3.3.5 定义接触关系36
• 3.3.6 设置模拟步数36-37
• 3.3.7 检查生成数据库文件37
• 3.3.8 模拟和后处理37
• 3.4 滚压工艺参数对残余应力的影响37-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 圆角滚压强化空压机曲轴工作性能分析43-65
• 4.1 概述43
• 4.2 虚拟样机技术简介43-44
• 4.3 空压机零件模型的建立与机构仿真44-49
• 4.3.1 空压机机构仿真模型的装配过程45-46
• 4.3.2 空压机在 Pro/E 中的机构仿真过程46-49
• 4.4 空压机曲轴系在虚拟样机中的运动学分析49-57
• 4.4.1 空压机曲柄连杆机构运动学分析50
• 4.4.2 空压机曲柄连杆机构受力分析50-52
• 4.4.3 空压机曲柄连杆机构运动过程建立52-53
• 4.4.4 空压机曲柄连杆机构动力学分析53-57
• 4.5 基于 NX 的空压机曲轴圆角滚压强化后的疲劳强度分析57-64
• 4.5.1 NX 介绍57-59
• 4.5.2 曲轴有限元模型的建立59-60
• 4.5.3 定义材料属性60
• 4.5.4 网格划分60
• 4.5.5 载荷添加60-61
• 4.5.6 分析计算61-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 全文总结65
• 5.2 工作展望65-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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4 李满良;褚东宁;;曲轴滚压工艺及设备[J];二汽科技;1991年05期

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本文编号：708327