砂带随动研磨曲轴连杆颈基础技术研究及应用

论文摘要

曲轴是各种内燃机和柴油机的关键零部件,其轴颈的圆度误差、表面质量以及表面支撑率直接影响着发动机的配合精度、旋转精度、摩擦、振动和噪声,同时影响着曲轴的使用寿命。由于在常规的砂轮磨削以后轴颈表面会出现比较深的沟痕,从而形成较高的波峰波谷,这样就增加了轴颈与轴瓦之间的摩擦磨损,进而导致曲轴工作一段时间以后轴颈的实际尺寸要比理论尺寸偏小,使得振动、噪声等加剧,从而严重影响发动机的适用性能。为了提高轴颈的表面质量、表面支持率以及改善曲轴表面光洁度,同时实现曲轴加工的高柔性、高效率和高精度,采用了国际上较先进的适应于曲轴连杆颈偏心运动的砂带随动研磨技术。本文以实现恒压力研磨加工为技术要求,同时对砂带机构的随动运动对研磨加工精度的影响、曲轴随动研磨过程振动及其与工件表面波纹度之间的联系等关键技术展开研究,论文的主要研究工作如下:论文首先通过使用现有的轴颈研磨机床对曲轴主轴颈进行工艺实验研究,分析了研磨周期、振动频率以及研磨块硬度对曲轴主轴颈表面质量和砂带寿命的影响,为曲轴连杆颈砂带随动研磨磨床的设计提供实验依据。其次研究了曲轴连杆颈随动研磨运动的运动特点,提出了以恒线速度研磨的运动模型,得出了曲轴变速转动的必要性。并且对砂带随动研磨曲轴连杆颈的运动模型的误差进行分析,得到运动误差对尺寸精度和形状精度的影响程度和变化规律,并且得到了误差补偿数学模型。然后针对曲轴随动研磨的特点,对砂带随动研磨的受力情况进行了分析,得到了适用于曲轴连杆颈随动研磨的磨削力计算公式。同时建立了曲轴连杆颈随动研磨的六自由度动力学模型,通过模态分析方法对系统动力学方程组解藕后,对强迫振动产生影响进行了仿真计算。最后基于随动研磨理论、结合国外曲轴砂带研磨磨床的先进设计、以恒压力研磨加工为技术要求,针对四缸柴油机曲轴的研磨加工,对随动研磨磨床的技术要求、关键零部件的设计等进行了详细介绍,同时还对该磨床的性能以及将要面临的问题进行了简单介绍。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.1.1 传统曲轴抛光加工方法
• 1.1.2 随动研磨曲轴加工方法
• 1.2 砂带随动研磨技术的研究现状以及发展趋势
• 1.2.1 国外随动研磨法的研究现状
• 1.2.2 国外随动研磨法的研究趋势
• 1.2.3 国内随动研磨法的研究现状
• 1.3 课题来源及本文主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题意义
• 1.3.3 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 砂带研磨曲轴主轴颈工艺实验研究
• 2.1 实验设备，实验材料以及实验方案
• 2.2 砂带研磨周期对曲轴主轴颈的材料去除率和表面质量的影响
• 2.2.1 砂带研磨周期对曲轴主轴颈的材料去除率的影响
• 2.2.2 砂带研磨周期对曲轴主轴颈圆度的影响
• 2.2.3 砂带研磨周期对曲轴主轴颈表面粗糙度的影响
• 2.2.4 砂带研磨周期对曲轴主轴颈波纹度的影响
• 2.3 砂带振动频率对曲轴主轴颈的材料去除率和表面质量的影响
• 2.3.1 砂带振动频率对曲轴主轴颈的材料去除率的影响
• 2.3.2 砂带振动频率对曲轴主轴颈表面粗糙度的影响
• 2.3.3 砂带振动频率对曲轴主轴颈波纹度的影响
• 2.3.4 砂带振动频率对曲轴主轴颈圆度的影响
• 2.4 砂带的磨损情况分析
• 2.4.1 砂带研磨周期对砂带磨损的影响
• 2.4.2 砂带振动频率对砂带磨损的影响
• 2.5 本章小结
• 3 砂带随动研磨曲轴连杆颈运动模型的理论研究
• 3.1 砂带随动研磨运动模型的建立原则及其结构
• 3.1.1 运动方程的结构
• 3.1.2 影响研磨质量的基本参数
• 3.1.3 运动模型的建立及其建立原则
• 3.2 轴向振动运动方程的建立
• 3.3 按曲轴匀速运动时砂带机构的随动研磨运动方程
• 3.3.1 砂带机构随动摆动角度和角速度的运动方程
• 3.3.2 砂带机构随动水平位移和速度的运动方程
• 3.4 砂带机构随动研磨磨粒沿曲轴连杆颈的运动方程
• 3.4.1 磨粒的运动轨迹
• 3.4.2 磨粒沿曲轴连杆颈所转过弧段的运动方程
• 3.4.3 随动研磨机构的运动学分析
• 3.5 砂带随动研磨运动模型误差分析及其补偿
• 3.5.1 随动水平位移的误差分析
• 3.5.2 随动摆动角度的误差分析
• 3.5.3 随动摆动中心高的误差分析
• 3.5.4 砂带研磨曲轴连杆颈随动模型误差的补偿
• 3.6 本章小结
• 4 砂带随动研磨曲轴连杆颈动力学分析
• 4.1 砂带随动研磨曲轴连杆颈受力分析
• 4.1.1 砂带磨削过程中的磨削力
• 4.1.2 砂带随动研磨曲轴连杆颈的磨削力分析
• 4.2 砂带随动研磨曲轴动力学模型及其模态分析
• 4.2.1 砂带随动研磨动力学分析
• 4.2.2 随动研磨动力学模型模态分析方法
• 4.2.3 随动研磨动力学模型仿真计算
• 4.3 本章小结
• 5 船用柴油机曲轴砂带随动研磨磨床的设计与分析
• 5.1 砂带随动研磨磨床研制的总体思路
• 5.1.1 砂带随动研磨磨床的总体要求
• 5.1.2 砂带随动研磨磨床的技术要求
• 5.2 随动研磨磨床关键零部件的设计
• 5.2.1 研磨带的设计
• 5.2.2 卷带机构的设计
• 5.2.3 切入块的设计
• 5.2.4 研磨块的设计
• 5.2.5 随动机构的设计
• 5.2.6 床身的设计
• 5.3 随动研磨磨床技术参数及其相关问题介绍
• 5.3.1 随动研磨磨床技术参数
• 5.3.2 随动研磨磨床相关问题介绍
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究成果
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目及专利