轿车曲轴圆角滚压强化工艺研究与滚压机构设计

论文摘要

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：(1)在揭示曲轴圆角滚压的滚压机理的基础上，建立了曲轴圆角滚压强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。(2)通过机构学的知识认真分析了卡车曲轴圆角滚压机构之后，提出了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。(3)对设计出的滚压机构进行运动分析：应用机构学中的矢量法和杆组分析法，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的理论依据。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 本课题国内外研究现状分析
• 1.3 本论文研究的主要内容和意义
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 本课题的研究意义
• 第二章 曲轴圆角滚压强化工艺
• 2.1 曲轴的受力及其破坏
• 2.2 曲轴强化的几种常用工艺
• 2.3 曲轴圆角滚压强化的工艺过程
• 2.3.1 曲轴圆角滚压的强化机理
• 2.3.2 工艺过程
• 2.3.3 影响强化的工艺参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 曲轴滚压强化加载范围研究
• 3.1 概述
• 3.2 弹性接触的赫兹理论
• 3.3 滚压加工中的变形与应力分布
• 3.3.1 接触弧线上的变形与应力分布
• 3.3.2 接触弧线上的正应力向圆弧直径上的等效
• 3.4 空间应力分布
• 3.5 接触半宽度 B的计算与载荷-应力关系的导出
• 3.5.1 当量圆柱半径的计算
• 3.5.2 载荷-应力关系的导出
• 3.6 滚压极限载荷范围得确定
• 3.7 本章小结
• 第四章 轿车曲轴圆角滚压机构设计
• 4.1 国内曲轴滚压机构研究现状
• 4.2 轿车曲轴圆角滚压机构的设计要求
• 4.3 机构的方案设计
• 4.3.1 常用的机构方案变型组合方法
• 4.3.2 滚压机构的方案设计
• 4.3.3 最终方案的选定及机构的轴向分布
• 4.4 设计出的滚压机构的工作过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 轿车曲轴圆角滚压机构的运动分析
• 5.1 运动分析方法概述
• 5.2 滚压前摆动机构的分析
• 5.3 滚压时机构的分析
• 5.3.1 单杆的运动分析
• 5.3.2 RRR型II级杆组的运动分析
• 5.3.3 RPRR-缸II级组的运动分析
• 5.3.4 机构的运动分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究工作中的不足及展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 参考文献