曲軸圓角變力滾壓及力學分析

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第21卷第3期湖北工業(yè)大學學報2006年6月Vo1．21NO．3JournalofHubeiUniversityofTechnologyJun．2006[文章編號]1003—4684(2006)06—0149—03曲軸圓角變力滾壓及力學分析賴貞華，蔡磊，伍先俊，李志明(武漢理工大學機電工程學院，湖北武漢430068)[摘要]分析曲軸圓角滾壓的強化機理，考慮加載過程中存在的塑性變形，提出變力滾壓，并加以探討分析[關(guān)鍵詞]曲軸；圓角滾壓；變力滾壓，EO圖分類號]TB125[文

2、獻標識碼]：A曲軸是汽油機、柴油機的心臟，其制造質(zhì)量要求提高曲軸的使用壽命．很高，而曲軸圓角滾壓強化工藝已成為提高產(chǎn)品競爭力的重要手段．通過對曲軸進行圓角滾壓強化，不2曲軸變力滾壓僅可以改善曲軸的性能，提高抗疲勞變形能力，還具有工藝成本低、效率高和強化效果顯著的優(yōu)點．國內(nèi)2．1曲軸變力滾壓的提出汽車工業(yè)采用的工藝，曲軸圓角沉割滾壓效果更為如果對連桿徑做周向的滾壓時由時間引起的周顯著．向冷作硬化影響不予考慮，那么一定的滾壓力P在連桿頸周向都會引起相同的塑性變形，滾壓處的連1曲軸圓角滾壓機理桿徑端A相對連桿頸上支點O也會產(chǎn)

3、生相同的偏轉(zhuǎn)角0，而連桿頸兩端及以外其他軸徑將會發(fā)生剛性發(fā)動機工作過程中，曲軸不僅受氣缸爆發(fā)壓力偏轉(zhuǎn)．如圖2所示，OA段可視為連桿頸端的角度偏帶來的拉壓交變應力，還承受慣性力矩、輸出扭矩轉(zhuǎn)，而AB段可視為其余部分的剛性偏轉(zhuǎn)．但是對于等．但就其疲勞破壞形式來看，主要受拉壓交變應力圖2中a、b而言，由于支撐點0點的不同，使得主軸的影響(圖1)[．軸線偏轉(zhuǎn)的半徑不同(圖2口中的oA顯然大于bP中的oA)，因此會帶來主軸軸線的彎曲．因為偏轉(zhuǎn)角0的大小是滾壓力P的函數(shù)]，即0一F(P)．(1)可以考慮改變P的大小來調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度0

4、，以此來改善曲軸的彎曲情況，即所謂的變力滾壓．圖1曲軸的受力曰B曲軸圓角過渡處由于容易產(chǎn)生應力集中，是曲軸的薄弱環(huán)節(jié)，在交變應力的作用下最先產(chǎn)生疲勞破壞．如果對其進行圓角沉割滾壓強化，在圓角處形成一層過渡的塑性變形帶，產(chǎn)生一定的殘余應力，能夠最大程度地抵消工作時產(chǎn)生的壓應力，另外還能(a)滾壓連桿軸頸內(nèi)側(cè)提高曲軸的疲勞強度，細化表面層，降低應力集中，[收稿日期]2006—03—15[作者簡介]賴貞華(1981一)，男，湖北荊州人，武漢理工大學碩士研究生，研究方向：產(chǎn)品數(shù)字化設計．維普資訊http://www.cqvip

5、.com150湖北工業(yè)大學學報2006年第3期徑為D，兩軸線間距離為L，AB長Lz．由圖5可得AB一AA+A，，B一0A(1一COS)+ABsin0．，(2)D(b)滾壓連桿軸頸外側(cè)圖5主軸中心點的偏轉(zhuǎn)距離圖2曲軸滾壓偏轉(zhuǎn)而DA可由圖6計算出，即2．2曲軸變力滾壓的計算考察以連桿頸周向不同的地方支撐，滾壓的偏。A—LlCOS(a一號)+譬．(3)轉(zhuǎn)情況將以主軸頸軸線和連桿頸軸線確定的平面MMM對稱．如圖3，當支撐點在O滾壓點F時曲軸的偏轉(zhuǎn)與支撐點在O滾壓點在F時曲軸的偏轉(zhuǎn)相對于MM對稱．因此對曲軸滾壓一周以后偏轉(zhuǎn)主要發(fā)

6、生在MM平面內(nèi)，其他方向的偏轉(zhuǎn)可以忽略．同樣圖3中，以NN為分界B線，上下A兩個半圓都有一點一一相對應，0與BF、0與、F，偏轉(zhuǎn)．軸線相同，偏轉(zhuǎn)半徑不同，并且下半部分的偏轉(zhuǎn)半徑比上半部分對M應點的偏轉(zhuǎn)半徑大．圖6主軸軸線到滾壓支點距離^彳聯(lián)合式(2)、(3)得連桿徑AB一(Llsina+)(2一c。s)+Lc。s主軸徑則AB軸線在MM平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)量△一ABcos(口一要)一(Llsin+M圖3曲軸滾壓的對稱特性●)(1一c。s)sin口+Lsinsin口．現(xiàn)考察圓周上任意點a處受滾壓時，曲軸在同理，可求當支撐點在F，而

7、滾壓處在O點時，主軸MM平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)情況，如圖4所示．軸線AB在MM平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)量A，一Lzsinsin口一(Llsin口一Dz)(1一c。s)sin口．(4)因此，要減小或者消除曲軸的變形，即要調(diào)整軸徑周MM向上的滾壓力，使△一A一0(5)在NN平面上，a一0，曲軸的偏轉(zhuǎn)量顯然相等．如果圖4曲軸任意點滾壓的軸線偏轉(zhuǎn)在滿足滾壓強化范圍內(nèi)，取上半圈的滾壓力恒為P。．則聯(lián)立式(1)、(2)、(4)、(5)可求下半圈的滾壓當在F點處滾壓，0點支撐即a角處時，折線力的函數(shù)關(guān)系式oFAB將繞O0偏轉(zhuǎn)到0FAB的位置，其中AB為P

8、—G(a)，主軸軸線．為求軸線在MM平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)，只需考并且由以上分析知滾壓力將沿MM對稱．慮B點在MM和NN確定的軸截面的投影在MM線上的分量．B點的投影B在oA上，設主軸徑為D，連桿維普資訊http://www.cqvip.com第21卷第3期賴貞華等曲軸圓角變力滾壓及力學分析[參考文獻]3結(jié)束語E13李滿良．球鐵曲軸圓角沉割