畢業(yè)設(shè)計(jì)—n4850q曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床滾壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 緒論2</p><p>　　1.1 選題背景2</p><p>　　1.1.1 曲軸受力及破壞2</p><p>　　1.1.2 曲軸疲勞壽命的提高3</p><p>　　1.2 本課題研究的現(xiàn)實(shí)意義4&

2、lt;/p><p>　　1.3 本論文研究的主要內(nèi)容5</p><p><b>　　1.4 小結(jié)5</b></p><p>　　第2章 N4850曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床滾壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 N4850Q曲軸的主要參數(shù)6</p><p>　　2.2 滾壓刀具的結(jié)構(gòu)與

3、配置6</p><p>　　2.3 滾壓加載模式的選擇6</p><p>　　2.4 滾壓功率計(jì)算9</p><p>　　2.5 曲軸軸向變形的理論計(jì)算10</p><p>　　第3章 N4850Q曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床數(shù)控方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 數(shù)控機(jī)床概述12</p&g

4、t;<p>　　3.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念12</p><p>　　3.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成12</p><p>　　3.2 曲軸圓角滾壓強(qiáng)化專(zhuān)用機(jī)床的基本要求13</p><p>　　3.2.1 加工基本要求13</p><p>　　3.2.2 刀位軌跡要求13</p><p>

5、;　　3.2.3 其他輔助要求14</p><p>　　3.3 工藝路線分析與加工程序單的擬定14</p><p>　　3.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)14</p><p>　　3.3.2 工藝路線分析14</p><p>　　3.3.3 傳感器及其布置15</p><p>　　3.4 數(shù)控方案設(shè)計(jì)15&l

6、t;/p><p>　　3.5 小結(jié)15</p><p>　　第4章 結(jié)論與展望18</p><p>　　4.1 結(jié)論18</p><p>　　4.2 展望18</p><p><b>　　致謝19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20&

7、lt;/b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中的最重要的機(jī)件之一，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平不僅影響著整機(jī)的尺寸和重量，而且在很大程度上影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與壽命。曲軸的破壞事故可能引起發(fā)機(jī)其他部件的嚴(yán)重?fù)p壞

8、。因此，提高和改進(jìn)曲軸的設(shè)計(jì)以及加工水平是發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)不斷發(fā)展的迫切要求。</p><p>　　1.1.1 曲軸受力及破壞</p><p>　　曲軸是在周期變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩(扭矩和彎矩)共同作用下工作的，其受力為彎扭交變載荷。由于實(shí)際曲軸是一個(gè)多支撐的靜不定系統(tǒng)，在外載荷的作用下軸系及其支撐都將發(fā)生彈性變形，加之曲軸的形狀復(fù)雜，從而使得曲軸應(yīng)力的計(jì)

9、算十分復(fù)雜，現(xiàn)有的經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的計(jì)算方法主要有兩種:一種是把曲軸按單拐分成幾段，每段當(dāng)作簡(jiǎn)支梁進(jìn)行研究;另一種是把曲軸作為連續(xù)梁進(jìn)行分析。但是這兩種方法的計(jì)算結(jié)果還難以令人滿意，有待進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p>　　曲軸的許用應(yīng)力和工作應(yīng)力還可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取，試驗(yàn)應(yīng)力分析法在曲軸設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)改進(jìn)中發(fā)揮了重要作用，目前曲軸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究的方法主要有兩種:一種是光測(cè)彈性力學(xué)三向凍結(jié)應(yīng)力法，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄的單拐曲軸模

10、型做試件，將集中載荷或均勻彎矩加在試件上，加載后將試件連同整個(gè)加載機(jī)構(gòu)置于烘箱內(nèi)進(jìn)行“凍結(jié)”凍結(jié)后試件各部分變形便被保留下來(lái)，最后對(duì)試件切片并加以分析便可確定曲軸各部分應(yīng)力的分布及最大應(yīng)力點(diǎn)的位置。這種方法用來(lái)解決應(yīng)力集中問(wèn)題比較有效，但該方法誤差較大，不適于確定曲軸的實(shí)際工作應(yīng)力，只應(yīng)用于對(duì)曲軸的靜強(qiáng)度研究;另一種是電阻應(yīng)變測(cè)量法，這種方法既可用于曲軸的靜強(qiáng)度研究，也可用于曲軸疲勞強(qiáng)度的研究。</p><p>

11、　　大量理論分析及實(shí)驗(yàn)研究表明，軸頸和曲柄連接的過(guò)渡圓角處的曲軸應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位，曲軸的破壞一般發(fā)生在過(guò)渡圓角處的地方。圖1-1表明了曲軸圓角處的應(yīng)力分布與應(yīng)力集中情況，從圖中的正應(yīng)力曲線可以明顯地看到，在曲柄銷(xiāo)圓角處，正應(yīng)力從離邊界22%的M點(diǎn)改變符號(hào)，在圓角表面處應(yīng)力和應(yīng)力梯度都達(dá)到最大值，同時(shí)，主軸頸圓角處的正應(yīng)力雖然增加也很明顯，但它是壓應(yīng)力，而對(duì)于鋼尤其是球墨鑄鐵這樣的曲軸材料，抗壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于抗拉強(qiáng)度，因此，對(duì)于曲軸強(qiáng)

12、度來(lái)看最危險(xiǎn)點(diǎn)是曲柄銷(xiāo)圓角處，圓角處的正應(yīng)力不但在曲拐平面內(nèi)分布極不均勻，而且在垂直于曲拐的平面內(nèi)沿軸頸的圓周方向分布亦有很大差別，應(yīng)力分布的規(guī)律隨曲軸結(jié)構(gòu)的不同而不同:實(shí)心曲軸的最大應(yīng)力點(diǎn)位于曲拐中心線上;而空心曲軸的最大應(yīng)力點(diǎn)向曲拐中心偏移，大約在10-40范圍內(nèi)變化。彎曲載荷是造成曲軸各圓角部分破壞的主要原因，彎曲疲勞破壞的疲勞裂紋的發(fā)源地幾乎全部產(chǎn)生于過(guò)渡圓角處，圖1-2為曲軸破壞的主要形式。</p><p&

13、gt;　　圖1-1 曲軸應(yīng)力分布簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖1-2 曲軸的疲勞破壞</p><p>　　1.1.2 曲軸疲勞壽命的提高</p><p>　　由于曲軸在交變應(yīng)力作用下工作，其軸頸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處發(fā)生應(yīng)力疲勞和應(yīng)變疲勞破壞的危險(xiǎn)性極大。如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的抗疲勞強(qiáng)度，以提高曲軸的安全使用壽命，多年來(lái)一直是人們研究的課題。隨著我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展，

14、對(duì)強(qiáng)烈地依賴于表面狀態(tài)抗疲勞性能和耐腐蝕性能的鑄造曲軸的研究，日益引起了人們的重視。一般說(shuō)來(lái)，提高曲軸抗疲勞性能的途徑有三種:</p><p>　　表1-1 球墨鑄鐵與鍛鋼曲抽磨損對(duì)比</p><p>　　傳統(tǒng)曲軸局部強(qiáng)化方法主要包括:離子氮化、圓角噴丸、圓角激光強(qiáng)化、圓角滲碳等方法。曲軸圓角滾壓強(qiáng)化工藝是近年來(lái)為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家所廣泛應(yīng)用的先進(jìn)的局部強(qiáng)化方法，而在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段。但是從

15、國(guó)內(nèi)外所進(jìn)行的各種曲軸疲勞試驗(yàn)表明:圓角滾壓工藝是目前最為理想的曲軸局部強(qiáng)化方法，圓角滾壓強(qiáng)化的方法具有工藝簡(jiǎn)單、工藝周期短及經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，原則上適用于各種材料，并且理想的滾壓可以達(dá)到較高的表面光潔度。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐表明，球鐵曲軸滾壓后可提高疲勞強(qiáng)度40%-80%。東風(fēng)汽車(chē)公司對(duì)不同工藝的曲軸進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，如表1-2所示，就可以很好的說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。但是，目前曲軸圓角滾壓強(qiáng)化工藝與設(shè)備制造技術(shù)卻為少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家所掌握，引進(jìn)價(jià)格極為昂貴，

16、國(guó)內(nèi)大多數(shù)曲軸生產(chǎn)廠難以承受仍然沿用軸頸表面淬火、噴丸強(qiáng)化、氮化處理等傳統(tǒng)強(qiáng)化方法，大大限制了發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的提高，制約了民族汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。在這種情況下，深入研究曲軸圓角滾壓強(qiáng)化理論，開(kāi)發(fā)研制曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床已成為當(dāng)務(wù)之急。我們承接的N4850Q型曲軸滾壓專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的科研課題可為此做出貢獻(xiàn)。</p><p>　　表1-2 不同工藝曲軸的疲勞試驗(yàn)</p><p>　　1.3 本論文研

17、究的主要內(nèi)容</p><p>　　(1)針對(duì)N4850Q曲軸圓角滾壓專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床，對(duì)滾壓加工的兩種可能的加載模式進(jìn)行了探討，并對(duì)滾壓刀具的配置、滾壓功率、軸向變形等問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)計(jì)或計(jì)算。</p><p>　　(2)以實(shí)驗(yàn)方式研究了滾壓力隨進(jìn)給量的變化規(guī)律，也進(jìn)一步檢驗(yàn)了上述滾壓理論的正確性和計(jì)算方法的可行性。</p><p>　　(3)擬定了N4850Q曲軸圓角滾壓

18、專(zhuān)用機(jī)床的數(shù)控方案，編制了數(shù)控加工所必需的運(yùn)行時(shí)序圖及加工程序單。</p><p>　　第2章 N4850曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床滾壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 N4850Q曲軸的主要參數(shù)</p><p>　　曲軸總長(zhǎng)度:593mm</p><p>　　連桿軸頸:54.6mm</p><p>　　主軸頸:65

19、.2mm</p><p>　　曲柄臂寬度:34mm</p><p>　　曲柄銷(xiāo)與主軸頸軸線偏心距:47.5mm</p><p><b>　　圓角半徑:R2mm</b></p><p>　　2.2 滾壓刀具的結(jié)構(gòu)與配置</p><p>　　1．滾壓頭的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)</p><

20、p>　　滾輪采用無(wú)軸承支撐的隨動(dòng)滾輪形式，滾輪托架則用兩個(gè)單列滾針軸承(型號(hào)為4074103)支撐于刀具座上。滾輪和滾輪托架的材料均選用GCr15，整體淬火后硬度為HRC60。根據(jù)本論文第二章優(yōu)化計(jì)算結(jié)果圓整后滾輪參數(shù)為:圓角半徑R2，滾輪撐開(kāi)角50，滾輪直徑中12;為了保證在滾壓連桿軸頸時(shí)曲軸有足夠的運(yùn)動(dòng)空間(因?yàn)樵谠摴r下主軸頸繞連桿軸線旋轉(zhuǎn))，滾輪托架直徑取為72。</p><p>　　2．滾壓刀具在

21、機(jī)床中的配置</p><p>　　在滾壓加工中，最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是①由于軸頸兩側(cè)軸向變形量不一致而導(dǎo)致連桿軸頸開(kāi)檔上寬下窄，裝配后使連桿軸頸發(fā)生彎曲變形:②曲軸單側(cè)受力而引起曲軸的彎曲變形現(xiàn)象。為此，滾壓頭兩側(cè)對(duì)分，對(duì)稱(chēng)加力。加力裝置選用交流伺服電機(jī)-滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以確保兩側(cè)能同時(shí)準(zhǔn)確加力。</p><p>　　2.3 滾壓加載模式的選擇</p><p>　　所

22、謂滾壓加載模式是針對(duì)滾壓機(jī)床的控制系統(tǒng)所選擇的控制參數(shù)而言，選取何種參數(shù)作為控制變量對(duì)滾壓控制系統(tǒng)的形式有重要影響，而滾壓控制系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)床的控制中心，其參數(shù)選擇事關(guān)機(jī)床的總體布局，在某種程度上決定了機(jī)床的一些主要性能指標(biāo)。</p><p>　　圖2-1 N4850Q專(zhuān)用機(jī)床力控制加載模式及參數(shù)</p><p>　　第3章 N4850Q曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床數(shù)控方案設(shè)計(jì)</p&g

23、t;<p>　　3.1 數(shù)控機(jī)床概述</p><p>　　3.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念</p><p>　　數(shù)字控制(Numerical Contral—NC)，簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。</p><p>　　第4章 結(jié)

24、論與展望</p><p><b>　　4.1 結(jié)論</b></p><p>　　本論文針對(duì)N4850Q軸滾壓專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中的一些理論問(wèn)題與工程問(wèn)題進(jìn)行了較深入的研究，解決了機(jī)床數(shù)徑方案擬定中的一些難點(diǎn)問(wèn)題。全文所做的主要工作及所取得的成果總結(jié)如下:</p><p>　?、艑?duì)曲軸圓角專(zhuān)用滾壓設(shè)備設(shè)計(jì)中的功率計(jì)算、滾壓后的曲軸變形問(wèn)題以及合理

25、加載問(wèn)題進(jìn)行了研究。</p><p><b>　　4.2 展望</b></p><p>　　全文工作主要圍繞“N4850Q曲軸圓角滾壓專(zhuān)用機(jī)床研制開(kāi)發(fā)”這一實(shí)際科研課題予以展開(kāi)，鑒于滾壓工藝要求的精確性與復(fù)雜性，滾壓工藝方法以及滾壓設(shè)備的設(shè)計(jì)都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和困難，國(guó)內(nèi)外可供參考的文獻(xiàn)資料非常少見(jiàn)，限于時(shí)間和客觀條件，本論文僅是就一些基本問(wèn)題進(jìn)行了研究。可以預(yù)

26、見(jiàn)，該領(lǐng)域仍存在許多工作需要進(jìn)一步深入研究，下一步的工作展望如下:</p><p>　　(l)滾壓效果的試驗(yàn)檢驗(yàn)與裝機(jī)試驗(yàn)。</p><p>　　(2)工藝方法的進(jìn)一步改進(jìn)與工藝參數(shù)設(shè)計(jì)理論的進(jìn)一步完善，例如:滾壓刀具形式應(yīng)最有利于強(qiáng)化圓角表面，在現(xiàn)有刀具的基礎(chǔ)上能否進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì);曲軸裝夾后，對(duì)曲軸軸向變形有何影響;加工后，曲軸會(huì)不會(huì)出現(xiàn)其他質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)如何避免等等。</p>

27、<p>　　(3)滾壓加工中，各種類(lèi)型摩擦力對(duì)滾壓質(zhì)量的影響程度。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在老師的悉心教誨指導(dǎo)下完成的，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，得到了導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)和幫助，導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)和淵博學(xué)識(shí)使本人受益匪淺，在此表示誠(chéng)摯的敬意和由衷的感謝。同時(shí)要感謝分院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我們提供了良好的環(huán)境和熱心指導(dǎo)。在課題的設(shè)

28、計(jì)還得到同學(xué)們的積極幫助，在此一并表示感謝。</p><p>　　感謝在百忙中評(píng)閱論文和參加答辯的各位領(lǐng)導(dǎo)和老師，由于首次作曲軸圓角滾壓強(qiáng)化工藝研究與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)，錯(cuò)誤、漏洞一定不少，望各位老師不吝賜教。</p><p>　　最后感謝母校給與本人深造的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&

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