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1、 学术 业大学 2 0 1 1 3 范立南 李雪飞 计算机控制技术 北京 机械工业出版社 2 0 0 9 4 田翠侠 邢科礼 张国贤 基于灰色预测补 偿的模糊P m在电液伺服系统中的应用研究 A 第 五届全国流体传动与控制学术会议暨2 O 0 8 年中国航 翟二宁 1 9 7 9 一 男 陕西省咸阳市 工程 空学会液压与气动学术会议论文集 C 2 0 O 8 师 研究生 作者简介 胡江峰 1 9 8 1 一 男 兵器工业部 2 0 2 研究 滑娟 1 9 8 1 一 女 陕西省咸阳市 助教 所工程师 研 究生 内燃机械加工制造时曲轴强度的 控制方法分析 湖北工业大学机械工程学院 一 邢玉奎 摘
2、要 作为内燃机械重要的零配件 曲轴强度 本文将通过对当前内 1 内燃机械曲轴强度现状分析 1 1 结构复杂 内燃机械 的曲轴结构复杂 在加工时 一 方面要求具有较为可观的承受荷载能力 而且 要兼顾机械的功率需求 因此在加工制造时 要求保证曲轴强度达到既定的水平 曲轴在 内 燃机械中的作用是承受气缸 内砌体作用力 并 以旋转 往复等运动方式 为内燃机械运行提 供惯性力 但 由于内燃机械运行时产生的荷载 在周期 内不断变化 以致 曲轴持续承受弯曲应 力和扭转应力 尤其是过渡 圆角位置 应力过 于集中 最终导致曲轴的疲劳失效 1 2 永久性性能变化 在内燃机械实际应用时 随着使用时间的 加长 曲轴
3、局部某点可能会 出现永久性的性能 变化 反复循环载荷作用下 逐渐形成裂纹 甚至扩展至断裂破裂 即我们常说的疲劳断裂 疲 劳断裂具有低应力性 突然性 时间性 敏 感性等特征 国内内燃机械 的加工制造 大约 有 8 0 以上 内燃机械 结构强度破坏 就是因为 曲轴 的疲劳破坏 引起 大约 占其他 强度破坏故 障率的 9 5 左右 2 内燃机械加工制造时曲轴强度控制方法 2 1 建立曲轴系统动力学模型 鉴于 内燃机械 的结构复杂 在加工制造 曲 轴时 应该建立 曲轴系统的动力学模型 并借 助各类动力学仿真软件和专业模块 以形成包 括模板 子系统 装配等在 内的模型结构 模 型的建立 一方面更改了模板
4、 的子系统 使得 模型参数化 另一方面是按照一定的几何体约 束比例 设定模板 的参数 然后集合多个子系统 为子系统 的信息传递和求解提供渠道 在建立 曲轴系统动力学模型的基础上 建立初始拓扑 结构 其 中所涉及 的数据涵盖了内燃机械 的汽 缸数 冲程数 缸心距 连杆尺寸和轴承布露 等 而子系统的建立 要求对曲轴部件的尺寸 2 O2M a c h n e C h i n a 中国机械 个方面 如果曲轴强度水平不足 可能会引起内燃机其他零配件的损坏 析 深入研讨内燃机械加工制造时的曲轴强度控制方法 密度和转动惯量等进行调整 2 4 曲轴弯曲疲劳试验 2 2 分析曲轴系统动力学仿真结果 曲轴弯 曲疲
5、劳试验 常见的试验方法有成 曲轴系统动力学仿真结果的分析 是通过 组试验法 配对升 降法 疲劳极限统计分析法 对曲轴系统动力学模型的应用 全方位调整曲 三种 其中成组试验法适用于 曲轴过载时的疲 轴强度设计的差异性 首先是减振器 的参数调 劳强度 可相对 合理估算出曲轴安全寿命 配 试 系统测量布置是在曲轴上方设置发动机 对升降法是按照国家标准试验规范 选取随机 其左右侧分别为位移传感器 信号齿轮和飞轮 出现的成对数据 但只适用于分散性较小 的试 其中位移传感器由采集卡和 P C机组成 在进行 件 疲 劳极限统计分析法 主要通过应 力一寿 减振器参数调整之后 通过扭振响应曲线 可 命双对数坐标
6、 找 出循环断裂 点 根据数值选 以看出振幅轴向基本一致 其数据误差对 曲轴 取真实的断裂强度 在此笔者推荐使用疲劳极 强度设计精度影响不大 其次是活塞加速度比 限统计分析法 这种分析方法要求控制好试验 较分析 通过对曲轴转角 连杆摆角 曲柄半径 台应变片的电阻值 以及栅长 栅宽 灵敏系 曲柄连杆 比 连杆 中心距等参数的确定 借助 数 精度等级等 并标定载荷 即在 静标动 倍角余弦 函数 表示活塞的位移 这样所计算 测 原理范围 内 分析试件某个部位的静态应 出来的内燃机械曲轴加速度 在实际曲轴强度 变和动态应变 然后得出静标 曲线的应变值和 设计中就 能够避免相对误差的影 响 再次是活 确
7、定在该应变值下的激振转速大小 至于系统 塞侧击力 比较分析 即曲轴在爆发压力作用下 误差的分析 则要归结为人为或者系统的误差 的精度误差 鉴于所有曲柄销载荷曲线 的一致 前者只需要提高试验人 员的技术水平 并规范 性 可利用现代算法取值曲柄销径 向和切 向的 技术操作规范即可 后者则需要考量应变片在 峰值 以此检验连杆的质量等效 系统 中的动载荷测量情况 调节各点应变量的 2 3 曲轴应力计算 真实值 使得更加接近测量 目标点 曲轴强度的控制 需要准确分析曲轴的应 3 结束语 力分布 因此需要通过曲轴应力计算 以改善 文章通过研究 基本明确 了内燃机械 曲轴 有效应力集中系数的精度 在此笔者建
8、议应用 强度现状及发展情况 其 中所涉及到的 曲轴强 有 限元分析法 对曲轴应力展开计算 并得 出 度控制方法 是基于实际曲轴强度控制工作的 曲轴的疲劳安全系数 在计算之前 还 需要评 经验总结 但鉴于内燃机械加工制造时 曲轴控 估 曲轴高应 力位置的疲劳安全 期间假 定曲柄 制在技术要求方面具有差异性 这些方法的应 销 圆角和主轴颈圆角为高应力区域 然后将 曲 用 有必要结合实际条件 对其进行适当调整 拐相互独立的主轴颈 简化成截断简支梁模型 补充和完善 这样就能够判断出弯曲应力对 曲轴的破坏程度 至于曲轴改进后常规强度 一方面是根据计算 参考文献 的结果 判断 曲轴强度是否合格 进而确 定安 1 尤杨 浅谈曲轴设计加工及强度仿真校 全系数 并进行扭振修正 屈服极限分析 表 核方法 J 价值工程 2 0 1 3 2 5 1 5 2 面处理 尺寸影响消除等 另一方面是利用截 2 刘 万 选 魏 敬 乾 1 6 V 2 4 0 Z型 内 断简支梁模型 分析工作弯矩和计算截面模量 燃 机 曲 轴 的强 度 性 能 分 析 J 机 械 工 程 进而确定曲轴应力幅值和平均应力 师 2 0 1 2 1 2 6 4 6 5
