【摘要】：曲軸是發(fā)動機(jī)的回轉(zhuǎn)部件,其剛性差及部分結(jié)構(gòu)區(qū)域應(yīng)力集中的特點(diǎn)一直是設(shè)計開發(fā)的側(cè)重點(diǎn),如何實現(xiàn)曲軸關(guān)鍵部位的強(qiáng)化是加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)。長期以來,我們沿用氮化熱處理方式對曲軸進(jìn)行強(qiáng)化,但此工藝效率低,耗能大,易出現(xiàn)氮化過程中發(fā)生氧化或變形。許多車用內(nèi)燃機(jī)企業(yè)通過曲軸滾壓作為提升曲軸的疲勞強(qiáng)度的方式并已實現(xiàn)應(yīng)用,因此曲軸滾壓推廣至船用曲軸的加工中一樣能實現(xiàn)曲軸局部強(qiáng)度的增加。但是,現(xiàn)階段船用內(nèi)燃機(jī)曲軸通過滾壓實現(xiàn)圓角強(qiáng)化的案例在國內(nèi)制造業(yè)中尚為稀缺,車銑復(fù)合加工中心匹配隨動磨床的設(shè)備配置未在國內(nèi)企業(yè)中普及應(yīng)用,曲軸本身在切削加工中的變形因素可控性就較差,若進(jìn)行滾壓應(yīng)用則不可控因素會大大增加,曲軸合格率不能得到有效控制,因此滾壓技術(shù)的應(yīng)用未在企業(yè)中形成成熟工藝。本文通過對企業(yè)精度喪失的老舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,實現(xiàn)船用柴油機(jī)曲軸圓角滾壓。依據(jù)滾壓試驗所得數(shù)據(jù)分析及經(jīng)驗將曲軸原有工藝進(jìn)行優(yōu)化,在曲軸生產(chǎn)中實現(xiàn)曲軸氮化熱處理的替代或補(bǔ)充,本文主要設(shè)計內(nèi)容從以下各方面進(jìn)行開展:(1)不同曲軸滾壓方式在曲軸表面強(qiáng)化及應(yīng)力分析中的案例比對,確認(rèn)滾壓強(qiáng)化的可行性。(2)依據(jù)曲軸工況下的受力狀況確定曲軸所受應(yīng)力集中部位,依據(jù)QT800-2曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中工作參數(shù),利用Ansys進(jìn)行有限元分析并計算所受交變應(yīng)力大小,確定曲軸圓角處形成所需要預(yù)置壓應(yīng)力的大小,為后續(xù)配置夾鉗的輸入壓力提供理論參數(shù),通過壓力轉(zhuǎn)換計算,提升應(yīng)力傳導(dǎo)的準(zhǔn)確性。(3)確定曲軸改造項目所實現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計,整個滾壓設(shè)備改造中所包含的液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及滾壓鉗結(jié)構(gòu)組成。(4)曲軸滾壓過程控制,滾壓前曲軸各項參數(shù)的確定,包括滾壓圈數(shù),壓力,轉(zhuǎn)速等。對滾壓后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和對比,依據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)制定曲軸滾壓后校直方案,使得滾壓后的曲軸主軸徑跳動不超出氮化曲軸要求,確保曲軸在機(jī)器中的運(yùn)行狀態(tài)。(5)曲軸在設(shè)備改造及滾壓試驗中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施,避免出現(xiàn)因滾壓導(dǎo)致的曲軸缺陷的增大及或已加工表面的傷害,確保曲軸在滾壓后表面硬度提升30%。
【圖文】：

過程中的技術(shù)要求很高，是柴油機(jī)中造價最高的一個部件，在船用柴油機(jī)的制造逡逑過程中曲軸作為整個內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵件進(jìn)行質(zhì)量控制也就無可厚非，其造價占整臺柴逡逑油機(jī)造價的１０－２０％左右。正如圖１－２中所示，曲軸過度圓角處所受的拉應(yīng)力最集逡逑中，實際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲軸發(fā)生斷裂的情況中其位置也與理論中相符，早期，逡逑Ｃｈｉｅｎ［２］、Ｃｈｏｉ［３］ｉ對圓角的應(yīng)力進(jìn)行計算，Ｓｐｉｔｅｒｉ［４］利用三維模型設(shè)置剛性滾壓輪逡逑對曲軸殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析，其結(jié)果都論證了圓角應(yīng)力存在對曲軸疲勞壽命的影逡逑響，得出了裂紋萌生的過程，隨著該技術(shù)應(yīng)用，Ｄ．ｔｙｌｏｒ［５］深入研究曲軸疲勞強(qiáng)度逡逑理論與相關(guān)疲勞試驗，分析曲軸疲勞壽命的可靠性。為了抵消曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)力，逡逑就形成了較為廣泛的預(yù)置壓應(yīng)力的共識，目前可以通過增加滾壓工序提升圓角處逡逑的強(qiáng)度來達(dá)到此目的，生產(chǎn)中同樣需要對曲軸工藝流程需要做進(jìn)一步優(yōu)化實施。逡逑１．１．２船用球鐵曲軸氮化工藝現(xiàn)狀逡逑某型柴油機(jī)曲軸主要采用球墨鑄鐵ＱＴ８００－２。相比于鋼制曲軸

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑圖１－２曲軸圓角處的應(yīng)力圖逡逑由于曲軸形狀和受力情況復(fù)雜，及其在柴油機(jī)中的重要地位，因此它在制造逡逑過程中的技術(shù)要求很高，，是柴油機(jī)中造價最高的一個部件，在船用柴油機(jī)的制造逡逑過程中曲軸作為整個內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵件進(jìn)行質(zhì)量控制也就無可厚非，其造價占整臺柴逡逑油機(jī)造價的１０－２０％左右。正如圖１－２中所示，曲軸過度圓角處所受的拉應(yīng)力最集逡逑中，實際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲軸發(fā)生斷裂的情況中其位置也與理論中相符，早期，逡逑Ｃｈｉｅｎ［２］、Ｃｈｏｉ［３］ｉ對圓角的應(yīng)力進(jìn)行計算，Ｓｐｉｔｅｒｉ［４］利用三維模型設(shè)置剛性滾壓輪逡逑對曲軸殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析，其結(jié)果都論證了圓角應(yīng)力存在對曲軸疲勞壽命的影逡逑響
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U673.3

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本文編號：2659500