曲轴圆角变力滚压及力学分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第3期湖北工业大学学报2006年6月Vo1．21NO．3JournalofHubeiUniversityofTechnologyJun．2006[文章编号]1003—4684(2006)06—0149—03曲轴圆角变力滚压及力学分析赖贞华，蔡磊，伍先俊，李志明(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430068)[摘要]分析曲轴圆角滚压的强化机理，考虑加载过程中存在的塑性变形，提出变力滚压，并加以探讨分析[关键词]曲轴；圆角滚压；变力滚压，EO图分类号]TB125[文

2、献标识码]：A曲轴是汽油机、柴油机的心脏，其制造质量要求提高曲轴的使用寿命．很高，而曲轴圆角滚压强化工艺已成为提高产品竞争力的重要手段．通过对曲轴进行圆角滚压强化，不2曲轴变力滚压仅可以改善曲轴的性能，提高抗疲劳变形能力，还具有工艺成本低、效率高和强化效果显著的优点．国内2．1曲轴变力滚压的提出汽车工业采用的工艺，曲轴圆角沉割滚压效果更为如果对连杆径做周向的滚压时由时间引起的周显著．向冷作硬化影响不予考虑，那么一定的滚压力P在连杆颈周向都会引起相同的塑性变形，滚压处的连1曲轴圆角滚压机理杆径端A相对连杆颈上支点O也会产

3、生相同的偏转角0，而连杆颈两端及以外其他轴径将会发生刚性发动机工作过程中，曲轴不仅受气缸爆发压力偏转．如图2所示，OA段可视为连杆颈端的角度偏带来的拉压交变应力，还承受惯性力矩、输出扭矩转，而AB段可视为其余部分的刚性偏转．但是对于等．但就其疲劳破坏形式来看，主要受拉压交变应力图2中a、b而言，由于支撑点0点的不同，使得主轴的影响(图1)[．轴线偏转的半径不同(图2口中的oA显然大于bP中的oA)，因此会带来主轴轴线的弯曲．因为偏转角0的大小是滚压力P的函数]，即0一F(P)．(1)可以考虑改变P的大小来调节偏转角度0

4、，以此来改善曲轴的弯曲情况，即所谓的变力滚压．图1曲轴的受力曰B曲轴圆角过渡处由于容易产生应力集中，是曲轴的薄弱环节，在交变应力的作用下最先产生疲劳破坏．如果对其进行圆角沉割滚压强化，在圆角处形成一层过渡的塑性变形带，产生一定的残余应力，能够最大程度地抵消工作时产生的压应力，另外还能(a)滚压连杆轴颈内侧提高曲轴的疲劳强度，细化表面层，降低应力集中，[收稿日期]2006—03—15[作者简介]赖贞华(1981一)，男，湖北荆州人，武汉理工大学硕士研究生，研究方向：产品数字化设计．维普资讯http://www.cqvip

5、.com150湖北工业大学学报2006年第3期径为D，两轴线间距离为L，AB长Lz．由图5可得AB一AA+A，，B一0A(1一COS)+ABsin0．，(2)D(b)滚压连杆轴颈外侧图5主轴中心点的偏转距离图2曲轴滚压偏转而DA可由图6计算出，即2．2曲轴变力滚压的计算考察以连杆颈周向不同的地方支撑，滚压的偏。A—LlCOS(a一号)+譬．(3)转情况将以主轴颈轴线和连杆颈轴线确定的平面MMM对称．如图3，当支撑点在O滚压点F时曲轴的偏转与支撑点在O滚压点在F时曲轴的偏转相对于MM对称．因此对曲轴滚压一周以后偏转主要发

6、生在MM平面内，其他方向的偏转可以忽略．同样图3中，以NN为分界B线，上下A两个半圆都有一点一一相对应，0与BF、0与、F，偏转．轴线相同，偏转半径不同，并且下半部分的偏转半径比上半部分对M应点的偏转半径大．图6主轴轴线到滚压支点距离^彳联合式(2)、(3)得连杆径AB一(Llsina+)(2一c。s)+Lc。s主轴径则AB轴线在MM平面内的偏转量△一ABcos(口一要)一(Llsin+M图3曲轴滚压的对称特性●)(1一c。s)sin口+Lsinsin口．现考察圆周上任意点a处受滚压时，曲轴在同理，可求当支撑点在F，而

7、滚压处在O点时，主轴MM平面内的偏转情况，如图4所示．轴线AB在MM平面内的偏转量A，一Lzsinsin口一(Llsin口一Dz)(1一c。s)sin口．(4)因此，要减小或者消除曲轴的变形，即要调整轴径周MM向上的滚压力，使△一A一0(5)在NN平面上，a一0，曲轴的偏转量显然相等．如果图4曲轴任意点滚压的轴线偏转在满足滚压强化范围内，取上半圈的滚压力恒为P。．则联立式(1)、(2)、(4)、(5)可求下半圈的滚压当在F点处滚压，0点支撑即a角处时，折线力的函数关系式oFAB将绕O0偏转到0FAB的位置，其中AB为P

8、—G(a)，主轴轴线．为求轴线在MM平面内的偏转，只需考并且由以上分析知滚压力将沿MM对称．虑B点在MM和NN确定的轴截面的投影在MM线上的分量．B点的投影B在oA上，设主轴径为D，连杆维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第3期赖贞华等曲轴圆角变力滚压及力学分析[参考文献]3结束语E13李满良．球铁曲轴圆角沉割