曲轴连杆颈复合跟随车削系统的运动精度分析

摘要

曲轴是发动机的重要零件之一，其质量直接影响到发动机的性能，进而影响到整台机器的性能。因此，改进曲轴加工工艺，提升曲轴产品质量对发动机制造业来讲具有重要的意义。目前国内生产曲轴的设备相对落后，产品生产率不高，国外一些先进设备价格较为昂贵。针对这些问题，提出了一种新的曲轴加工工艺，即：基于平行四边形机构的曲轴连杆颈外圆复合跟随车削加工工艺。 由于这种加工工艺使用的核心部件为刀架系统，即：由基于平行四边形机构的刀架与被加工工件——曲轴构成的复合跟随车削刀架系统。所以，论文以此刀架系统为研究对象，针对其运动精度问题进行了研究。 论文首先对刀架系统的运动分析建立了理想情况下的数学模型，并以模型为基础对刀尖点和工件的复合跟随车削工艺的正确性和可行性从相对速度和相对轨迹两个方面进行了理论证明。接着借助pro/e软件对模型进行运动仿真来证明理论分析的正确性，并为论文后面的分析提供方法。 然后对刀架系统存在误差时的运动精度分三种情况进行了分析。 （1）刀架机构存在杆长误差时的运动精度分析。此种情况下的误差分析，实质就是对平形四边形机构连杆角和从动角的误差对刀尖点运动轨迹的影响进行分析。论文以普通铰链四杆机构杆长误差分析为基础得出了当存在杆长误差和铰接副间隙时，平形四边形机构连杆角和从动夹角误差的变化规律，然后给出了连杆角误差变化时，刀尖点相对于工件的运动轨迹方程。最后结合实例得出了杆长误差对工件加工质量的影响。 （2）刀架系统存在相位角误差时的运动精度分析。此种情况下的误差分析是对刀尖点相对与动系（固定在曲轴连杆颈上）的运动轨迹进行分析。对比理想情况下刀尖点的运动轨迹得出了此种情况下误差对工件的加工质量的影响。 （3）刀架机构机架与水平面存在角度误差时的运动精度分析。在这种情况下的误差分析和刀架系统存在相位角误差时的情况基本相同。通过对刀尖点的运动轨迹进行分析和对比，得到了此种情况下误差对工件加工质量的影响。 论文最后简单介绍了刀架系统设计时的一些注意问题和主要解决方法。 论文内容对复合车削工艺应用于生产时控制工件加工误差具有实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2课题研究的意义

1.3和本课题有关的国内外研究现状

1.3.1发动机曲轴加工工艺的演变

1.3.2典型曲轴加工先进装备性能简介

1.4主要研究内容及研究方法

第2章曲轴连杆颈复合跟随车削原理

2.1曲轴连杆轴颈的复合跟随车削基本工作原理

2.2曲轴连杆颈复合跟随车削刀架系统相对运动速度分析

2.3曲轴连杆颈复合跟随车削刀架系统运动轨迹分析

2.3.1旋转坐标x1o1y1的运动轨迹

2.3.2起始切削点p1的运动轨迹

2.3.3刀尖点p的运动轨迹

2.3.4复合车削运动轨迹的数学描述

2.4曲轴连杆颈跟随车削刀架系统运动轨迹仿真分析

2.4.1曲轴连杆颈跟随车削刀架系统的建模

2.4.2刀尖点在动系中的轨迹实例分析

2.5小结

第3章 杆长误差对加工精度的影响分析

3.1平行四边形机构正常运行的条件

3.1.1平行四边形机构存在的条件

3.1.2平行四边形机构特殊点位置的分析

3.1.3存在杆长误差时平行四边形机构正常运行的条件

3.2平行四边形机构杆长误差分析

3.2.1存在铰接副间隙时杆的受力分析

3.2.2普通铰链四杆机构杆长误差分析

3.2.3平行四边形铰链四杆机构杆长误差分析

3.3举例分析

3.4杆长误差对刀尖点运动轨迹的影响

3.4.1存在杆长误差时刀架系统模型的建立

3.4.2杆长误差对刀尖点运动轨迹的影响

3.5小结

第4章系统相位角误差对加工精度的影响

4.1存在相位角误差时刀架系统模型的建立

4.2系统存在相位角误差时刀架系统模型的轨迹分析

4.2.1动系的运动规律

4.2.2刀尖点p的运动规律

4.2.3相位角误差对加工精度的影响

4.3刀架结构机架与水平面存在角度误差时的运动分析

4.3.1刀尖点的运动轨迹分析

4.3.2误差分析

4.4小结

第5章曲轴连杆颈复合跟随车削刀架结构设计

5.1实现刀架双曲柄结构可调长度功能的结构设计

5.1.1单个曲柄长度调节结构设计

5.1.2刀架机构双曲柄长度调节结构设计

5.2实现刀架双曲柄结构锁紧与放松功能的结构设计

5.3实现曲轴与刀架机构同步旋转功能的结构设计

5.4小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文