曲轴非圆磨削表面几何形状误差及其在线测量方法的研究

摘要

曲轴是各种内燃机的关键零部件，其轴颈的圆度误差直接影响着发动机的配合精度、旋转精度、摩擦、振动和噪声，伴随着汽车工业的发展，对曲轴的制造精度、效率和质量提出了更高的要求。曲轴非圆磨削技术的出现虽然提高了磨削效率，但是在非圆磨削特殊的跟踪磨削过程中，影响工件几何尺寸和形状误差的因素不同于常规磨削，其加工过程中的质量控制的难度也更加困难。因此开展曲轴非圆磨削加工中表面几何形状误差及其在线测量方法的研究工作，不仅有利于提高加工精度，促进曲轴非圆磨削在线检测技术的完善和推广，而且对于我国先进制造装备水平及国际竞争力的提升也有积极的作用，具有重要的理论意义和经济意义。 本文以曲轴非圆磨削加工中的表面形状误差和几何尺寸为主线，对影响磨削加工精度的主要因素、曲轴非圆磨削过程振动及其与工件表面波纹度之间的联系、在线检测方法及圆度误差分离方法等关键技术展开研究，论文的主要研究工作和取得的成果如下： 本文首先研究了曲轴连杆颈非圆磨削运动过程及影响曲轴加工表面几何形状误差的主要因素，探讨了由磨削力引起工件弹性变形对加工精度的影响，并建立了补偿模型，经实验验证补偿模型能有效降低弹性变形产生的影响。 其次对曲轴非圆磨削过程的振动现象及其对磨削表面波纹度的影响进行了研究。应用双再生反馈模型对曲轴连杆颈非圆磨削颤振的机理进行分析，探讨了砂轮磨削切点线速度变化和曲轴变速转动对颤振的抑制作用：建立了曲轴连杆颈非圆磨削的六自由度动力学模型，通过模态分析方法对系统动力学方程组解耦后，对强迫振动产生影响进行了仿真计算。 本文提出了能够同时对曲轴非圆磨削加工中轴颈圆度和直径进行在线测量的主动跟踪测量方法，并开发了与曲轴非圆磨床配套的主动跟踪测量装置，分析了跟踪测量装置系统误差及其对跟踪测量精度的影响。 本文提出了将曲轴非圆磨削中轴颈圆度误差和系统误差从测量数据中进行分离的三点跟踪圆度误差分离方法，并探讨了影响三点跟踪法误差分离精度的因素。研究了采用小波变换原理对传感器组采集信号局部特征进行分析和提取的方法。 最后通过计算机仿真和实验对本文研究内容进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题来源

1.3 国内外研究现状

1.3.1 非圆磨削技术研究概述

1.3.2 磨削振动及其对形貌误差影响的研究概述

1.3.3 在线检测及误差分离技术研究概述

1.4 本文研究内容

1.5 本章小结

第二章 曲轴非圆磨削及影响加工精度误差源分析

2.1 曲轴非圆磨削加工工艺分析

2.1.1砂轮速度

2.1.2 连杆颈非圆磨削切点线速度

2.1.3砂轮架进给速度

2.1.4 磨削深度

2.2 曲轴非圆磨削运动分析

2.3 影响曲轴非圆磨削加工精度误差源分析

2.3.1 简化运动方程的修正及其精度分析

2.3.2 曲轴非圆磨削伺服系统跟踪误差

2.3.3 砂轮安装偏心

2.3.4 砂轮半径变化引起的加工误差

2.4 弹性变形造成的加工误差

2.4.1 非圆磨削中曲轴的受力及变形分析

2.4.2 连杆颈受力变形计算模型

2.4.3 受力变形对曲轴加工精度的影响

2.4.4 曲轴弹性变形测量实验

2.4.5 非圆磨削弹性变形时加工补偿模型

2.5 本章小结

第三章 曲轴非圆磨削振动分析

3.1 表面波纹度定义及其产生原因

3.2 曲轴非圆磨削颤振分析

3.2.1 曲轴非圆磨削双再生反馈模型

3.2.2 非圆磨削过程稳定性分析

3.2.3 砂轮和曲轴变速与颤振抑制

3.3 非圆磨削强迫振动及其模态分析

3.3.1 曲轴非圆磨削动力学模型

3.3.2 非圆磨削动力学模型模态分析方法

3.3.3 非圆磨削动力学模型仿真计算

3.4 本章小结

第四章 曲轴非圆磨削在线测量方法

4.1 曲轴连杆颈非圆磨削在线相对测量方法

4.2 曲轴非圆磨削主动跟踪测量方法

4.2.1 跟踪测量系统运动分析

4.3 主动跟踪测量装置

4.3.1.主动跟踪测量装置机械结构

4.3.2.主动跟踪测量装置硬件结构

4.3.3 主动跟踪测量装置软件系统

4.4 测量装置误差及其对测量精度影响

4.4.1 跟踪测量摇臂安装误差

4.4.2 测量摇臂跟踪运动误差

4.4.3 伺服系统跟踪误差

4.5 本章小结

第五章 圆度误差分离方法及数据处理

5.1 圆度误差分离方法

5.2 三点跟踪圆度误差分离方法

5.3 三点跟踪法误差分离精度的影响因素

5.3.1 谐波抑制现象及其消除方法

5.3.2 圆度误差分离的幅值传递

5.3.3 传感器误差对误差分离精度影响

5.4 基于小波变换的数据处理方法

5.4.1 主动跟踪测量信号数学模型

5.4.2 小波变换原理

5.4.3 基于小波滤波的主动跟踪测量信号处理

5.4.4数据处理

5.5 实验验证

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文研究成果及创新点

6.1.1研究成果

6.1.2创新点

6.2 进一步研究方向

参考文献

附表

攻读博士期间发表的论文

申请专利

攻读博士期间参与的科研项目

攻读博士期间获奖情况

致谢