汽车发动机曲轴曲柄半径误差分析与精度控制

摘要

作为汽车发动机的六大关键部件之一，曲轴的主要功能在于将从连杆上传来的力转化为转矩，并通过曲轴自身输出给其他附件，从而驱动发动机运转。曲柄半径是影响压缩比的关键尺寸之一，其尺寸波动直接影响到发动机的压缩比。因此，减小曲柄半径尺寸波动、提高曲轴制造精度对于提升发动机具有重要作用。本文以某厂某型号曲轴为研究对象，结合实际生产数据分析了工艺系统误差对于曲柄半径加工精度的影响，并就其中的主要误差源进行了深入研究。具体的研究工作包括以下三个方面：
　　首先，结合曲轴的实际加工特点对曲轴磨削精加工过程的工艺系统进行了分析，得到了外圆磨削和非圆随动磨削时磨削切点的轨迹，并了解了磨削工艺过程。通过对曲轴磨削工艺系统进行分析，探寻工艺系统中可能存在影响加工精度的因素。同时，结合曲轴加工的实际特点和加工现状，对存在可能性的影响因素进行逐一分析，最终确定了影响曲轴曲柄半径尺寸精度的两个主要原因：一是曲轴受力变形引起的误差，二是曲轴夹具、基准误差。
　　其次，对曲轴受力变形引起的曲柄半径误差进行了研究。结合磨削过程中曲轴的受力分析和装夹定位方式，通过有限元仿真方法得到了不同相位下曲轴各轴颈轴线的弹性变形；根据砂轮与曲轴的运动关系及不同曲轴转角下的变形规律，建立了基于磨削轨迹重构理论的曲柄半径误差分析模型；通过分析不同力对于曲柄半径的影响规律，确定了曲轴受力中影响曲柄半径缸间差异的主要因素：磨削力和顶尖压力；并通过验证实验确定了曲轴有限元模型及曲柄半径误差分析模型的正确性。
　　最后，对于曲轴夹具、基准误差进行了研究。结合磨削过程中曲轴装夹定位方式，对于可能影响曲轴加工精度的因素进行了综合分析，并确定了影响曲柄半径缸间差异的主要因素：夹具的定位元件误差；建立轴类夹具坐标系及夹具误差分析模型，计算定位元件误差对于曲柄半径的影响程度。
　　通过本文的相关分析研究，探寻了工艺系统中影响曲轴加工精度的关键因素；获得了不同相位下曲轴轴线受力弹性变形规律；重构了曲轴磨削切点的理论轨迹；设计了曲轴曲柄半径的误差分析模型；深化了曲轴夹具、基准对于加工精度的影响；引出了轴类夹具坐标系的建立方法。为提高曲轴制造精度、提升发动机性能提供了良好的思路和借鉴。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 课题研究背景意义与课题来源

1. 2 曲轴加工工艺过程介绍

1. 3 国内外研究现状

1. 4 本文主要工作和章节安排

第二章曲轴加工工艺及加工误差分析

2. 1 引言

2. 2 曲轴磨削过程分析

2. 3 曲轴磨削工艺系统误差分析

2. 4 本章小结

第三章 曲柄半径误差建模与变形影响因素研究

3. 1引言

3. 2曲轴受力变形的有限元计算模型的建立

3. 3有限元计算模型的边界条件的确定

3. 4磨削过程中有限元计算模型的建立与仿真计算

3. 5曲轴受力变形对曲柄半径加工精度的影响的误差建模

3. 6磨削过程中影响曲柄半径加工精度的因素的分析

3. 7影响曲柄半径尺寸因素理论分析的实验验证

3. 8本章小结

第四章 曲轴磨削定位装夹对曲柄半径精度影响研究

4. 1 引言

4. 2 磨削过程中曲轴定位装夹系统分析

4. 3 曲轴夹具误差分析模型

4. 4 本章小结

第五章 全文工作总结与展望

5. 1 全文工作总结

5. 2 本文主要创新点

5. 3 后续工作的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果