发动机曲轴圆角滚压强化方法
【专利摘要】本发明公开了发动机曲轴圆角滚压强化方法，使用滚压头进行曲轴圆角的滚压强化加工，包括以下步骤：（1）在计算机上建立发动机曲轴模型；（2）在计算机上模拟曲轴工作状态，通过计算，确定曲轴圆角滚压力；（3）确定滚压头滚压圆角、滚压头夹角和滚压圈数；对发动机曲轴圆角进行滚压强化加工；（4）对滚压强化产品进行疲劳试验；（5）根据疲劳试验结果，选择强化程度符合设定值的滚压力和滚压圈数值，对发动机曲轴圆角进行滚压；本发明对应力集中较容易断裂的曲轴圆角位置进行滚压强化，能有效缓和应力集中现象，强化应力集中部位，曲轴圆角强化程度能提高60%～100%。
【专利说明】发动机曲轴圆角滚压强化方法【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机曲轴，具体涉及发动机曲轴圆角滚压强化方法。
【背景技术】
[0002]曲轴在工作中承受弯曲载荷和扭转载荷，对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施的曲轴，还可能存在幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。因此，曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度。
[0003]曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过度圆角处，和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。通常的曲轴断裂，疲劳裂纹都始于圆角边缘处，端口大致与轴心线成45°。对于小排量汽车而言，空间紧凑，同时为满足动力性能，车辆设计必须最大限度的轻量化；发动机曲轴强度设计受到一定程度限制，曲轴断裂现象不可避免。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供能够提高曲轴强度，防止曲轴断裂的发动机曲轴圆角滚压强化方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]该发动机曲轴圆角滚压强化方法，使用滚压头进行曲轴圆角的滚压强化加工，包括以下步骤；
[0007]( I)在计算机上建立发动机曲轴模型；
[0008](2)在计算机上模拟曲轴工作状态，通过计算，确定曲轴圆角滚压力；
[0009](3)确定滚压头滚压圆角、滚压头夹角和滚压圈数；对发动机曲轴圆角进行滚压强化加工；
[0010](4)对滚压强化产品进行疲劳试验；
[0011](5)根据疲劳试验结果，选择强化程度符合设定值的滚压力和滚压圈数值，对发动机曲轴圆角进行滚压。
[0012]所述曲轴圆角分别为主轴颈圆角和连杆颈圆角。
[0013]所述步骤(2)中通过CAE建立发动机曲轴模型，模拟曲轴工作状态，计算出曲轴圆角的应力分布，得到曲轴圆角滚压力，确定曲轴圆角滚压力数值范围。
[0014]所述步骤(3)中根据曲轴的主轴颈圆角和连杆颈圆角确定滚压头滚压圆角。
[0015]所述步骤(3)中根据曲轴圆角位置确定滚压头的夹角。
[0016]所述步骤(3)中采用多组滚压圈数值。
[0017]所述滚压头连接有动力源。
[0018]滚压曲轴主轴颈圆角的滚压头夹角和曲轴主轴颈圆角圆心连线夹角相等，滚压曲轴连杆颈圆角滚压头夹角和曲轴连杆颈圆角圆心连线夹角相等。[0019]滚压曲轴主轴颈圆角的滚压头圆角小于曲轴主轴颈圆角，滚压曲轴连杆颈圆角的滚压头圆角小于曲轴连杆颈圆角。
[0020]所述步骤(5)中强化程度设定值为曲轴圆角强化程度提高60%?100%。
[0021]本发明的优点在于:该发动机曲轴圆角滚压强化方法，通过CAE辅助手段，结合疲劳试验，进行滚压参数优化；得到最佳滚压参数后，采用滚压头对发动机曲轴圆角滚压强化。该发动机曲轴圆角滚压强化方法，对应力集中较容易断裂的曲轴圆角位置进行滚压强化，能有效缓和应力集中现象，强化应力集中部位，曲轴圆角强化程度能提高60%?100%。且发动机曲轴圆角滚压工艺在参数确定好后，后期加工简单，强化程度高，不仅能增强零件的强度，也能简化生产加工，大大提高了发动机的强度和经济型。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0023]图1为本发明发动机曲轴圆角滚压强化方法的发动机曲轴圆角的结构示意图。
[0024]图2为本发明发动机曲轴圆角滚压强化方法的示意图。
[0025]图3为本发明发动机曲轴圆角滚压强化方法的滚压力和滚压圈数的关系图。
[0026]上述图中的标记均为:
[0027]1-连杆轴颈，2-连杆轴颈圆角，3-主轴颈圆角，4-主轴颈，5-滚压力，6_滚压角度，7-滚压头。
【具体实施方式】
[0028]下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0029]如图1和图2所示，曲轴断裂现象容易发生的曲轴圆角，分别为连杆轴颈I处的连杆轴颈圆角2和主轴颈4处的主轴颈圆角3。
[0030]该发动机曲轴圆角滚压强化方法，使用滚压头7进行曲轴圆角的滚压强化加工，滚压头7连接有动力源，包括以下步骤；
[0031](I)在计算机上建立发动机曲轴模型；具体为:发动机规格不同，发动机曲轴不同；根据具体的发动机曲轴，使用计算机建模软件，在建模软件内输入发动机曲轴各段长、宽、高和轴颈圆角等参数，绘制出发动机曲轴模型；建模软件为包括PROE和CATIA在内的多种三维绘图软件；
[0032](2)将步骤(I)得到的发动机曲轴模型输入到CAE中，在CAE中输入发动机各性能参数，模拟发动机曲轴的工作状态，计算得出曲轴圆角的应力分布，得出曲轴圆角滚压力，确定曲轴圆角滚压力数值范围；
[0033](3)确定滚压头滚压圆角、滚压头夹角和滚压圈数；对发动机曲轴圆角进行滚压强化加工；
[0034]滚压曲轴主轴颈圆角3的滚压头夹角和曲轴主轴颈3圆角圆心连线夹角相等，滚压曲轴连杆颈圆角2的滚压头夹角和曲轴连杆颈2圆角圆心连线夹角相等；
[0035]滚压曲轴主轴颈圆角3的滚压头圆角小于曲轴主轴颈圆角3，滚压曲轴连杆颈圆角2的滚压头圆角小于曲轴连杆颈圆角2 ；[0036]滚压圈数值根据试验选择为多组；
[0037](4)对滚压强化产品进行疲劳试验；
[0038](5)根据疲劳试验结果，选择强化程度符合设定值的滚压力和滚压圈数值，对发动机曲轴圆角进行滚压。
[0039]优选强化程度设定值为曲轴圆角强化程度提高60%?100%。
[0040]上述步骤(3)得到的曲轴圆角强化程度为提高60%?100%。
[0041]该发动机曲轴圆角滚压强化方法，曲轴圆角滚压需要满足四要素:滚压头7圆角，滚压头7滚压角度(通过滚压头7的夹角确定)，滚压力，滚压圈数。
[0042]根据轴颈圆角来选择滚压头7的圆角，一般滚压头7圆角不应该大于轴颈圆角，如果滚压头7圆角大于轴颈圆角将会在轴颈表面形成点接触，这样不仅不能使轴颈强度增力口，反而会引起轴颈的开裂，故优选滚压头7圆角比轴颈圆角小。
[0043]然后根据主轴颈圆角3和连杆颈圆角2的圆心连线角度来确定滚压头夹角6，确保滚压位置正确。
[0044]一般借助CAE分析手段获得一个初始的滚压力5，确定滚压力5的数值范围，再根据试验来确定滚压的圈数和力的关系图，这些滚压基本参数确定下来之后再进行加工制造。
[0045]由于这些参数都是借助CAE分析手段或者是试验得来，因此一般都会将滚压力上浮或者下浮设定一个数值范围，滚压圈数选择多组，进行加工制造；然后将加工制造的曲轴的曲拐进行疲劳试验，根据疲劳试验的结果最终确定生产使用何种滚压参数。
[0046]根据试验验证，我们的曲轴在经过滚压工艺处理之后，强化程度能提高60%?100%，这个强化程度能满足现行高速大负荷发动机曲轴的强度要求。
[0047]以排量1.6-2.2T的四冲程柴油机作为优选实施例，发动机曲轴圆角滚压强化方法，包括以下步骤；
[0048](I)在计算机上通过PROE建模软件分别建立1.6T、1.8T、2.0T和2.2Τ的四冲程柴油机曲轴模型；
[0049](2)将步骤(I)得到的曲轴模型分别输入到CAE中，在CAE中分别输入1.6Τ、1.8Τ、
2.0T和2.2Τ的四冲程柴油机性能参数，模拟曲轴工作状态；CAE计算，得出曲轴圆角滚压力为7-9KN，确定滚压力为6-1IKN ；
[0050]1.6-2.2T的四冲程柴油机曲轴，滚压曲轴主轴颈圆角3的滚压头夹角和曲轴主轴颈圆角3圆心连线夹角相等；
[0051]滚压曲轴连杆颈圆角2的滚压头夹角和曲轴连杆颈圆角2圆心连线夹角相等；
[0052]滚压曲轴主轴颈圆角3的滚压头圆角比曲轴主轴颈圆角3小0.8?Imm ;滚压曲轴连杆颈圆角2滚压头圆角比曲轴连杆颈圆角2小0.8?Imm ;
[0053]滚压圈数需根据试验值确定为多组，优选三组，分别为2-4圈，4-6圈，6_8圈；
[0054]采用以上滚压参数，对1.6-2.2T的四冲程柴油机发动机曲轴圆角进行滚压强化加工；
[0055]对滚压强化后的四冲程柴油机曲轴进行疲劳试验，根据疲劳试验结果选择得到强化程度符合设定值要求的滚压力和滚压圈数值，对发动机曲轴圆角进行滚压。
[0056]如图3所示，以得到的符合要求的滚压力和滚压圈数值对发动机曲轴圆角滚压过程为:初始滚压力为4KN逐渐升到8?12KN滚压2?6圈后，滚压力降低至4KN再滚压2?4圈。根据疲劳试验验证，采用以上滚压力和滚压圈数，曲轴圆角强化程度能提高60%?
100% ο
[0057]显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:使用滚压头进行曲轴圆角的滚压强化加工，包括以下步骤； (1)在计算机上建立发动机曲轴模型； (2)在计算机上模拟曲轴工作状态，通过计算，确定曲轴圆角滚压力； (3)确定滚压头滚压圆角、滚压头夹角和滚压圈数；对发动机曲轴圆角进行滚压强化加工； (4)对滚压强化产品进行疲劳试验； (5)根据疲劳试验结果，选择强化程度符合设定值的滚压力和滚压圈数值，对发动机曲轴圆角进行滚压。
2.如权利要求1所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述曲轴圆角分别为主轴颈圆角和连杆颈圆角。
3.如权利要求1或2所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述步骤(2)中通过CAE模拟发动机曲轴工作状态，计算出曲轴圆角的应力分布，得到曲轴圆角滚压力，确定曲轴圆角滚压力数值范围。
4.如权利要求3所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述步骤(3)中根据曲轴的主轴颈圆角和连杆颈圆角确定滚压头滚压圆角。
5.如权利要求4所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述步骤(3)中根据曲轴圆角位置确定滚压头的夹角。
6.如权利要求5所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述步骤(3)中采用多组滚压圈数值。
7.如权利要求6所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述滚压头连接有动力源。
8.如权利要求7所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:滚压曲轴主轴颈圆角的滚压头夹角和曲轴主轴颈圆角圆心连线夹角相等，滚压曲轴连杆颈圆角滚压头夹角和曲轴连杆颈圆角圆心连线夹角相等。
9.如权利要求8所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:滚压曲轴主轴颈圆角的滚压头圆角小于曲轴主轴颈圆角，滚压曲轴连杆颈圆角的滚压头圆角小于曲轴连杆颈圆角。
10.如权利要求9所述的发动机曲轴圆角滚压强化方法，其特征在于:所述步骤(5)中强化程度设定值为曲轴圆角强化程度提高60%?100%。
【文档编号】B23P9/02GK103481014SQ201310426237
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】邓炯炯, 李玲娟 申请人:奇瑞汽车股份有限公司