专利名称：：曲轴精加工仿真分析参数的确定方法
技术领域：
：本发明涉及一种参数的确定方法，特别涉及一种曲轴精加工仿真分析参数的确定方法。
背景技术：
：大型船用曲轴的精加工采用带回转中心架的专用曲轴机床，通过精加工使曲轴达到设计图纸的尺寸形位公差要求，曲轴轴线平直。但是，由于曲轴很长，弯头多形状复杂，刚性差，在重力、回转离心力和支撑等的作用下容易产生复杂的绕曲变形。这种非常复杂的绕曲变形同待加工曲轴本身存在的各种尺寸和形位偏差(例如曲轴主轴颈外圆的椭圆度与不圆度、曲轴轴颈的轴线间不同心等)相互混合，使得具有多中心支撑架的曲轴精加工调整极为复杂，成为世界难题。目前，在曲轴精加工调校过程中通常仅能获得曲柄拐档差变化的测量数据，曲轴精加工时的调校是根据曲柄拐档差变化数据，凭技术人员经验，通过人工方式进行，随意性很大。一般一根曲轴的调校和精加工快也需要1~2周，慢则需要23个月，生产效率很低。有时甚至加工到了极限尺寸还没有达到图纸的尺寸形位公差要求，而只能报废，造成重大经济损失。随着全球市场竞争日趋激烈，要求尽可能减少曲轴精加工时间，因此，急需快速、准确地确定船用曲轴精加工的影响参数，用新的曲轴精加工的影响参数的确定方法来代替传统的人工方法。
发明内容本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种特别适宜在现代广泛应用的实时处理器或PC机上使用的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，能快速准确地为船用曲轴精加工提供技术意见，以提高曲轴精加工效率和加工质量。为解决上述技术问题，本发明采用一种曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，具体步骤如下首先，根据曲轴加工车床中心支撑架的高低位置参数、曲轴本身可能存在的尺寸和形位偏差参数、曲轴自重导致的曲轴变形参数及曲轴旋转离心力导致的曲轴变形参数确定曲轴精加工参数；其次，选择支撑异常、曲轴自重和曲轴旋转离心力作为影响曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数；进而，将支撑异常、曲轴自重和分别作为边界条件加载在已有的计算机曲轴仿真模型上；最后，对在每种边界条件下以有限元仿真分析的方法进行实验和分析，从而获得各种加载条件下曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数，即曲轴精加工仿真分析参数。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述确定曲轴精加工参数是在曲轴调校过程中参考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐档差变化测量值。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述曲轴仿真模型是按照曲轴的固定端外形尺寸、主轴颈外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐数在计算机上建立的有限元仿真模型。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述的支撑异常为相应曲拐支撑位置上的强制向上位移，其可以等效为曲轴专用车床中心支撑架支撑抬高、曲轴主轴颈外圆的椭圆度和不圆度及曲轴主轴颈轴线不同心；所述曲轴自重为曲轴在重力的作用下向下弯曲；所述曲轴旋转离心力为曲轴在车削过程中，产生旋转离心力，由旋转离心力产生的曲轴变形将在360°圆周方向均向外弯曲。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述在加载支撑异常作为边界条件仿真分析时，假设没有重力和曲轴旋转离心力作用。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述在加载曲轴重力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴旋转离心力作用。上述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其中，所述在加载曲轴旋转离心力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴重力作用。本发明的优点是可以实现对曲轴精加工工艺及其技术进行全面的试验和分析，定量地试验和研究各种影响因素对曲轴变形和调校的影响，找出其中的关联规律，为曲轴精加工的调校和加工工艺提出指导意见，优化加工工艺，提高曲轴精加工效率和加工质量，提高曲轴专用车床的使用效率，降低制造成本。图l是曲轴的结构示意图；图2是曲轴的侧视图3为曲轴旋转速度co二6deg/sec时，离心力对各曲拐甩档的影响的曲线图4为曲轴旋转速度"变化时，离心力对各曲拐甩档的影响的曲线图；图3和图4中的1~6表示图1和图2中的1~6曲拐的开档间距变化曲线。具体实施例方式请参阅图l及图2，曲轴由六个曲拐16和八个连接曲拐的主轴颈AH组成，各个曲拐的大小尺寸相同，八个主轴颈分别位于每个相邻曲拐之间及曲拐1的外端及曲拐6的外端，经有限元分析模型网格划分成曲轴的有限元分析模型。本发明所提供的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，包括下列步骤第一，根据曲轴加工车床中心支撑架的高低位置参数、曲轴本身可能存在的尺寸和形位偏差参数、曲轴自重导致的曲轴变形参数及曲轴旋转离心力导致的曲轴变形参数并在曲轴调校过程中参考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐档差变化测量值确定曲轴精加工参数。第二，选择支撑异常、曲轴自重和曲轴旋转离心力作为影响曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数，所述支撑异常为相应曲拐支撑位置上的强制向上位移，其可以等效为曲轴专用车床中心支撑架支撑抬高、曲轴主轴颈外圆的椭圆度和不圆度及曲轴主轴颈轴线不同心；所述曲轴自重为曲轴在重力的作用下向下弯曲；所述曲轴旋转离心力为曲轴在车削过程中，产生旋转离心力，由旋转离心力产生的曲轴变形将在360。圆周方向均向外弯曲。第三，将支撑异常、曲轴自重和分别作为边界条件加载在己有的计算机曲轴仿真模型上，曲轴仿真模型是按照曲轴的固定端外形尺寸、主轴颈外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐数在计算机上建立的有限元仿真模型。最后，对在每种边界条件下以有限元仿真分析的方法进行实验和分析，从而获得各种加载条件下曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数，即曲轴精加工仿真分析参数。(1)获得的在支撑异常仿真分析结果如下在表1至表4中分别列出了如图1所示的曲轴在0°、90°、180°和270。位置时(如图2所示)，某个支撑有异常升高一个单位时，各个曲拐在开档处和曲柄销处的轴向位移的变化值。曲拐编号如图l所示，表中开档l即l号曲拐的开档处的轴向位移变化；正号表示轴向距离加大，负号表示轴向距离减小；支撑作用在主轴颈处，支撑异常位移值取向上为正。在加载支撑异常作为边界条件仿真分析时，假设没有重力和曲轴旋转离心力作用。表lO度时各个曲拐在开档处和曲柄销处的轴向位移变形系数k0ij<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3180度时各个曲拐在开档处和曲柄销处的轴向位移的变化系数1d80ij<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4270度时各个曲拐在开档处和曲柄销处的轴向位移的变化系数k270ij<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由仿真分析可见，支撑异常对曲拐开档距离变化的影响，主要反映在同异常支撑临近的曲拐开档距离变化，对远离异常支撑的开档距离变化很小。(2)获得的曲轴重力作用仿真分析结果如下表5中列出了在曲轴重力作用下，曲轴在0°、90°、180°和270°位置时(如图2所示)各个测量点处的轴向变形值。在加载曲轴重力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴旋转离心力作用。表5重力影响下变形值表(um)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表5可见，曲轴自重对曲轴变形和开档距离变化的影响较小，大约在14"m范围。(3)获得的在旋转离心力对曲拐开档变形影响仿真分析结果如下根据现场调研，曲轴在调校时，曲轴的转速大约在每分钟1转左右，即"=6deg/sec。取旋转角速度为"二6deg/sec(n-1.0rpm)，通过数值仿真获得各开档间距在不同角度的变化值，如图3所示。在不同的曲轴角速度"下，各开档间距的变化值，如图4所示。在加载曲轴旋转离心力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴重力作用。由图2和图3可以见(1)曲轴调校时，曲拐开档由于曲轴旋转导致的变化很小，最大开档间距的变化值仅为2.1X10-5mm可以忽略不计；(2)在不同的旋转角度下，由于旋转离心力产生的各开档间距的变化值是相同的，这同重力和中心支撑架支撑的影响不同；(3)因为离心力与角速度co是非线性关系，所以角速度co与曲拐开档的相互关系也呈非线性，由图3可见，随着角速度"加大，离心力对各曲拐开档变形的影响越来越大，呈现加速增大的趋势。综上所述，本发明对曲轴精加工参数进行仿真分析，可以获得以下结论导致支撑异常的主要因素有两个方面，即中心支撑架位置和曲轴本身的尺寸形位偏差。分析比较这两种支撑异常因素对曲拐开档距离变化的影响，可以发现两者对不同角度曲拐开档距离变化的影响是不同的(1)对由于支撑架原因导致的支撑异常(抬高)情况，支撑抬高现象同曲轴旋转角度无关，曲轴旋转一圈(360°)应该始终出现相同的支撑抬高值。以线形分析结果为例，参见表1表4，此时曲拐开档间距变化，在垂直方向(0°和180°)和水平方向(90°和270°)，开档间距变化绝对值基本相同，但是方向相反。(2)对由于曲轴形位偏差(例如轴颈不圆度，轴颈轴线不对中等)造成的支撑异常(抬高)，曲轴旋转一圈(360°)产生的支撑抬高量是不同的。此时，在对称位置产生的曲拐开档间距变化绝对值也有较大差别。还可以通过分析旋转曲轴一圈(360度)相邻曲拐开档间距变化值，区分支撑异常是由于车床中心支撑架抬高，还是轴颈圆度或者轴颈轴线不对中。进-一步分析不同角度曲拐开档间距变化值，可以估算支撑异常量和形位偏差量。权利要求1.一种曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，首先，根据曲轴加工车床中心支撑架的高低位置参数、曲轴本身可能存在的尺寸和形位偏差参数、曲轴自重导致的曲轴变形参数及曲轴旋转离心力导致的曲轴变形参数确定曲轴精加工参数；其次，选择支撑异常、曲轴自重和曲轴旋转离心力作为影响曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数；进而，将支撑异常、曲轴自重和曲轴旋转离心力分别作为边界条件加载在已有的计算机曲轴仿真模型上；最后，对在每种边界条件下以有限元仿真分析的方法进行实验和分析，从而获得各种加载条件下曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数，即曲轴精加工仿真分析参数。2.根据权利要求1所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述确定曲轴精加工参数是在曲轴调校过程中参考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐档差变化测量值。3.根据权利要求l所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述曲轴仿真模型是按照曲轴的固定端外形尺寸、主轴颈外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐数在计算机上建立的有限元仿真模型。4.根据权利要求1所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述的支撑异常为相应曲拐支撑位置上的强制向上位移，其可以等效为曲轴专用车床中心支撑架支撑抬高、曲轴主轴颈外圆的椭圆度和不圆度及曲轴主轴颈轴线不同心；所述曲轴自重为曲轴在重力的作用下向下弯曲；所述曲轴旋转离心力为曲轴在车削过程中，产生旋转离心力，由旋转离心力产生的曲轴变形将在360°圆周方向均向外弯曲。5.根据权利要求1所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述在加载支撑异常作为边界条件仿真分析时，假设没有重力和曲轴旋转离心力作用。6.根据权利要求1所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述在加载曲轴重力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴旋转离心力作用。7.根据权利要求1所述的曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，其特征在于，所述在加载曲轴旋转离心力作为边界条件仿真分析时，假设所有支撑点在一条直线上，不考虑曲轴重力作用。全文摘要本发明公开了一种曲轴精加工仿真分析参数的确定方法，根据曲轴加工车床中心支撑架的高低位置参数、曲轴本身可能存在的尺寸和形位偏差参数、曲轴自重导致的曲轴变形参数及曲轴旋转离心力导致的曲轴变形参数确定曲轴精加工参数；选择支撑异常、曲轴自重和曲轴旋转离心力作为影响曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数；将上述参数分别作为边界条件加载在已有的计算机曲轴仿真模型上；对在每种边界条件下以有限元仿真分析的方法进行实验和分析，从而获得各种加载条件下曲轴变形和曲柄拐档差变化的参数，即曲轴精加工仿真分析参数。本发明的优点是可以实现对曲轴精加工工艺及其技术进行全面的试验和分析，为曲轴精加工的调校和加工工艺提出指导意见。文档编号G06F17/50GK101192243SQ20061011865公开日2008年6月4日申请日期2006年11月22日优先权日2006年11月22日发明者张青雷,林尧武申请人:上海电气集团股份有限公司;上海船用曲轴有限公司