一种曲轴摆动滚压装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种曲轴摆动滚压装置，它包括上滚压头和下滚压头，其中，上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，上压头滚轮保持架与上压头导轮之间安装有一组上压头滚轮；下滚压头包括下滚压体和下压头导轮，所述下滚压体上设置有下压头滚轮保持架，下压头滚轮保持架与下压头导轮之间安装有下压头滚轮，且上压头滚轮和下压头滚轮与曲轴之间的摆动滚压角为α。曲轴旋转带动上压头滚轮和两组下压头滚轮共六个滚轮在45°～60°范围内摆动滚压，滚压圆角光亮饱满，塑性变形带增加，滚压效率高，滚压过程稳定，滚压后曲轴的疲劳强度提高80%以上。
【专利说明】一种曲轴摆动滚压装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种曲轴摆动滚压装置，属于曲轴机械加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]曲轴是发动机中的核心零件之一，其综合机械性能直接决定发动机的使用寿命。曲轴的失效形式一般有轴颈磨损和疲劳断裂两种类型。对于疲劳断裂，一般采用轴颈圆角滚压强化工艺来提高其疲劳强度，以达到曲轴延长使用寿命的要求。应用于圆角滚压工艺的滚压头，一般分为上滚压头和下滚压头，上滚压头负责对曲轴圆角进行滚压加工，具体为两个滚轮对曲轴轴颈圆角实施滚压加工，滚轮与轴颈成一定角度；下滚压头承担对上滚压头产生的滚压力平衡支撑作用，具体为两个滚柱支撑曲轴轴颈。
[0003]在具体实施过程中，由于滚轮与轴颈之间的角度目前尚无一定标准参考，不同产品规定的滚压角度不同，一般在45° -60°之间。在哪一个角度值滚压的效果如何也无理论依据，滚压后的曲轴疲劳强度也很难达到理想的效果，而且生产效率低下。究其原因，主要有三个方面的影响因素:①在某一角度下以一定压力滚压产生的塑性变形区域较小，形成的压应力有限，很难完全或大部分抵消曲轴在发动机中运转时产生的拉应力滚压角度固定，圆角滚压时滚轮与轴颈圆角接触面小，滚压后圆角光亮带窄，不成形；③下压头仅起支撑作用，对滚压效果无贡献。以上三个方面的原因造成曲轴圆角滚压后疲劳强度仅比原来提高40%-60%左右，无法达到理想的抗疲劳强度效果，而且滚压效率低下，这就是现有技术所存在的不足之处。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种曲轴摆动滚压装置，该装置滚压效果好，而且滚压圈数仅为原装置的三分之一，且经滚压后的曲轴疲劳强度大大提高。
[0005]本方案是通过如下技术措施来实现的:该曲轴摆动滚压装置包括上滚压头和下滚压头，所述上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，所述上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，上压头滚轮保持架与上压头导轮之间安装有一组上压头滚轮，其特征是:所述下滚压头包括下滚压体和下压头导轮，所述下滚压体上设置有下压头滚轮保持架，下压头滚轮保持架与下压头导轮之间安装有下压头滚轮；所述上压头滚轮和下压头滚轮与曲轴之间的摆动滚压角为α。
[0006]上述下压头导轮的数量为两个，所述下滚压体上设置有两组下压头滚轮保持架，所述下压头滚轮保持架与相应的下压头导轮之间分别安装有一组下压头滚轮，且上压头滚轮和下压头滚轮与曲轴之间的摆动滚压角α的取值范围为45°?60°。
[0007]上述上压头导轮和下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。
[0008]上述上压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与上压头导轮的旋转中心之间有偏心量e，且偏心量e的取值为上压头滚轮在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一。
[0009]上述上压头导轮的轮毂中与上压头滚轮配合处的厚度，沿上压头导轮的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个上压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
[0010]上述下压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮的旋转中心之间有偏心量e，且偏心量e的取值为下压头滚轮在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一。
[0011]上述下压头导轮的轮毂中与下压头滚轮配合处的厚度，沿下压头导轮的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个下压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
[0012]上述上滚压头和下滚压头中三组滚轮之间的夹角为120°。
[0013]上述上压头滚轮包括两个对称安装的滚轮，两组下压头滚轮分别包括两个对称安装的滚轮；所述上压头滚轮分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合，所述下压头滚轮分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合。
[0014]上述上滚压体上安装有上压头芯轴，所述上压头导轮通过上压头滚针轴承安装在上压头芯轴上；所述下滚压体上安装有下压头芯轴，所述下压头导轮通过下压头滚针轴承安装在下压头芯轴上。
[0015]本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该曲轴摆动滚压装置中，滚压时，曲轴旋转带动上压头滚轮(共两个滚轮)和两组下压头滚轮(共四个滚轮)在45° -60°范围内摆动滚压，使得滚压圆角光亮饱满，塑性变形带增加，而且滚压圈数仅为现有技术的三分之一，效率提高三倍以上，有效地解决了现有技术中曲轴圆角滚压后疲劳强度提高有限和滚压效率低的问题，且滚压过程稳定，经滚压后的曲轴疲劳强度可提高80%以上，达到了比较理想的目标值。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明【具体实施方式】的结构示意图。
[0017]图2为图1中A-A剖视图。
[0018]图3为图1中B-B剖视图。
[0019]图4为图1中C-C剖视图。
[0020]图5为本发明【具体实施方式】中六轮摆动滚压的工艺原理图。
[0021]图6为图5的右视图。
[0022]图7为上压头滚轮的摆动状态示意图。
[0023]图中，I 一上压头导轮，2 —曲轴,3 —上压头滚轮，4 一下压头导轮，5 —上压头芯轴，6 —上压头滚针轴承，7 —上滚压体，8 —上压头端盖，9 一下压头端盖，10 —下滚压体，11 一大压块，12 一下压头滚针轴承，13 一下压头芯轴，14 一下压头滚轮保持架，15 一压块，16 一上压头滚轮保持架，17 一下压头滚轮。
【具体实施方式】
[0024]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过【具体实施方式】，并结合其附图，对本方案进行阐述。
[0025]一种曲轴摆动滚压装置，如图所示，它包括上滚压头和下滚压头。其中，上滚压头包括上滚压体7和上压头导轮I，上滚压体7上安装有上压头芯轴5，所述上压头导轮I通过上压头滚针轴承6安装在上压头芯轴5上。所述上滚压体7上还设置有上压头滚轮保持架16，上压头滚轮保持架16与上压头导轮I之间安装有一组上压头滚轮3，上压头滚轮3包括两个对称安装的滚轮，上压头滚轮3中的两个滚轮分别与上压头导轮I中两轴肩外圆和曲轴2的轴颈圆角配合。
[0026]下滚压头包括下滚压体10和下压头导轮4，所述下压头导轮4的数量优选采用两个，下滚压体10上安装有下压头芯轴13，所述下压头导轮4通过下压头滚针轴承12安装在下压头芯轴13上。所述下滚压体10上还设置有下压头滚轮保持架14，优选下滚压体10上设置有两组下压头滚轮保持架14，实际使用中要保持下压头导轮4的数量与下压头滚轮保持架14的数量相等，每组下压头滚轮保持架14与相应的下压头导轮4之间分别安装有一组下压头滚轮17，两组下压头滚轮17分别包括两个对称安装的滚轮，每组下压头滚轮17中的两个滚轮分别与下压头导轮4中两轴肩外圆和曲轴2的轴颈圆角配合。
[0027]为了确保上滚压头和下滚压头中的六个滚轮在滚压时能够实现等压力滚压，必须使上滚压头和下滚压头中三组滚轮之间的夹角为120°，即上压头滚轮3和两组下压头滚轮17在曲轴2轴颈圆角外侧面均匀布置，以保证滚轮的滚压力能够均匀的施加到曲轴2轴颈圆角上，使曲轴2轴颈圆角得到均匀的滚压。
[0028]上压头滚轮3和下压头滚轮17与曲轴2之间的摆动滚压角为α，具体来说，是上压头滚轮3和下压头滚轮17与曲轴2轴颈之间的摆动滚压角为α，摆动滚压角α的取值范围为45°?60°，具体可以采用46°?60°，且上压头导轮I和下压头导轮4的旋转中心与曲轴2的轴颈圆角之间的距离为恒定值a，以保证滚压过程的稳定性，具体可通过如下结构形式来保证上压头导轮I和下压头导轮4的旋转中心与曲轴2的轴颈圆角之间的距离为恒定值a:
上压头导轮I中两轴肩外圆的几何中心与上压头导轮I的旋转中心之间有偏心量e，即上压头导轮I中内径D和外径Cl1的中心线与两轴肩外圆d2的中心线之间有一定的偏心量e，且偏心量e的取值为上压头滚轮3在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一，为了保证上压头滚轮3能够正常摆动，使上压头导轮I的轮毂中与上压头滚轮3配合处的厚度，沿上压头导轮I的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个上压头滚轮3在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍，这种结构形式既可以为上压头滚轮3的摆动预留出足够的空间，还可以保证上压头滚轮3摆动的稳定性，以保证滚压过程的稳定性；
下压头导轮4中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮4的旋转中心之间有偏心量e，即下压头导轮4中内径和外径的中心线与两轴肩外圆的中心线之间有一定的偏心量e，且偏心量e的取值为下压头滚轮17在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一，为了保证下压头滚轮17能够正常摆动，下压头导轮4的轮毂中与下压头滚轮17配合处的厚度，沿下压头导轮4的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个下压头滚轮17在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍，这种结构形式既可以为下压头滚轮17的摆动预留出足够的空间，还可以保证下压头滚轮17摆动的稳定性，以保证滚压过程的稳定性。
[0029]进行曲轴2的滚压作业时，先将曲轴2的左侧法兰端与滚压机床的床头箱相连，用卡盘(或其它夹紧方式)夹紧，再用机床顶尖顶紧曲轴2小头端的中心孔，将上滚压头和下滚压头分别安装在上下夹钳上，用上滚压头和下滚压头夹紧曲轴2的圆角，开动机床即可对曲轴2进行滚压加工。
[0030]三组滚轮的滚压原理相同，既保证了滚轮的摆动滚压，又保证了滚压过程的稳定性和高生产效率，图5中上压头导轮I和上压头滚轮3的两个极限位置分别用实线和双点划线标示出。
[0031]滚压时，曲轴2旋转带动上压头滚轮3 (共两个滚轮)和两组下压头滚轮17 (共四个滚轮)在45°?60°范围内摆动滚压，使得滚压圆角光亮饱满，塑性变形带较现有技术增力口，而且滚压圈数仅为现有技术的三分之一，滚压效率较现有技术提高了三倍以上，有效地解决了曲轴2的圆角滚压后疲劳强度提高有限和滚压效率低的问题，可减少滚压机床的数量，并且滚压过程稳定。经滚压后的曲轴2的疲劳强度可提高80%以上，达到了比较理想的目标值。
[0032]滚压后曲轴2的疲劳强度的试验方法采用中华人民共和国气车行业标准中汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法(QC/T 637-2000)。
[0033]本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明并不仅限于上述【具体实施方式】，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种曲轴摆动滚压装置，它包括上滚压头和下滚压头，所述上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，所述上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，上压头滚轮保持架与上压头导轮之间安装有一组上压头滚轮，其特征是:所述下滚压头包括下滚压体和下压头导轮，所述下滚压体上设置有下压头滚轮保持架，下压头滚轮保持架与下压头导轮之间安装有下压头滚轮；所述上压头滚轮和下压头滚轮与曲轴之间的摆动滚压角为α。
2.根据权利要求1所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述下压头导轮的数量为两个，所述下滚压体上设置有两组下压头滚轮保持架，所述下压头滚轮保持架与相应的下压头导轮之间分别安装有一组下压头滚轮，且上压头滚轮和下压头滚轮与曲轴之间的摆动滚压角α的取值范围为45°?60°。
3.根据权利要求1或2所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上压头导轮和下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。
4.根据权利要求3所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与上压头导轮的旋转中心之间有偏心量e，且偏心量e的取值为上压头滚轮在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一。
5.根据权利要求4所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上压头导轮的轮毂中与上压头滚轮配合处的厚度，沿上压头导轮的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个上压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
6.根据权利要求3所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述下压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮的旋转中心之间有偏心量e，且偏心量e的取值为下压头滚轮在摆动滚压角α内径向摆动距离的二分之一。
7.根据权利要求6所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述下压头导轮的轮毂中与下压头滚轮配合处的厚度，沿下压头导轮的圆周方向由最大值I2向最小值I1连续过渡，且最大值I2与最小值I1之间的差值为单个下压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
8.根据权利要求2所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上滚压头和下滚压头中三组滚轮之间的夹角为120°。
9.根据权利要求2所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上压头滚轮包括两个对称安装的滚轮，两组下压头滚轮分别包括两个对称安装的滚轮；所述上压头滚轮分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合，所述下压头滚轮分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合。
10.根据权利要求1或2所述的曲轴摆动滚压装置，其特征是:所述上滚压体上安装有上压头芯轴，所述上压头导轮通过上压头滚针轴承安装在上压头芯轴上；所述下滚压体上安装有下压头芯轴，所述下压头导轮通过下压头滚针轴承安装在下压头芯轴上。
【文档编号】B23P9/02GK104259737SQ201410388331
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】张立平, 李海国, 赵小立 申请人:滨州海得曲轴有限责任公司