第10期 2016年10月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)10007404
D0I:10.13462/j.cnki. mmtamt.2016.10.020
曲柄半径误差建模及影响因素研究
孟琦，姚振强，张雪萍1，韦佳珍2潘赐钰
No.10 Oct.2016
（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545027）
摘要：结合曲轴在加工过程中的综合受力，利用有限元仿真方法对曲轴各轴颈轴线在加工过程中的弹性变形进行了研究。根据随动磨削中曲轴及砂轮的运动情况，建立了曲轴曲柄率径误差分析模型，并通过MATLAB软件分析曲轴受力变化与曲轴曲柄半径缸间差异之间的影响关系。理论表明，增大顶尖力或减小磨削力有利于减小曲柄半径缸间差异。最后，通过验证实验证明了曲柄半径误差分析模型及理论分析的正确性。同时，考虑到磨削力变化对曲轴轴颈表面质量的影响，优先选择优化顶尖力以降低缸间差异的方法，
关键词：曲柄半径：误差建模；影响因素；优化方案
中图分类号：TH161；TG65
文献标识码：A
ResearchonErrorModelingandInfluenceFactors of CrankRadius
MENG Qi',YAO Zhen-qiang',ZHANG Xue-ping',WEI Jia-zhen’, PAN Ci-yu
(1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2. SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545027, China)
Abstract : Combining with the forces of crankshaft in the machining process, the elastic deformation in ma-chining of crankshaft journal axis has been studied with the finite element analysis. According to the motions of the crankshaft and grinding wheels, an error analysis model on crank radius of crankshaft has been built And the relationship between the change of force on crankshaft and the maximum difference between the four crank radiuses has been studied with MATLAB. The conclusion indicates that both the increase of the top force and the decrease of the grinding force can reduce the maximum difference between the four crank radi-uses. Finally, the model and the theoretical calculation results are validated by the experiment. At the same time, considering the influence of the chance of grinding force on the surface quality of crankshaft, the scheme of optimizing the top force should be the first choice.
Key words: crank radius; error modeling; influence factors; prioritization scheme
0引言
曲轴是发动机的关键部件之一，其加工质量直接影响到发动机的压缩比及摩擦功等性能。曲柄半径是影响发动机压缩比的关键尺寸之一，其尺寸波动是引起压缩比波动的重要因素[1]。曲轴的加工主要包括粗车主轴颈、粗铣连杆颈、精磨主轴颈及连杆颈、抛光、清洗等[2]。其中精磨主轴颈及连杆颈是决定曲柄半径精度的关键工序。曲轴形状复杂，刚性差，沿圆周方向及长度方向的刚度各不相同。这将导致加工过程中在曲轴各方向上产生大小不一的弹性变形，不仅影响曲轴单拐的加工形状及加工精度，同时对于不同拐之间的差异也有显著影响。因此，研究精加工过程申曲柄半径缸间差异与曲轴受力变形之间的影响关系，对于提
收稿日期：2015-11-23；修回日期：2015-12-14
高曲轴加工质量、提升发动机性能具有重要意义。
在曲轴的加工中，影响加工精度的因素有很多。丁利强等分析了磨削加工过程对四缸曲轴主轴颈加工精度的影响规律，提出了通过减小加工弹性变形从而降低磨削加工误差和提高曲轴磨削精度的工艺控制方法[3。杨宪等研究了中心支架压力和顶尖力对曲轴主轴颈直径、圆度和圆跳动的影响4；田应仲分析了影响曲轴连杆颈随动磨削精度的因素，并对机床伺服跟踪误差、砂轮磨损等因素对连杆颈磨削精度的影响进行了理论分析15]；但以上的研究主要针对于曲轴直径、圆度、圆跳动等进行分析，对于曲柄半径等位置尺寸研究较少。
本文以某厂生产的四缸曲轴为研究对象，运用有限元方法分析加工过程中曲轴的弹性变形，并通过理
*基金项目：汽车发动机制造精度控制的"两微米"工程（2012BAF06B03）
作者简务秀数据0—），男，江苏徐州人，上海交通大学硕士研究生，研究方向为精密加工，（E-mail)wuhui1015@126.com