專利名稱：：曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種參數(shù)的確定方法，特別涉及一種曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法。
背景技術(shù)：
：大型船用曲軸的精加工采用帶回轉(zhuǎn)中心架的專用曲軸機床，通過精加工使曲軸達到設計圖紙的尺寸形位公差要求，曲軸軸線平直。但是，由于曲軸很長，彎頭多形狀復雜，剛性差，在重力、回轉(zhuǎn)離心力和支撐等的作用下容易產(chǎn)生復雜的繞曲變形。這種非常復雜的繞曲變形同待加工曲軸本身存在的各種尺寸和形位偏差(例如曲軸主軸頸外圓的橢圓度與不圓度、曲軸軸頸的軸線間不同心等)相互混合，使得具有多中心支撐架的曲軸精加工調(diào)整極為復雜，成為世界難題。目前，在曲軸精加工調(diào)校過程中通常僅能獲得曲柄拐檔差變化的測量數(shù)據(jù)，曲軸精加工時的調(diào)校是根據(jù)曲柄拐檔差變化數(shù)據(jù)，憑技術(shù)人員經(jīng)驗，通過人工方式進行，隨意性很大。一般一根曲軸的調(diào)校和精加工快也需要1~2周，慢則需要23個月，生產(chǎn)效率很低。有時甚至加工到了極限尺寸還沒有達到圖紙的尺寸形位公差要求，而只能報廢，造成重大經(jīng)濟損失。隨著全球市場競爭日趨激烈，要求盡可能減少曲軸精加工時間，因此，急需快速、準確地確定船用曲軸精加工的影響參數(shù)，用新的曲軸精加工的影響參數(shù)的確定方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種特別適宜在現(xiàn)代廣泛應用的實時處理器或PC機上使用的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，能快速準確地為船用曲軸精加工提供技術(shù)意見，以提高曲軸精加工效率和加工質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用一種曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，具體步驟如下首先，根據(jù)曲軸加工車床中心支撐架的高低位置參數(shù)、曲軸本身可能存在的尺寸和形位偏差參數(shù)、曲軸自重導致的曲軸變形參數(shù)及曲軸旋轉(zhuǎn)離心力導致的曲軸變形參數(shù)確定曲軸精加工參數(shù)；其次，選擇支撐異常、曲軸自重和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為影響曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)；進而，將支撐異常、曲軸自重和分別作為邊界條件加載在已有的計算機曲軸仿真模型上；最后，對在每種邊界條件下以有限元仿真分析的方法進行實驗和分析，從而獲得各種加載條件下曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)，即曲軸精加工仿真分析參數(shù)。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述確定曲軸精加工參數(shù)是在曲軸調(diào)校過程中參考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐檔差變化測量值。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述曲軸仿真模型是按照曲軸的固定端外形尺寸、主軸頸外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐數(shù)在計算機上建立的有限元仿真模型。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述的支撐異常為相應曲拐支撐位置上的強制向上位移，其可以等效為曲軸專用車床中心支撐架支撐抬高、曲軸主軸頸外圓的橢圓度和不圓度及曲軸主軸頸軸線不同心；所述曲軸自重為曲軸在重力的作用下向下彎曲；所述曲軸旋轉(zhuǎn)離心力為曲軸在車削過程中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)離心力，由旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的曲軸變形將在360°圓周方向均向外彎曲。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述在加載支撐異常作為邊界條件仿真分析時，假設沒有重力和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述在加載曲軸重力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。上述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其中，所述在加載曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸重力作用。本發(fā)明的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對曲軸精加工工藝及其技術(shù)進行全面的試驗和分析，定量地試驗和研究各種影響因素對曲軸變形和調(diào)校的影響，找出其中的關(guān)聯(lián)規(guī)律，為曲軸精加工的調(diào)校和加工工藝提出指導意見，優(yōu)化加工工藝，提高曲軸精加工效率和加工質(zhì)量，提高曲軸專用車床的使用效率，降低制造成本。圖l是曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是曲軸的側(cè)視圖3為曲軸旋轉(zhuǎn)速度co二6deg/sec時，離心力對各曲拐甩檔的影響的曲線圖4為曲軸旋轉(zhuǎn)速度"變化時，離心力對各曲拐甩檔的影響的曲線圖；圖3和圖4中的1~6表示圖1和圖2中的1~6曲拐的開檔間距變化曲線。具體實施例方式請參閱圖l及圖2，曲軸由六個曲拐16和八個連接曲拐的主軸頸AH組成，各個曲拐的大小尺寸相同，八個主軸頸分別位于每個相鄰曲拐之間及曲拐1的外端及曲拐6的外端，經(jīng)有限元分析模型網(wǎng)格劃分成曲軸的有限元分析模型。本發(fā)明所提供的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，包括下列步驟第一，根據(jù)曲軸加工車床中心支撐架的高低位置參數(shù)、曲軸本身可能存在的尺寸和形位偏差參數(shù)、曲軸自重導致的曲軸變形參數(shù)及曲軸旋轉(zhuǎn)離心力導致的曲軸變形參數(shù)并在曲軸調(diào)校過程中參考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐檔差變化測量值確定曲軸精加工參數(shù)。第二，選擇支撐異常、曲軸自重和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為影響曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)，所述支撐異常為相應曲拐支撐位置上的強制向上位移，其可以等效為曲軸專用車床中心支撐架支撐抬高、曲軸主軸頸外圓的橢圓度和不圓度及曲軸主軸頸軸線不同心；所述曲軸自重為曲軸在重力的作用下向下彎曲；所述曲軸旋轉(zhuǎn)離心力為曲軸在車削過程中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)離心力，由旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的曲軸變形將在360。圓周方向均向外彎曲。第三，將支撐異常、曲軸自重和分別作為邊界條件加載在己有的計算機曲軸仿真模型上，曲軸仿真模型是按照曲軸的固定端外形尺寸、主軸頸外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐數(shù)在計算機上建立的有限元仿真模型。最后，對在每種邊界條件下以有限元仿真分析的方法進行實驗和分析，從而獲得各種加載條件下曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)，即曲軸精加工仿真分析參數(shù)。(1)獲得的在支撐異常仿真分析結(jié)果如下在表1至表4中分別列出了如圖1所示的曲軸在0°、90°、180°和270。位置時(如圖2所示)，某個支撐有異常升高一個單位時，各個曲拐在開檔處和曲柄銷處的軸向位移的變化值。曲拐編號如圖l所示，表中開檔l即l號曲拐的開檔處的軸向位移變化；正號表示軸向距離加大，負號表示軸向距離減??；支撐作用在主軸頸處，支撐異常位移值取向上為正。在加載支撐異常作為邊界條件仿真分析時，假設沒有重力和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。表lO度時各個曲拐在開檔處和曲柄銷處的軸向位移變形系數(shù)k0ij<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3180度時各個曲拐在開檔處和曲柄銷處的軸向位移的變化系數(shù)1d80ij<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4270度時各個曲拐在開檔處和曲柄銷處的軸向位移的變化系數(shù)k270ij<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由仿真分析可見，支撐異常對曲拐開檔距離變化的影響，主要反映在同異常支撐臨近的曲拐開檔距離變化，對遠離異常支撐的開檔距離變化很小。(2)獲得的曲軸重力作用仿真分析結(jié)果如下表5中列出了在曲軸重力作用下，曲軸在0°、90°、180°和270°位置時(如圖2所示)各個測量點處的軸向變形值。在加載曲軸重力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。表5重力影響下變形值表(um)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表5可見，曲軸自重對曲軸變形和開檔距離變化的影響較小，大約在14"m范圍。(3)獲得的在旋轉(zhuǎn)離心力對曲拐開檔變形影響仿真分析結(jié)果如下根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，曲軸在調(diào)校時，曲軸的轉(zhuǎn)速大約在每分鐘1轉(zhuǎn)左右，即"=6deg/sec。取旋轉(zhuǎn)角速度為"二6deg/sec(n-1.0rpm)，通過數(shù)值仿真獲得各開檔間距在不同角度的變化值，如圖3所示。在不同的曲軸角速度"下，各開檔間距的變化值，如圖4所示。在加載曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸重力作用。由圖2和圖3可以見(1)曲軸調(diào)校時，曲拐開檔由于曲軸旋轉(zhuǎn)導致的變化很小，最大開檔間距的變化值僅為2.1X10-5mm可以忽略不計；(2)在不同的旋轉(zhuǎn)角度下，由于旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的各開檔間距的變化值是相同的，這同重力和中心支撐架支撐的影響不同；(3)因為離心力與角速度co是非線性關(guān)系，所以角速度co與曲拐開檔的相互關(guān)系也呈非線性，由圖3可見，隨著角速度"加大，離心力對各曲拐開檔變形的影響越來越大，呈現(xiàn)加速增大的趨勢。綜上所述，本發(fā)明對曲軸精加工參數(shù)進行仿真分析，可以獲得以下結(jié)論導致支撐異常的主要因素有兩個方面，即中心支撐架位置和曲軸本身的尺寸形位偏差。分析比較這兩種支撐異常因素對曲拐開檔距離變化的影響，可以發(fā)現(xiàn)兩者對不同角度曲拐開檔距離變化的影響是不同的(1)對由于支撐架原因?qū)е碌闹萎惓?抬高)情況，支撐抬高現(xiàn)象同曲軸旋轉(zhuǎn)角度無關(guān)，曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)應該始終出現(xiàn)相同的支撐抬高值。以線形分析結(jié)果為例，參見表1表4，此時曲拐開檔間距變化，在垂直方向(0°和180°)和水平方向(90°和270°)，開檔間距變化絕對值基本相同，但是方向相反。(2)對由于曲軸形位偏差(例如軸頸不圓度，軸頸軸線不對中等)造成的支撐異常(抬高)，曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)產(chǎn)生的支撐抬高量是不同的。此時，在對稱位置產(chǎn)生的曲拐開檔間距變化絕對值也有較大差別。還可以通過分析旋轉(zhuǎn)曲軸一圈(360度)相鄰曲拐開檔間距變化值，區(qū)分支撐異常是由于車床中心支撐架抬高，還是軸頸圓度或者軸頸軸線不對中。進-一步分析不同角度曲拐開檔間距變化值，可以估算支撐異常量和形位偏差量。權(quán)利要求1.一種曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，首先，根據(jù)曲軸加工車床中心支撐架的高低位置參數(shù)、曲軸本身可能存在的尺寸和形位偏差參數(shù)、曲軸自重導致的曲軸變形參數(shù)及曲軸旋轉(zhuǎn)離心力導致的曲軸變形參數(shù)確定曲軸精加工參數(shù)；其次，選擇支撐異常、曲軸自重和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為影響曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)；進而，將支撐異常、曲軸自重和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力分別作為邊界條件加載在已有的計算機曲軸仿真模型上；最后，對在每種邊界條件下以有限元仿真分析的方法進行實驗和分析，從而獲得各種加載條件下曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)，即曲軸精加工仿真分析參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述確定曲軸精加工參數(shù)是在曲軸調(diào)校過程中參考曲拐位于0°、90°、180°、270°下曲柄拐檔差變化測量值。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述曲軸仿真模型是按照曲軸的固定端外形尺寸、主軸頸外形尺寸、曲拐外形尺寸、自由端尺寸及曲拐數(shù)在計算機上建立的有限元仿真模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述的支撐異常為相應曲拐支撐位置上的強制向上位移，其可以等效為曲軸專用車床中心支撐架支撐抬高、曲軸主軸頸外圓的橢圓度和不圓度及曲軸主軸頸軸線不同心；所述曲軸自重為曲軸在重力的作用下向下彎曲；所述曲軸旋轉(zhuǎn)離心力為曲軸在車削過程中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)離心力，由旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的曲軸變形將在360°圓周方向均向外彎曲。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述在加載支撐異常作為邊界條件仿真分析時，假設沒有重力和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述在加載曲軸重力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作用。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述在加載曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為邊界條件仿真分析時，假設所有支撐點在一條直線上，不考慮曲軸重力作用。全文摘要本發(fā)明公開了一種曲軸精加工仿真分析參數(shù)的確定方法，根據(jù)曲軸加工車床中心支撐架的高低位置參數(shù)、曲軸本身可能存在的尺寸和形位偏差參數(shù)、曲軸自重導致的曲軸變形參數(shù)及曲軸旋轉(zhuǎn)離心力導致的曲軸變形參數(shù)確定曲軸精加工參數(shù)；選擇支撐異常、曲軸自重和曲軸旋轉(zhuǎn)離心力作為影響曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)；將上述參數(shù)分別作為邊界條件加載在已有的計算機曲軸仿真模型上；對在每種邊界條件下以有限元仿真分析的方法進行實驗和分析，從而獲得各種加載條件下曲軸變形和曲柄拐檔差變化的參數(shù)，即曲軸精加工仿真分析參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對曲軸精加工工藝及其技術(shù)進行全面的試驗和分析，為曲軸精加工的調(diào)校和加工工藝提出指導意見。文檔編號G06F17/50GK101192243SQ20061011865公開日2008年6月4日申請日期2006年11月22日優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日發(fā)明者張青雷,林堯武申請人:上海電氣集團股份有限公司;上海船用曲軸有限公司