基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法技术

本发明专利技术公开一种基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法，包括：步骤一，建立大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型，然后通过将工艺预测模型的计算结果与圆角滚压矫直机床的现场实验结果进行对比，验证模型的可靠性与准确性；步骤二，在确定大型曲轴和滚压轮的几何参数后，通过指定滚压力、滚压角度范围、被滚压的轴颈，代入工艺预测模型中，即可计算出大型曲轴在滚压角度范围滚压矫后各主轴颈的跳动量大小和方向。本发明专利技术用简明扼要的方法建立大型曲轴圆角滚压强化/矫直工艺预测模型，进而快速计算出大型曲轴在滚压矫后各主轴颈的跳动量，对推动我国大型曲轴制造技术的进步、增强国内企业在该领域的核心竞争力具有重要意义。力具有重要意义。力具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法


[0001]本专利技术属于大型曲轴圆角滚压强化/矫直复合成形加工工艺
，具体涉及了一种基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法。

技术介绍

[0002]随着汽车、工程机械和海洋产业的发展，我国柴油动力装置在缸径小于200mm、曲轴长度小于1.6m(中小型曲轴)，以及缸径大于400mm、曲轴长度大于8m(特大型曲轴)两个领域均取得了长足的进步，使我国成为世界上少数能够生产特大型曲轴的国家之一。大型曲轴一般指长度1.6m～8m的曲轴，其中1.6m～4m曲轴主要装载于缸径为150mm～200mm的四冲程高速柴油机，功率范围1000KW～4000KW，主要应用于陆用大型发电机组(工厂、医院、数据中心备用发电、煤矿、沼气电站)、大型工程机械(油田钻机、页岩油压裂车、矿产设备)、内燃机车，船舶发动机(中型船舶主机、大型船舶辅机)；4m～8m曲轴主要装载于缸径为200mm～400mm的四冲程中速柴油机，功率范围2000KW～10000KW，主要应用于船舶主机、辅机、大型陆用电站如核电备用电站。1.6m～8m大型曲轴的工艺设计、质量控制、生产装备等比中小型曲轴复杂，又区别于特大型曲轴半组合分段拼接式加工结构、小批量的生产模式，国内目前只有少数公司具备大型曲轴的生产能力。
[0003]大型曲轴作为船舶柴油机的关键零部件，把活塞的往复运动通过连杆变成回转运动，起到传递动力和扭矩的作用，同时也起到支撑其他传动零件的作用，可见曲轴的工作条件比较苛刻，受力复杂，并随着转角和负荷时刻变化，不仅承受着交变应力，还遭受着快速磨损，所以对其加工精度要求较高，但大型曲轴在生产流程中因中频淬火后残余应力的释放会导致大型曲轴各主轴颈在加工过程中产生弯曲变形缺陷，导致曲轴轴颈的跳动量不满足要求。
[0004]由于上述缺陷的存在，所以需要对大型曲轴进行矫直处理。大型曲轴主要有压力矫直和圆角滚压强化/矫直两种方法，压力矫直容易产生矫后回弹，且容易破坏材料，因此，目前国内外普遍在大型曲轴制造过程中加入圆角滚压强化/矫直工艺实现大型曲轴的矫直，在提高大型曲轴强度和实现圆角有效强化的同时，保证轴颈的跳动满足工程要求。但由于国内企业基础研究投入较少，基础工艺和共性关键技术缺乏，工艺研发大量采用“试错法”，废品率高，研制周期长，特别是不掌握影响曲轴性能和可靠性的变形控制、应力释放等关键技术，所以对大型曲轴的研究在国际市场竞争中处于劣势，目前国内对曲轴的圆角滚压强化/矫直大都采用国外生产的机床，大型曲轴矫后跳动量是根据曲轴几何参数和工艺参数由机床里的专家系统确定，对其中的矫直机理我们并不太清楚，即如果国外对我们实行技术封锁，不提供技术支持，即便是我们拥有设备，也无能为力，而且经过调研，滚压矫直机床对大型曲轴的矫直效果也不太理想，故急切需要对控制大型曲轴轴颈弯曲变形跳动量的滚压强化/矫直工艺进行研究，深入研究矫直关键技术，不断探索大型曲轴矫直规律，确定矫后跳动量与大型曲轴几何参数和圆角滚压强化/矫直工艺参数的关系，建立大型曲轴圆角滚压强化/矫直数学模型。夏链等在分析了圆角滚压强化/矫直曲轴独特的优越性的基
础上，通过建立数学模型推导定量描述了滚压力与跳动量之间的非线性耦合关系；鲍中美在通过引入变形矢量建立曲轴圆角滚压强化/矫直数学模型，将曲轴圆角滚压强化/矫直后的跳动量等效为变形矢量的模，轴心到最大跳动量的点的连线所指方向为变形矢量方向，将反弯量等效为校正矢量，方向与变形矢量相同，确定滚压参量与矫后跳动量之间的耦合关系；刘世权在通过建立曲轴圆角滚压强化/矫直当量圆柱力学模型，深入分析滚压强化过程中圆角处应力分布和塑形变形情况，探讨圆角处的塑形变形与应力关系，以及加载载荷与其应力的关系，从宏观角度推导出圆角滚压强化/矫直工艺中滚压力加载范围的理论计算公式；这些研究都比较单一，大部分只涉及滚压力这一局部工艺参数与矫后跳动量的关系，这与本专利技术专利的研究重点差异较大。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中改善大型曲轴中频淬火后轴颈弯曲变形缺陷的圆角滚压强化/矫直工艺所存在的缺陷，为了能够更有效、更精确确定矫后跳动量以及提高大型曲轴服役时的疲劳寿命，同时分析大型曲轴的几何参数以及圆角滚压/强化矫直工艺参数之间的映射关系，本专利技术提供了一种基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，建立大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型，然后通过将大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型的计算结果与圆角滚压矫直机床的现场实验结果进行对比，验证模型的可靠性与准确性；
[0009]步骤二，在确定大型曲轴和滚压轮的几何参数后，通过指定滚压力、滚压角度范围、被滚压的轴颈，代入大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型中，即可计算出大型曲轴在滚压角度范围滚压矫后各主轴颈的跳动量大小和方向。
[0010]作为本专利技术进一步说明，所述大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型主要由任意滚压角度下曲柄臂偏转角与跳动量的空间几何模型、基于贝叶斯优化的SVM偏转角预测模型、滚压角度范围与主轴颈矫后跳动量耦合模型三部分构成。
[0011]作为本专利技术进一步说明，所述大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型的计算流程包括：
[0012]首先，选定某型16V大型曲轴并获取该16V大型曲轴被滚压轴颈半径、轴颈长度、轴颈圆角半径，以及选定某大型曲轴圆角滚压矫直机床并获取该机床的滚压轮半径、每次滚压由机床专家系统给定的滚压力，将上述某型16V大型曲轴和某大型曲轴圆角滚压矫直机床的参数代入基于贝叶斯优化的SVM偏转角预测模型预测出曲柄臂偏转角；
[0013]其次，结合大型曲轴的几何参数通过任意滚压角度下曲柄臂偏转角与跳动量的空间几何模型计算出大型曲轴各主轴颈的在任意滚压角度下的跳动量；
[0014]第三，将大型曲轴在任意角度下滚压拓展为在滚压角度范围进行滚压，结合滚压角度范围与主轴颈矫后跳动量耦合模型确定大型曲轴在滚压强化/矫后各主轴颈的跳动大小和方向；
[0015]最后，通过将大型曲轴圆角滚压强化/矫直工艺预测模型的计算结果与实验结果进行对比，验证模型的可靠性与准确性。
[0016]作为本专利技术进一步说明，所述滚压角度范围与主轴颈矫后跳动量耦合模型主要是基于离散化思想，将滚压轮的滚压角度范围离散为N层，并在每层建立关于大型曲轴矫后跳动量大小和方向的n个非线性方程组，从优化求解角度出发，采用Matlab工具箱中的优化函数“fsolve”，对非线性方程组进行迭代优化求解，循环N次后，从而解析出大型曲轴的n个主轴颈中心的跳动量大小和方向。
[0017]本专利技术的优点：
[0018]本专利技术较为全面的概括滚压力、滚压角度范围、大型曲轴过渡圆角半径、轴颈长度、轴颈半径、滚压轮半径的矫后跳动量确定技术，用简明扼要的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，建立大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型，然后通过将大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型的计算结果与圆角滚压矫直机床的现场实验结果进行对比，验证模型的可靠性与准确性；步骤二，在确定大型曲轴和滚压轮的几何参数后，通过指定滚压力、滚压角度范围、被滚压的轴颈，代入大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型中，即可计算出大型曲轴在滚压角度范围滚压矫后各主轴颈的跳动量大小和方向。2.根据权利要求1所述的基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法，其特征在于：所述大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型主要由任意滚压角度下曲柄臂偏转角与跳动量的空间几何模型、基于贝叶斯优化的SVM偏转角预测模型、滚压角度范围与主轴颈矫后跳动量耦合模型三部分构成。3.根据权利要求2所述的基于工艺预测模型确定大型曲轴主轴颈矫后跳动量的方法，其特征在于：所述大型曲轴智能圆角滚压强化/矫直工艺预测模型的计算流程包括：首先，选定某型16V大型曲轴并获取该16V大型曲轴被滚压轴颈半径、轴颈长度、轴颈圆角半径，以及选定某大型曲轴圆角滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：易丽群，罗远新，曹锋，郑奇峰，何先佳，毛晓峰，邓诗贵，
申请(专利权)人：桂林福达阿尔芬大型曲轴有限公司，
类型：发明
国别省市：