專利名稱：曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種曲軸非圓跟蹤磨削加工磨削力變形計(jì)算方法，特別是一種曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
曲軸由于結(jié)構(gòu)形狀的原因，不同方向上的剛度各不相同，如不做補(bǔ)償進(jìn)行磨削控制將導(dǎo)致工件圓度誤差。由于曲軸磨削過程中，磨削力的方向隨著切點(diǎn)的變化而變化，因此，磨削過程中，不同位置不僅剛度不同，所受的磨削力也不同，變形誤差也不相同，為了準(zhǔn)確計(jì)算曲軸不同磨削點(diǎn)上的補(bǔ)償量，必須建立曲軸較準(zhǔn)確的剛度模型，以便計(jì)算出曲軸磨削過程中不同點(diǎn)的變形誤差，進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法，可計(jì)算出曲軸磨削過程中不同點(diǎn)的變形誤差，以便于進(jìn)行補(bǔ)償。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是采用曲軸連桿頸表面上相互垂直的四個(gè)點(diǎn)受指向連桿中心的力作用時(shí)的剛度，按照力的分解與合成原理計(jì)算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時(shí)的磨削點(diǎn)半徑方向的受力變形。
為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先作如下的原理推導(dǎo)曲軸磨削過程中的變形情況如圖1，建立以O(shè)為原點(diǎn)OOW為X軸的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)曲軸進(jìn)行受力分析。則對(duì)曲軸連桿頸任意的磨削力，通過平移、分解可轉(zhuǎn)換成作用于OW點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的作用力FX、FY及力矩M1為FX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRwφ=ωwt=α+arcsin(RsinαRs+Rw)]]>式中φ為曲軸連桿頸中心轉(zhuǎn)角。Fn為法向磨削力，F(xiàn)t為切向磨削力，Rw中連桿頸半徑。
α為曲軸回轉(zhuǎn)中心O與連桿頸中心Ow的連線OOw和曲軸回轉(zhuǎn)中心與砂輪中心Os連線OOs的夾角，β為OsOw和OOs的夾角，X為OOs的距離，R為OOw的距離，Rs為砂輪半徑，ωw磨削切點(diǎn)沿連桿頸表面運(yùn)動(dòng)的角速度(線速度為ωwRw)，ωα為α變化的角速度，ΔR為曲軸連桿頸半徑的偏差補(bǔ)償量。
因此，只要測出受X、Y方向力及力矩M1作用時(shí)，曲軸的剛度系數(shù)即可通過力的分解與合成求出連桿頸中心Ow的X、Y兩個(gè)方向的受力變形。由于曲軸剛度不同，曲軸不僅受X方向力作用時(shí)，連桿頸半徑方向的變形量并不相同，而且曲軸受X正方向力作用連桿頸半徑方向產(chǎn)生的變形，與受X負(fù)方向力作用產(chǎn)生的變形并不相同，同樣，曲軸受Y正方向力作用連桿頸半徑方向產(chǎn)生的變形，與受Y負(fù)方向力作用產(chǎn)生的變形并不相同。
分別測量曲軸連桿頸Ow點(diǎn)受X正、X負(fù)、Y正、Y負(fù)力及Ow受力偶矩作用時(shí)的剛度系數(shù)，即圖1中，Q1、Q2、Q3、Q4受指向Ow點(diǎn)力作用時(shí)的剛度系數(shù)與力偶矩作用時(shí)的X、Y方向的剛度系數(shù)。則任意角度的變形量為ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中KXX、KXY為Ow點(diǎn)受X方向力作用時(shí)X方向和Y方向的剛度系數(shù)，KYX、KYY為Ow點(diǎn)受Y方向力作用時(shí)X方向和Y方向的剛度系數(shù)，KMX、KMY為Ow點(diǎn)受力偶矩作用時(shí)X方向和Y方向的剛度系數(shù)。當(dāng)X方向的力為正X方向時(shí)，KXX、KXY對(duì)應(yīng)Q3點(diǎn)的剛度系數(shù)，當(dāng)X方向的力為負(fù)X方向時(shí)，KXX、KXY對(duì)應(yīng)Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)。
當(dāng)Y方向的力為正Y方向時(shí)，KYX、KYY對(duì)應(yīng)Q4點(diǎn)的剛度系數(shù)，當(dāng)Y方向的力為負(fù)Y方向時(shí)，KYX、KYY對(duì)應(yīng)Q2點(diǎn)的剛度系數(shù)。
KMX、KMY一般加工過程切向力主方向不變，只要根據(jù)方向測一個(gè)方向即可。
則連桿頸半徑方向的變形量計(jì)算公式為ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思及原理推導(dǎo)，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法，其特征在于以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個(gè)點(diǎn)的剛度，計(jì)算曲軸加工或應(yīng)用中受任意力作用時(shí)的變形量，具體計(jì)算步驟如下a.將法向磨削力及切向磨削力作為輸入量；b.通過平移、分解，將磨削力按照以下公式轉(zhuǎn)換為作用于連桿頸中心OW點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉(zhuǎn)角，α-曲軸回轉(zhuǎn)中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉(zhuǎn)中心與砂輪中心Os連線OOs的夾角，R-所述的OOs的距離，Rs-砂輪半徑，Rw-連桿頸半徑，F(xiàn)n-法向磨削力，F(xiàn)t-切向磨削力；c.根據(jù)FX、FY的正負(fù)方向選擇四點(diǎn)中相應(yīng)兩點(diǎn)的剛度進(jìn)行計(jì)算當(dāng)X方向受力的X正方向時(shí)，即FX＞0時(shí)，選擇Q3點(diǎn)的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當(dāng)X方向受力為X反方向時(shí)，即FX＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。當(dāng)Y方向受力為Y正方向時(shí)，即FY＞0時(shí)，選擇Q4點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當(dāng)Y方向受力為Y反方向時(shí)，即FY＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。
d.根據(jù)以下公式分別求得X、Y方向上的變形量ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow點(diǎn)變x方向力作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點(diǎn)受x方向力作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)。
e.最后按下列公式計(jì)算，即可求得連桿頸半徑方向的變形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用曲軸連桿頸表面相互垂直的四個(gè)點(diǎn)受指向連桿中心的力作用時(shí)的剛度，按照力的分解與合成原理計(jì)算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時(shí)的磨削點(diǎn)半徑方向的受力變形，也就準(zhǔn)確給出曲軸不同磨削點(diǎn)所需的磨削補(bǔ)償量，以便于加工過程中進(jìn)行補(bǔ)償。


圖1是本發(fā)明的曲軸連桿頸受力原理圖。
圖2是本發(fā)明曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算程序框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，本曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法是以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個(gè)點(diǎn)的剛度，計(jì)算曲軸加工或應(yīng)用中受任意力作用時(shí)的變形量，具體計(jì)算步驟如下(1)將法向磨削力及切向磨削力作為輸入量；(2)通過平移、分解，將磨削力按照以下公式轉(zhuǎn)換為作用于連桿頸中心OW點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉(zhuǎn)角，α-曲軸回轉(zhuǎn)中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉(zhuǎn)中心與砂輪中心Os連線OOs的夾角，R-所述的OOs的距離，Rs-砂輪半徑，Rw-連桿頸半徑，F(xiàn)n-法向磨削力，F(xiàn)t-切向磨削力；(3)根據(jù)FX、FY的正負(fù)方向選擇四點(diǎn)中相應(yīng)兩點(diǎn)的剛度進(jìn)行計(jì)算當(dāng)X方向受力的X正方向時(shí)，即FX＞0時(shí)，選擇Q3點(diǎn)的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當(dāng)X方向受力為X反方向時(shí)，即FX＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。當(dāng)Y方向受力為Y正方向時(shí)，即FY＞0時(shí)，選擇Q4點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當(dāng)Y方向受力為Y反方向時(shí)，即FY＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。
(4)根據(jù)以下公式分別求得X、Y方向上的變形量
ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow點(diǎn)變x方向力作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點(diǎn)受x方向力作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)。
(5)最后按下列公式計(jì)算，即可求得連桿頸半徑方向的變形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>實(shí)際具體計(jì)算時(shí)，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算程序如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法，其特征在于以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個(gè)點(diǎn)的剛度，計(jì)算曲軸加工或應(yīng)用中受任意力作用時(shí)的變形量，具體計(jì)算步驟如下a.將法向磨削力及切向磨削力作為輸入量；b.通過平移、分解，將磨削力按照以下公式轉(zhuǎn)換為作用于連桿頸中心Ow點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉(zhuǎn)角，α-曲軸回轉(zhuǎn)中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉(zhuǎn)中心與砂輪中心Os連線OOs的夾角，R-所述的OOs的距離，Rs-砂輪半徑，Rw-連桿頸半徑，F(xiàn)n-法向磨削力，F(xiàn)t-切向磨削力；c.根據(jù)FX、FY的正負(fù)方向選擇四點(diǎn)中相應(yīng)兩點(diǎn)的剛度進(jìn)行計(jì)算當(dāng)X方向受力的X正方向時(shí)，即FX＞0時(shí)，選擇Q3點(diǎn)的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當(dāng)X方向受力為X反方向時(shí)，即FX＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KXX＝K1XX，KXY＝K1XY)。當(dāng)Y方向受力為Y正方向時(shí)，即FY＞0時(shí)，選擇Q4點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當(dāng)Y方向受力為Y反方向時(shí)，即FY＜0時(shí)，選擇Q1點(diǎn)的剛度系數(shù)(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。d.根據(jù)以下公式分別求得X、Y方向上的變形量ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow點(diǎn)變x方向力作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點(diǎn)受x方向力作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點(diǎn)受偶矩作用時(shí)y方向的剛度系數(shù)。e.最后按下列公式計(jì)算，即可求得連桿頸半徑方向的變形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種曲軸非圓磨削四點(diǎn)剛度受力變形計(jì)算方法。它是采用曲軸連桿頸表面上相互垂直的四個(gè)點(diǎn)受指向連桿中心的力作用時(shí)的剛度，按照力的分解和合成原理，計(jì)算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時(shí)的磨削點(diǎn)半徑方向的受力變形。這就準(zhǔn)確給出曲軸不同磨削點(diǎn)所需的磨削補(bǔ)償量，以便于加工過程中進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1851688SQ200610026948
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者吳鋼華, 何永義, 姚俊, 沈南燕 申請(qǐng)人:上海大學(xué)