轮轴设计

轮轴设计（精选11篇）

轮轴设计 篇1

1钻塔概述

钻塔是钻井设备的重要组成部分, 又被称为井架、塔架、钻架等。按其结构特点可分为四脚钻塔、三脚钻塔、A型钻塔以及桅杆。钻塔用于安放天车、悬挂游动滑车、大钩、体引器等, 以便提放钻进设备和工具、起下和存放钻杆、起下套管等。A型钻塔由塔身、地梁、起落架、副腿、天车构成, 钻塔塔身分段连接可在现场水平安装, 整体起放, 拆分运输方便。钻塔靠两侧对称主塔身受力, 且每段塔身都是封闭式结构, 载荷分布均匀, 副腿支撑钻塔整体稳定性, 使得A型钻塔无论是承载能力还是塔身稳定性上都有良好的表现。在钻塔使用的过程中, 游动滑车、大钩以及钻杆等装备都会直接将力作用于天车天轮轴上, 天轮轴也直接影响了钻塔的承载能力, 因此, 天轮轴的设计就十分重要。下面以17米A型管子钻塔承载20t的天轮轴为实例进行分析。

2钻塔天轮轴的设计与校验

2.1轴的结构设计根据钻塔的承载能力, 根据多年钻塔的设计经验, 初步确定轴的结构设计为:天车 (图1) 采用了3个滑轮, 根据天轮的宽度, 将天轮轴 (图2) 的长度定为412mm来进行轴径的计算, 最后材料选定为轴径90mm的45号钢。

2.2天轮轴的强度计算我们一般使用许用切应力计算;许用弯曲应力计算;安全系数校核计算这三种方法对轴的强度进行计算。这三种方法有着各自的特点:a许用切应力计算应用于我们要对轴径进行估算和结构设计的时候, 我们只需要知道转矩的大小, 便可初步估算出轴径的大致范围, 结构设计做出铺垫, 许用切应力计算方法简便, 但精度比较低。b许用弯曲应力计算在预先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数时应用居多。因此, 常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后, 画出轴的弯扭合成图, 然后计算危险截面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要的轴, 计算精度中等。c安全系数校核计算也要在结构设计后进行, 不仅要定出轴的各段直径, 而且要定出过度圆角、轴毂配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的轴, 计算精度较高。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度, 从而改善各薄弱环节, 有利于提高轴的疲劳强度。为了确保轴的安全性, 本项目对这三种计算方法逐个使用。

2.2.1许用弯曲应力计算 (1) 计算天轮受力。天轮组立与四轮滑车组构成了一组动定滑轮系统。根据钻塔的承载力为20t, 可计算出每个滑轮的承载力为6.67t。通过对动定滑轮系统进行分析可知, 天轮的最终受力为6.67t, 即:F=m·g=6.67×9.8×1000=65366 (N)

画天轮轴受力图:

(2) 计算支承反力。

(3) 画轴弯矩图。

最大弯矩为Mmax=16741666N·mm。

(4) 校核轴径。天轮轴材料选用45号钢调质处理, 查得:σB=647MPa, σS=373MPa, 由下列公式可求得疲劳极限:

2.2.2安全系数校核计算 (1) 判断危险截面。初步分析较大的应力集中在轴肩处, 故只需对轴肩处进行安全系数校核。

(3) 应力集中系数。因在承受最大弯矩的截面处, 过度圆角半径r=2.5mm, 由D/d=90/85≈1.12, r/d=2.5/8.5=0.029和σb=647MPa, 从圆角、环槽的有效应力集中系数kσ值表中查出 (用插值法) kσ=1.67。

表面状态系数由加工表面的表面状态系数β值表中查得β=0.93 (Ra=12.6μm, σB=647MPa)

尺寸系数由尺寸系数εσ=0.73 (按靠近应力集中处的最小直径Φ85查得)

(4) 安全系数。弯曲安全系数设为无限寿命, kN=1, 由公式

注:材料质地均匀、载荷与应力计算较精确时, 可取[S]=1.3~1.5。符合要求, 设计合理。

3应用效果

此天轮轴自应用于承载20t的天车上以来, 在内蒙古、陕西以及新疆等地区施工作业十几万米, 从未出现过问题, 该天轮轴以其稳定的承载能力, 耐用的品质, 得到了市场的认可, 同时也为我单位带来了良好的经济效益。

摘要：钻塔是钻探设备中的重要组成部分, 钻塔承载能力十分重要, 天轮轴的选取也成为钻塔设计的重要部分, 本文就天轮轴的设计进行了分析。

关键词：钻塔,天车,天轮轴,设计

轮轴设计 篇2

1、科学概念：在轮轴的轮上用力能够省力，轮越大越省力。

2、过程和方法：通过在轴不变、轮变大的轮轴上挂重物的实验分析，认识轮越大越省力。

3、情感、态度、价值观：在科学研究活动中能够与同学合作，积极参与实验、分析和调查。

【教学重点】经历探究在轮轴的轮上用力能够省力的规律过程。

【教学难点】引导学生在活动中发现轮轴省力原理。

【教学准备】

学生材料：

事先放抽屉：每组螺丝刀2把；事先下：轮轴研究记录表；

第一次领：水2瓶；（毛巾）

第二次领：小轮轴1个，支架1个、钩码1盒（注意打结、每盒放8个）；

第三次领：大轮圈1个。

老师材料：螺丝刀、学生材料一份、课件、演示台、水龙头。

材料放置：

【教学过程】

一、了解构造：

1、（出示水龙头）今天老师给你们带来一样东西，同学们请看，这是什么？现在水龙头是关着的，谁能上来将它拧开呢？你来试一试！

2、看来是很难将它拧开！老师再给你一样东西，把它们组合在一起，请你再来试一试！

4、（学生演示）哟！很容易就拧开了！与刚才相比，你有什么感觉呀？

5、这是为什么呢？让我们仔细观察一下水龙头上面的这个装置，它是由哪几部分组成的？每部分分别有什么特点？（课件出示水龙头，点击出示：轮和轴）

6、归纳：（课件点击出示）我们把像水龙头这样，轮子和轴固定在一起，可以转动的机械，叫做轮轴。让我们一起来读一遍。

7、在刚才的试验中，我们直接去拧轴，很难把水龙头拧开，但加上轮以后就很轻松了。看来轮轴里的学问还真不少，今天老师就和同学们一起来研究轮轴的秘密。板书：轮轴的秘密

二、玩螺丝刀：

（ 教师投影出示螺丝刀）同学们请看，这是什么？螺丝刀是轮轴吗？你是怎么知道的？（课件点击出现轮和轴）

（一）“比谁力气大”游戏

1、让我们来玩一玩螺丝刀吧！老师已经为每组准备了两把螺丝刀，请同学们以两人为一组，一个握住轮，一个握住轴，向相反的方向用力，比一比谁能取得胜利？比完后交换一下握的位置再比一比！（教师示范）开始吧！

2、交流：在玩的过程中你有什么发现吗？（握在轮上轻松取胜）这到底是为什么呢？

（二）“吊水瓶”游戏

1、我们还是继续来玩其他的游戏吧！我们用螺丝刀这个轮轴来吊起这瓶水，怎么玩呢？老师向大家介绍三种玩法！（出示课件）（边讲边演示）：

第一种玩法是把水系在螺丝刀的轴上，转动轮，把水吊起来。

第二种玩法是把水系在轮上，转动轴，把水吊起来。

第三种玩法还是把水系在轴上，在轮上用一块毛巾包起来，看老师是怎样裹毛巾的。

转动这个裹有毛巾的轮，把水吊起来；会玩吗？（演示叠毛巾的过程）

2、那么你觉得玩的.时候应注意哪些问题？

渗透握稳的方法：我们可以把系有水的一头放在桌面上，再转动，这样比较稳；渗透系线的方法：先留出一个线头，绕几圈把线头压住，这样系得比较牢！

老师还要作一个提醒：每位同学每种玩法都要玩一次！清楚了吗？

下面请各组材料员上台领取材料！

3、提醒：完成前面两种玩法的上来领取毛巾！

4、我看同学们都完成的差不多了！请把材料放中间，我们来交流一下！在玩的过程中你有什么发现吗？我们来给三种玩法从省力到费力来排排队！看来第一种玩法比第二种要省力多了。我们感受到把力用在轮上比较省力，把力用在轴上很费力，而在轮上加上毛巾，我们就会感到非常省力！（引导得出：转动轮省力，转动轴费力；）板书：省力、费力

三、轮轴原理研究：

1、这到底是为什么呢？下面我们进一步来研究轮轴！（课件出示）老师这里有一个轮轴，你知道它哪部分是轮？哪部分是轴吗？

2、（实物出示）我们就借用这个轮轴来进一步研究。现在老师要在这个轮轴的轮和轴上分别吊一个钩码。为了使防止钩码掉到地上，可将轮轴朝向盒子的内部！我请一位同学来帮忙！我先拿出系有线的钩码，把线头放进轮上的凹口中，在轮上绕几圈把头压住。接着用同样的方法在轴上再挂上一个方向相反的钩码。如果现在老师把手放掉，你能推测一下轮上和轴上的钩码会发生怎么样的变化？为什么？

3、同学们想自己来试一试吗？请各组材料员上台领取材料！

4、师生交流：都有结果了吗？（轮上的钩码往下掉、轴上的钩码往上升）同学们能不能把轮轴左右两边调平衡呢？开始吧！请各组记录员及时做好记录！（教师巡视指导）

5、已经调平衡的小组请把材料放中间坐好了，还没完成的小组因为时间关系也请停下来坐好了。现在老师要为这个轮轴加上一个轮圈，组合成一个新的轮轴，这个轮轴与刚才的轮轴相比，有什么相同和不同的地方吗？（轮变大了，轴是一样的）如果老师还在这个轮轴的轮上挂一个钩码，同学们还能把这个轮轴调平衡吗？请各组材料员上台领取材料！请记录员及时做好记录！（教师巡视指导）

6、都完成了吗？请同学们把材料放中间，我们来交流一下。

在轮没有扩大前，轮上挂一个钩码能与轴上的几个钩码保持平衡？轮上挂两个钩码能与轴上的几个钩码保持平衡？从这些数据中你发现了什么？

轮扩大后，轮上挂一个钩码能与轴上的几个钩码保持平衡？轮上挂两个钩码能与轴上的几个钩码保持平衡？

教师出示表格，板书学生汇报的数据。并追问：你们的结果能一样吗？从这些数据中，你发现了什么？你是怎么发现的。得出：轴不变，轮越大越省力。

板书：轴不变

越大越省力

7、如果老师再将这个轮轴的轮扩大，在轮上还是挂一个钩码，你能猜一下这个轴上需要挂几个钩码才能保持两边的平衡？（肯定不止3个，因为轮扩大了）

四、拓展整理：

1、现在谁能告诉大家，刚才在轮上加上毛巾为什么会感到很省力？

2、老师心中一直有个疑问：我们都知道汽车是很重的，而驾驶员却能很轻松的转动汽车的轮子，他靠的是什么呢？（课件出示图片）方向盘是轮轴码？

3、在我们周围还有哪些地方应用了轮轴？同学们可以交流一下！

4、课件交互分析：圆轮的自来水龙头、一字型的自来水龙头、门锁把手等。

（其实生活中的很多轮轴的轮，为了使用的方便都变形了，但不管怎样，他们的运动方式一般都是转动的。）

5、总结：生活当中的轮轴还有很多。有兴趣的同学可以去找一找，并思考

这些轮轴帮我们解决了哪些问题？（下课）

博格华纳的可变凸轮轴相位技术 篇3

“直列四缸发动机在全球发动机市场的占有率约为75%，预计未来7年内的新增车辆数量将超过1700万辆。我们全新的可变凸轮轴正时技术旨在为汽车制造商提供能够快速进入市场的定制化的可变凸轮正时系统（VCT）解决方案，以支持不断增长的小型化高效发动机的需求”，博格华纳摩斯链条的总裁兼总经理乔·法度尔（Joe Fad001）表示：“博格华纳模块化设计的可变凸轮相位技术使汽车制造商能够更灵活地选择最能满足其性能参数以及实现结构紧凑和简化安装的附加价值的相关配置。”

这一模块化设计支持各种的凸轮轴相位正时技术，包括凸轮扭矩驱动式（CTA）相位器和扭转辅助驱动式（TA）相位器，并配可选的中间位置锁定技术。每个相位器还采用集成的中心螺栓和滑阀结构，以满足更小的安装尺寸，且更容易安装。

博格华纳VCT产品总监DaveKaitschuck介绍：“可变气门正时技术通过调整进排气门角度和开合时间，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率。博格华纳拥有全系列产品：油压驱动式相位器Oil PressureActuated（OPA）Phasers、凸轮轴扭矩辅助式相位器Torsional Assist（TA）Phaser、凸轮轴扭矩驱动式相位器Cam Torque Actuated（CTA^TM），并均可和带中间锁止技术Middle Position Lock（MPL）相结合使用，这样允许更大的调节角度和更好的气流控制，从而提升了燃油经济性和效率。”

在博格华纳的全系列产品中，获有专利的凸轮轴扭矩驱动型相位器（CTA^TM）技术利用凸轮轴扭矩交替变化的能量不停开、关液压阀门来调整凸轮轴相位。通过减少机油损耗，提升功率及帮助实现发动机清洁燃烧来提升燃油经济性、改善排放。与传统的油压驱动型凸轮轴相位器相比，凸轮轴扭矩驱动型相位器（CTA）在更宽的发动机转速范围及温度范围下能以更快的调节速度工作，这样发动机能以更快的速度做出响应并在所有转速下更有效的运行。

由于常规可变气门相位系统初始相位是相位器的角行程范围的一端，因此发动机低温启动性能、标定策略往往受限于在设计可变正时系统时设计的调节角度。为了获得更好的发动机标定结果，博格华纳采用其获得专利的中间位置锁止技术，通过增加执行角度、并将中间位置设定为默认锁止位置，增加了凸轮轴的工作角度范围，这样允许更大的调节角度和更好的气流控制，从而提升了燃油经济性和效率。内置的故障保护装置可确保相位器在几乎任何可能的操作条件下返回至中间位置锁止，从而实现发动机的可靠启动。所有相位器还配备了集成的中心螺栓及滑阀，从而使设计更为紧凑，使用更少部件且易于安装。

轮轴设计 篇4

锚机是船舶配套机械的主要设备,主要作用是船载停泊时抵御风和水流作用在船体上的力,保持船位不变,船舶紧急制动,使船能够安全靠离码头。目前,锚机正朝大型化发展,承受的载荷也越来越大,可靠性要求也越来越高。而设计锚机主要靠经验公式和简单的力学模型进行计算,无法满足产品的升级和优化。

国内对锚机的结构已进行了相关的分析,如对锚机的基座、滚筒等进行了有限元分析[1~4]。本文以某船体的电动锚机的链轮轴为研究对象,利用UG建立链轮轴的三维实体模型,运用Ansys有限元分析软件对链轮轴进行仿真分析得出应力分布云图,并对链轮轴进行强度校核,为锚机的优化设计提供依据。

1 链轮轴的工作状态分析

图1(a)为链轮轴的示意图。该链轮轴通过E处键槽与大齿轮相连,实现动力的输入;C和G处通过双键槽并打四个螺纹孔安装固定牙嵌离合器,实现与D、F处的左右锚链轮的离合;左右锚链轮通过滑动轴承与链轮轴配合;左右卷筒在A和I处用键固定在轴上;B、H处为墙架,起支撑作用。可以进行不同的作业,搭上离合器,可以起锚,脱离离合器可以绞缆不起锚。

该锚机的技术参数如下:锚链直径Φ14mm,工作负荷10.9k N,起锚速度≥0.2m/s,过载拉力16.35k N,支持负载52.2k N,系缆负载8k N,系缆索直径Φ11mm,系缆速度≥0.2m/s,抛锚深度82.5m,锚重300kg。其中链轮轴的材料采用40Cr。

2 链轮轴的有限元模拟

2.1 链轮轴的实体模型

应用三维制图软件UG创建电动锚机的三维实体模型,通过草图、旋转、倒角、钻孔等特征进行绘制链轮轴,如图1(b)所示。

2.2 材料物性参数

该轴采用40Cr,弹性模量E=2×105M P a,密度p=7820kg/m3,泊松比μ=0.3,屈服极限σs=550MPa.

2.3 链轮轴的有限元网格划分

将UG中绘制的链轮轴图存为IGES格式,导入到Ansys中,对其进行有限元网格划分。

该零件为轴类零件,其断面是圆形,外表面是圆周面,所以选择三角形网格。

在进行有限元网格划分时,对一些不影响精度的因素如倒角、螺纹孔等进行了忽略不计,以简化模型。单元类型采用solid92单元,该单元为10节点四面体单元,具有二次位移函数,适应于不规则网格划分模型。

利用smartmesh,采用6级精度,进行自由网格划分,可以得到较好的网格质量。经过网格划分后的模型如图2所示。

2.4 载荷条件分析

锚机的受力状态分为两种情况,一种是刹车状态,一种是工作状态。锚机在工作状态下,分析时以左锚链轮和离合器合上进行受力分析校核(注:左右两个链轮不同时工作,链轮与绞筒也不同时工作,因此此状态为刹车时的最大工况),即D处链轮工作时的分析校核,链轮轴传递扭矩,承受锚链力和轴上径向力,其中卷筒、锚链轮等的自重忽略不计。

在工作状况下,作用在链轮节圆上的力即工作负载F1=10900N,与水平方向成20度夹角。作用在齿轮节圆上的切向力Ft=7317N,径向力Fr=2675N。齿轮啮合角为36度。扭矩T=1339Nm。

在刹车状态下,锚机没有扭矩作用,主要承受锚链力和刹车力(摩擦力)的作用,锚链轮与刹车装置的自重可以忽略不计,最大刹车力发生在锚链轮外端的刹车带上。锚链力的支持负载F支=52.2KN,刹车力的F2=4963N。

链轮轴在B、H处由墙架支撑,所以在支撑处得约束条件可以简化为:左端墙架B处的3个方向位移固定;右端墙架H处得横截面内2个方向位移固定。为了约束刚体位移,在H处的横截面边缘任取一点,要求该点的周线方向位移固定。轴的扭矩通过上下键槽的左右键槽面加到轴上,加载为均匀面力。链轮对链轮轴的作用力通过链轮与轴连接处得半周单元均匀加载实现。

3 机械应力分析结果及强度校核

经过建模、边界条件设定等,Ansys对链轮轴在静力条件下的应力状况进行了计算,得出不同工况下链轮轴的应力云图和应变图。

3.1 工作状态下疲劳强度校核分析

锚链轮工作在左侧,图3(a)为工作状态下的v o n M i s e s应力云图。通过分析可知,工作状态下作用在轴上的既有弯矩,又有扭矩,扭矩起着主导作用。在载荷作用下链轮轴的最大位移为0.24mm,位于E处偏右的位置,最大平均等效应力为187MPa,位于链轮轴C处键槽位置,此处为链轮与链轮轴接触处的左侧,应力应满足σm x m i s e s≤[σ1],式中,σm x m i s e s为最大等效应力为187MPa,[σ1]为材料的许用应力0.4σs=220MPa。因此,链轮轴的强度能够满足要求。

3.2 刹车状态下静强度校核分析

图3(b)为刹车状态下的von Mises应力云图。通过分析可知,刹车状态下作用在轴上只有弯矩,在载荷作用下链轮轴的最大位移为0.198mm,位于齿轮与轴配合及偏右的位置,最大平均等效应力为277MPa,位于链轮轴B、C间的台阶处,另外链轮轴C处键槽位置的平均等效应力也比较大,最大平均等效应力应满足σmxmises≤[σ2],式中,σmxmises为最大等效应力为277MPa,[σ2]为材料的许用应力0.95σs=522.5MPa。因此,在刹车状态下,链轮轴的强度也能够满足要求。

4 结束语

利用UG和Ansys共同对电动锚机上的链轮轴进行有限元分析得出结论如下:

1)运用Ansys软件对产品进行模拟分析,可以减少试验次数,缩短产品开发周期,降低产品设计成本,提高产品质量。

2)从分析结果可以看出,该链轮轴无论在工作状态下还是在刹车状态下,轴的强度都满足结构设计要求。

3)从应力图可知链轮轴的最大应力集中在键槽和台阶根部附近,故在设计时,应在满足使用要求的情况下适当增加过渡圆角,避免应力集中。

4)通过对链轮轴进行有限元线性静力分析,得到的应力云图及相关结论对船舶锚机设计具有参考意义,同时为锚机的优化设计提供依据。

摘要：以某船体电动锚机的链轮轴为研究对象,利用UG建立链轮轴的三维实体模型,应用有限元分析软件ANSYS对链轮轴进行仿真分析,得出应力分布云图,并对链轮轴进行强度校核,结果表明:无论在工作状态下还是刹车状态下,轴的强度都满足结构设计要求;链轮轴的最大应力集中在键槽和台阶根部附近,设计时应在满足使用要求的情况下适当增加过渡圆角。该分析为锚机的优化设计提供依据。

关键词：锚机,链轮轴,有限元分析

参考文献

[1]方振兴,张连达.锚机基座有限元分析[J].广东造船,2008(1):40-42.

[2]周志宏,郑小平,孔凡忠.铺管船锚机滚筒轴的有限元分析及优化设计[J].石油机械,2002(7):24-26.

[3]胡甫才,周勇,向阳,等.锚机基座有限元分析与试验研究[J].航海工程,2007(2):53-56.

《3 轮轴》教案 篇5

教学目标

1、会利用观察，实验，制作等方法探究轮轴的秘密。

2、认识轮轴的结构，知道利用轮带动轴转动省力，利用轴带动轮转动可以省距离。3．并能识别生活中用轮轴的实例，会分折它是怎样提高工作效率的。

教学重点

对比轴不变轮大一些会更省力，轴变大轮不变会费力。

教学难点

轮轴省力的秘密探究。

教学准备

大螺丝刀1把、阀门式水龙头一个；每组钩码1盒、2段棉线、1个铁架台、1个大轮、1个小轮、一个轴（简易机械盒）生活中应用轮轴工作的物品（实物、图片、课件）、演示用轮轴实验套材。易拉罐瓶、吸管、线绳做成的轳辘。

教学过程

一、谈话引入

师：你认识这两种工具（出示阀门式水龙头、扳手）吗？它有什么作用呢？（水龙头能有效控制水的流量，扳手可以拧紧或拆下螺帽。）

师：我请一位同学来拧开这个水龙头；一位同学把这颗螺帽用扳手取下来，下面的同学观察对比，看两者有什么相似的地方？与不同之处。

师：小结，（出示水龙头、扳手图片）我们把像水龙头这样，轮子和轴固定在一起，可以转动的机械，叫做轮轴。

师：请同学们找一找水龙头、扳手的轮和轴在什么地方呢？ 师：你知道轮轴有什么作用吗？请学生徒手尝试关上水龙头。

二、探究过程

（一）轮轴省力吗？

师：轮轴是否省力，光有同学们的一点体验是不充分的，我们还可以用什么方法来进行验证呢？

师：请同学们打开简易机械盒，你需要哪些实验器材呢？（学生找出所需器材）

1、把一些大小不同的轮和轴分别固定在一起，安装在支架上，在轮和轴的凹槽内装上棉线，把钩码分别挂在轮和轴上，试试看，能发现什么？

2、学生分组实验并做好实验记录(注意学生协同分工能力的培养)并整理数据。

3、小组成员汇报数据，并进行交流和思考，发现了什么规律？（按轮从小到大或从大到小的顺序进行实验汇报，然后进行对比；发现轮越大，越省力；轮越小，越费力的规律）

4、我们的发现：a、共识：轮带动轴可以省力，轴带轮转费力；b、新发现：不同轮轴省力大小不同（这是怎么回事？轴相等的情况下，轮越大越省力。）

（三）、轮轴在生活中的运用

1、体验活动：体验哪种方法更省力。

（1）、用一根绳子把几个钩码系在螺丝刀的刀杆上，转动刀柄，将钩码吊起；（2）、把这几个钩码系在刀柄上，转动刀杆，将钩码吊起。（3）、体验哪种方法更省力,你能谈谈其中的道理吗？

2、出示图片或实物判断它们运用了轮轴吗？ A、轮是直棍形的自来水龙头 B、钥匙 C、手摇转笔刀 D、门把手 E、汽车方向盘

（它们的哪一部分相当于轮，那一部分相当于轴？）说说它们给我们的工作和生活带来了那些方便。

三、课堂总结 最早的轮轴——轳辘

1、介绍轳辘的历史。

2、演示轳辘提重物。

轮轴设计 篇6

关键词：发动机；凸轮轴；铸造；加工；研究

1.发动机凸轮轴铸造工艺研究

1.1发动机的凸轮轴感应加热淬火铸铁

发动机的凸轮轴毛坯在铸态感应加热淬火过程中，就是把工件放入到感应器中，通过一次通电加热，喷淋介质冷却淬火。淬火后必须要有一定的余热，这样可以更好的利用余热回火，避免淬火的应力。通常控制方法有两种，一种是通过改变淬火介质的浓度来实现的，另一种是通过调整工件在淬火介质中的时间。发动机的凸轮轴感应加热淬火铸铁的优点是，铸造的设备相对简单，安装可靠，自动化的程度相对高，方便批量生产，并且淬火的质量稳定。但是其也有自身的缺点，淬火硬度不是很高，并且凸轮轴变形较大，不适合长凸轮轴的铸造。

1.2发动机的凸轮轴毛坯材料为冷激铸铁

发动机的凸轮轴毛坯材料为冷激铸铁的工艺方法，首先在铸造时，必须在发动机的凸轮轴模具内放置冷铁，再浇铸后使其凸轮急速冷却，以便凸轮轴迅速的凝固，在凸轮轴的表面形成莱氏体的硬化层。这样可以使发动机凸轮轴表面的洛氏硬度有50度，进而使得凸轮轴有良好的耐磨性。这种方法的优点是，避免了发动机凸轮轴热处理过程，不仅节约了能源，使得发动机凸轮铸造加工一次成形，而且还可以提高发动机凸轮轴的硬度和耐磨性，让凸轮轴的组织结构均匀。但是这种方法也有自身的缺点，其缺点是在铸造过程中要人工来放置冷铁，这就使得劳动强度相对较大。

1.3发动机的凸轮轴离子氮化加工法

发动机的凸轮轴离子渗氮是一种能够强化金属表面的化学热处理方法，这种方法被广泛适用到了铸铁、合金钢、碳钢等。发动机的凸轮轴在经过离子渗氮处理以后，能够明显的提高材料表面的硬度，让发动机的凸轮轴可以有很高的耐磨性、疲劳强度，以及抗蚀能力和抗烧伤性等。这种方法的优点，可以渗氮速度很快，并且渗氮层组织很容易控制，对环境也没有污染，还能够节约能源，不易变形等。但是这种方法也有自身的不足，对于那些不同形状、尺寸以及不同材料的零件来进行混合装炉渗氮时，必须要把各零件温度均匀一致是非常困难的。而且准确测定零件的温度是非常困难的，离子渗氮设备还非常复杂，价格也相对昂贵。

2.发动机凸轮轴机械加工工艺研究

2.1发动机凸轮轴加工阶段的工序的安排

在发动机凸轮轴的加工阶段首先要进行粗加工阶段，在粗加工完成后进入到半精加工阶段，再到精加工的阶段，最后到光整、精整加工的阶段，也就是完工的阶段。发动机凸轮轴工序顺序安排是先车，再进行粗磨，再进行精磨——抛光，加工工序从粗到精，其工序从主要表面和次要表面的加工工序来不断的交叉进行，其中要把淬火的工序在各主要表面半精加工之前来进行，以此来防止工件在淬火以后而变形引起精加工的困难。

2.2发动机凸轮轴的主要表面加工

首先要对发动机凸轮形面的粗加工，传统粗加工方法是利用模车床及和液压仿形凸轮铣床， 对发动机凸轮轴铣削后的形状与尺寸精度都要优于车削， 这样就可以对其直接进行精磨。进行大量生产发动机凸轮轴毛坯都是用精锻或者是精铸来成形， 其毛坯的精度是非常高的， 用于加工的余量比较小， 目前很多的厂家都会采用以磨代车的新工艺来进行加工，这样在很大程度上较少了发动机凸轮形面加工的工作量。像那些棒料的毛坯， 因为其余量比较大， 在发达国家很多的厂家都会采用CNC 凸轮铣床，另外还有的厂家常采用先进的多刀仿形单靠模车削方法来进行加工，如图一所示。

图一：多刀仿形单靠模车削 a） 车刀 b）工具的安装

其次在进行发动机凸轮形面精加工时，要采用立方氮化硼砂轮来进行数控发动机凸轮轴磨床，之后在进行多片砂轮高强度砂轮通过高速的磨削，之后再通过测量 、自动补偿和自动修整等装置来进行处理。

2.3对发动机凸轮支撑轴颈的磨削

支撑轴颈的磨削的可以通过多砂轮磨床或者是无心磨床来进行，这些设备能够高效率、准确地磨削凸轮轴支撑轴颈。有的企业在进行凸轮轴的轴颈和桃形精磨后还要进行对其抛光， 这些都和曲轴超精加工工艺大题相同。

2.4对发动机凸轮轴进行自动校直

发动机凸轮轴钢料在进行冷、热加工工艺进行处理后，都会使其形状发生弯曲，必须要经过校直后才能后继工艺的加工 。一般的都是由传统工艺来对其进行校直，通常的校直工艺是压床人工校直 ，但是由于传统的校直方法在矫枉过正过程中要多次反复进行，因此会损害零件强度。但是目前的校直工艺自动校直是由传感器测出凸轮轴的弯曲度，再向校直压头控制器发出相应的指令，来凸轮轴运用最适当校直压程来对其进行校直，这种校直方法只需要对零件进行一次校直就可以达到校直的要求，并且所用的工时小，校直的准确性高，成本低。

3.结语：

通过对凸轮轴加工特点的分析，并详细分析了凸轮轴的工艺的重点和难点，并对加工工艺进行了优化设计，进而来保障凸轮轴的加工质量，而凸轮轴的性能和质量决定着发动机的整机性能。本文通过研究发动机凸轮轴的铸造工艺、机械加工工艺的过程和控制方法，结合制造业的工厂实际，对发动机凸轮轴制造工艺、设备以及检测进行了深入分析研究。

参考文献：

[1] 李双寿，陆劲昆，边庆月等.球墨铸铁凸轮轴的激光表面熔凝处理[J].金属热处理，2005.30（2）：：4-8.

[2]上海通用汽车有限公司.2005汽车发动机工艺与装备（第十二届）国际研讨会系列（三）/装配式凸轮轴制造工艺[J].汽车与配件，2006（3）：18～20.

[3]崔占全，王昆林，吴润主编.金属学与热处理[M].北京：北京大学出版社， 2010.

[4]何七荣，潘展，徐琳；凸轮轴型面简易数控磨削技术[J]；新技术新工艺；2004年12期；40.

[5] 樊东黎，潘建生，徐跃明，佟晓辉主编. 热处理技术手册[M]. 北京：化学工业出版社， 2009.

作者简介：

第一作者：周望平，职务：董事长、总经理，职称：高级经济师、工程师，研究方向：汽车、摩托车发动机凸轮轴总成及通用汽油机凸轮轴总成的研究与开发，工作单位：浙江博星工贸有限公司。

第二作者：叶胜年，职务：品质经理，职称：工程师，研究方向：汽车、摩托车发动机凸轮轴总成及通用汽油机凸轮轴总成及耐腐蚀新型材料工艺研究与质量管控研究，工作单位：浙江博星工贸有限公司。

轮轴设计 篇7

关键词：凸轮轴,自动变位,设计,组成

引言

随着科技进步及发展,汽车更新换代速度也在不断加快。汽车生产越来越具有小批量、多品种、高质量的特点。这就要求汽车生产企业从汽车零部件的制造到整车的装配建立一条柔性系统,增强企业的应变能力[1]。

在发动机自动装配生产线上,普通的拧紧机床只能满足单一品种发动机缸盖瓦盖螺栓间距不变时的情况,而当对多品种缸盖瓦盖进行装配时,对于间距不同的螺栓只能分开在不同工位上进行拧紧。不仅增加了设备的安装数量,也提高了生产成本,同时对工厂场地面积也提出了较高的要求。如何在同一台机床上,满足不同品种发动机缸盖瓦盖的装配,成为发动机生产设备企业研发的重点与难点[2,3,4,5]。本文设计了一种新型的发动机缸盖瓦盖自动拧紧设备,能够满足间距不同的螺栓在同一工位上安装的要求。

1、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置工作原理

如图1所示为拧紧扳手凸轮轴自动变位装置结构示意图。在凸轮轴上安装有至少两段凸轮以及一个感应块。支板端部向下设有凸块。凸轮上开有圆周曲线的凹槽,其曲线展开线为斜线,斜线之间的夹角根据产品的不同而改变。将凸块插入凸轮轴上的凹槽中,电机通过传动带连接凸轮轴的一端,凸轮轴的另一端与毗邻的另一根凸轮轴的一端相连。

该装置通过减速电机、齿形带及带轮的传动,实现凸轮的凸轮轴凹槽中的位置变动,从而实现凸轮轴自动变位。并且在凸轮圆周凹槽中,每隔一定角度设置有直线缓冲区域,避免了电机停止时缓冲带来的拧紧轴位置误差。

2、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置制造目标

装配工艺的安排,对最终装配质量起着关键的作用。目前,发动机生产厂家对装配线越来越重视,对装配质量要求也越来越高,如何在同一工位上实现发动机缸盖瓦盖不同间距螺栓之间的装配引起了发动机生产厂家的重视。拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要实现以下目标:通过电气控制系统,实现拧紧扳手之间的自动变位,并避免电机停止时缓冲带来的拧紧轴位置误差。

3、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置结构模块

拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要目标是满足小批量、多品种、高质量装配的要求。根据上面所述的制造目标,该装置主要由凸轮轴自动变位模块、伺服驱动模块、电气控制模块、误差调整模块等部分组成。现将主要模块介绍如下:

3.1 凸轮轴自动变位模块

凸轮轴自动变位模块是拧紧扳手凸轮轴自动变位装置的设计难点与关键,主要功能是实现凸轮轴的变位,使其满足不同品种发动机装配要求。

将至少两根凸轮轴安装在支板上,凸轮轴上带有两个凸轮及一个感应块,凸轮上开有凹槽。将支板下方固定的凸块插入凸轮轴的凹槽中。通过电机带动凸轮轴旋转,凸块沿着凸轮轴凹槽曲线运动,从而调整凸轮轴相对于支板的位置及凸轮轴之间的间距。凸轮轴之间不同间距满足了不同种类产品装配的的需求。

3.2 扭矩监控模块

由于不同品种的发动机装配时,其所需的拧紧力矩不同。针对这个问题,在拧紧工具上预先设定一个扭矩值。从图2可以看出,在拧紧的过程中需要实时的监控扭矩的大小,使其保持在合理的范围内。扭矩过小,则不能满足要求;扭矩过大,则可能将螺栓损坏。

该过程主要是通过扭矩传感器来实现的。将旋压式扭矩传感器固定在工具套筒上,在工具与紧固件的轴线上测量扭矩,感应元件将测得的信号传递给监控部件,由监控部件发出指令配合控制模块控制拧紧装置的动作。

3.3 电气控制模块

与传统的需要通过气缸来调整凸轮轴变位的装置不同,本设计通过电气控制系统来实现凸轮轴的变位。

该电气控制系统包括电源供电回路、保护回路、信号回路、制动停车回路等组成。

电源供电回路。供电回路的供电电源分为AC380V和AC220V两种。

保护回路。主要通过对电气设备和线路进行短路、过载和失压等实现,由熔断器、失压线圈、稳压组件、热继电器和整流组件等组成。

信号回路。用于及时反映或显示设备的工作状态信息。

制动停车回路。切断电路的供电电源,并采取某些制动措施,使电机迅速停止的控制环节。

3.4 误差调整模块

为了保证发动机装配精度,需要对操作过程中可能产生的误差进行调整,或将误差源消除。该拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要是通过凸轮轴上凹槽曲线的设计来实现误差调整功能的。

将凸轮轴凹槽每隔一定角度就设计一段直线段。当接近开关将感应到的信号传递给控制系统时,控制系统会发出停止指令使电机停止运行。该直线段的功能是缓冲电机停止时所带来的拧紧轴位置误差。不需要手动调整拧紧轴及拧紧扳手的位置。

4、结论

与传统拧紧扳手相比,本文所设计的拧紧扳手凸轮轴制动变位装置能够满足不同品种发动机转配的要求,适合发动机装配线柔性化发展的趋势。

文中主要介绍了拧紧扳手凸轮轴制动变位装置的工作原理及结构,对拧紧装置设计人员具有一定的参看价值,有利于促进我国发动机装配制造生产下的发展。

参考文献

[1]金晓宁.发动机装配中的柔性机器人螺栓拧紧系统[J].机械工程与自动化,2006(2):75-77.

[2]闫甲赢.自动拧紧技术在发动机装配方面的应用[J].汽车实用术,2011(5):65-67.

[3]张子盛.拧紧技术在发动机汽缸盖装配中的应用[J].广西工学院学报,2009,20(1):71-74.

[4]马英广.发动机螺栓拧紧技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006.

轮轴设计 篇8

磨削云平台是针对磨削制造加工领域[1]的具体实践应用需求,借鉴云计算和云制造的一些思想,运用云计算技术[2]、磨削工艺智能化技术,以分布式高性能计算机系统、大容量数据存储设备和互联网环境等资源为计算机硬件及网络基础而建立的一个基础制造信息化平台[3],为磨床制造厂家和磨削制造加工企业等用户提供资源整合与共享平台[4],实现磨削制造知识数据的积累;同时也为磨削加工企业提供各类加工制造方面的技术服务,实现磨削CAM系统软件远程接入与使用,充分发挥软件提供的诸如工艺方案智能优选[5]、工艺优化[6]、误差分析与补偿、磨削加工过程仿真[7]、自动编程[8]等作用,提升磨床的潜在性能。关于磨削云的研究与应用,国内研究较少,且不具体。本课题组首次联合国内各大磨床制造厂商和磨削加工企业共同开发磨削云平台,让用户方便快捷地获得各类服务。

磨削云平台能够实现磨削制造资源与服务的开放协作、资源高度共享,提升磨削制造业加工效率及质量,节省磨削企业设备投资,避免浪费。本文设计与开发了磨削云平台,建立整合磨削制造领域软硬两大类资源供需为一体的磨削云平台,实现磨削装备的增值,实现磨削知识数据的积累共享;同时也为磨削加工企业提供各类加工制造方面的信息技术服务,利用人工智能技术,实现磨削加工过程的智能化和咨询服务的网络化[9],提升数控磨床的性能。

1 系统体系架构

1.1 系统基础概述

磨削云是从资源整合与利用的实际应用出发,对磨削云平台系统功能的总体需求进行分析与设计,形成一套磨削云平台的设计思想与方案,磨削云平台资源整合利用如图1所示。

磨削云应用需求模型是体系架构的重要组成部分,该模型从磨削用户需求和系统开发的角度出发,把系统功能按磨削用户功能需求逐次分割成层次结构,使每一部分实现一定功能且各个部分之间又保持一定的联系。

磨削云平台按照资源整合利用的需要把磨削云分为相对独立的三个子系统:为磨削加工提供解决方案即服务(solution for grinding process as a service,SaaS)、为磨削加工提供应用软件平台即服务(platform of application software for grinding process as a service,PaaS)、为磨削加工提供基础设施即服务(infrastructure for grinding process as a service,IaaS)。三个子系统构成一个灵活的体系架构,PaaS处于中间层,可以与上端SaaS和下端IaaS保持功能衔接,同时三个子系统相对独立运行,有利于实现PaaS平台中磨削CAM系统软件资源的无缝扩展。

1.2 系统应用需求模型

磨削云应用需求模型三层系统结构在网络环境下进行服务整合,设计符合磨削行业的个性化服务。本文提出了图2所示的磨削云平台应用需求模型,分为以下5个部分。

(1)SaaS。磨削制造加工企业积累了大量的经验、知识和磨削加工中遇到的技术难题及其解决方案,如何共享这些宝贵的磨削制造知识,让磨削制造知识更好地为磨削制造企业所利用,节约磨削制造企业加工成本,提高加工效率,是磨削云SaaS系统的设计理念。SaaS申请描述加工中遇到的技术难题,SaaS方案描述解决加工中遇到的技术难题所采取的技术解决方案。两者都封装成文字、图片、视频三位一体的多媒体信息包,提供磨削制造知识智能化信息服务,如智能检索、模糊咨询等。

(2)PaaS。 现代磨削加工使用数控机床设备,计算机辅助制造应用软件能提升数控机床设备性能,PaaS采用公有云和私有云相结合的混合云计算接入技术,设计与开发了一个通用的、可扩展的基于桌面云集群服务器与虚拟桌面技术的远程接入访问平台,这样,磨削制造企业可以方便快捷且费用低廉地使用磨削CAM系统软件。桌面云集群服务器资源池中磨削应用系统软件的数量与类别可自动扩充,用户登录使用的虚拟桌面资源可动态分配,虚拟桌面资源实现后台集中管理与监控,在后台集中管理与监控远程用户对磨削CAM应用系统软件的使用情况。

(3)IaaS。磨削云基础设施平台为资源提供方将分散在不同磨削制造企业或磨削加工工厂内的各种类型磨削制造资源统一注册,封装形成制造资源,由磨削云平台统一进行管理,实现资源按需使用。

(4)云计算平台。采用云计算技术保证三层结构更好的移植性[10],可以跨不同类型的云计算平台工作,在多个服务器间进行负载平衡[11]。设计与搭建云计算平台硬件与网络系统,将网络虚拟成多个虚拟的网络节点[12],配合虚拟机和虚拟存储空间[13]为应用提供云服务。

(5)磨削云人工智能引擎及集成接入。人工智能引擎是为SaaS、PaaS和IaaS提供智能算法的,比如系统用到的产生式系统、负载最小虚拟桌面优先分配算法、标准CAM方案解析模块、CAM-数控磨床联机引擎、分布式异构数据库同步复制、资源供需模糊检索及智能匹配、资源智能组合与优化等。集成接入为磨削云服务系统的用户提供统一的、集成的交互视图和界面。

1.3 系统工作原理

磨削云平台工作原理如图3所示。需求方通过SaaS提交磨削方案服务申请,提供方通过SaaS为需求方服务,提供解决方案。SaaS可以为供需方磨削加工方案提供智能匹配服务。

IaaS磨削制造设备子系统和IaaS磨削制造知识子系统将注册的供需信息(磨削制造设备、制造知识、富余设备加工能力)提交给磨削云平台进行智能匹配,也可以对资源进行数据分析、挖掘和提取,将数据保存在IaaS-to-PaaS数据管理系统提取数据表里,向PaaS提供有用的磨削制造设备和磨削制造知识基础数据。同时,对IaaS需求方所需的资源进行智能组合与优化。

PaaS远程接入与访问磨削CAM应用软件,同时可以为SaaS需求方提供诸如工件自动分析与特征建模、运动曲线优化、加工工艺质量预报、磨削过程虚拟三维建模、误差分析与补偿、数控代码自动生成[8]、精加工补偿数控代码自动生成、加工工艺结果输出等服务方案。

PaaS采用桌面云分布式资源池服务器结构,所以要保持资源池中数据库表中的数据一致,必须对资源池服务器中的应用软件数据库进行同步复制或快照。

2 系统软件结构及关键技术

磨削云平台分为5个相对独立又互相有数据关联的软件系统:SaaS系统、PaaS系统、IaaS-to-PaaS分布式异构数据库同步复制系统、IaaS系统、用户注册登录管理系统。软件系统模块结构如图4所示。

磨削云平台用户主要有3种:资源提供方、磨削云运营方、资源需求方。资源提供方为资源需求方在磨削制造过程中提供制造资源、制造能力和制造知识,资源需求方进行检索并选择使用资源;磨削云运营方主要实现对服务的高效管理、运营等,可根据资源需求方的应用请求,动态、灵活地为资源需求方提供服务;资源需求方能够在磨削云平台的支持下,动态按需地使用各类应用服务,并能实现磨削制造企业多主体的协同交互。在磨削云运行过程中,PaaS起着核心支撑作用,能够为磨削CAM资源和制造能力的虚拟化接入和服务化封装提供远程接入与访问支持。

2.1 凸轮轴数控磨削云SaaS系统

凸轮轴数控磨削云SaaS系统整个工作流程与算法如图5 所示。其核心算法采用产生式系统,产生式系统由全局数据库、产生式规则和控制策略3个部分组成,如图6所示。

全局数据库又称为上下文,用于存放SaaS申请求解磨削加工过程中各种当前信息的数据结构,如工件及工艺初始状态、加工过程事实、中间问题推理结论和最后加工结果等。

产生式规则是一个策略规则库,用于存放与SaaS申请求解问题有关的磨削领域知识的规则之集合及其交换策略,产生式规则数据结构由“策略+事实+变量”的形式组成,如图7所示。

(1)策略。策略表达了不同SaaS服务申请中的技术难题所对应的SaaS服务方案中的解决方案,策略编号为唯一的索引,其余字段如策略类别、置信度及使用频度等是对该条策略的注解,策略类型分为机床选型类、砂轮选型类、冷却液选型类、工艺参数类、模型系数类、质量评价类和精度预测类七类。

(2)事实。事实代表加工过程事实、中间问题推理结论和最后加工结果,事实编号定义为唯一的索引,其余字段是对事实的说明,如凸轮最大升程为11.5mm,材料状态为渗碳等。

(3)变量。变量代表工件及加工工艺要求在各个阶段的状态,变量标识符为唯一索引,其余字段均可认为是对变量的说明,变量表等同于一个数据字典,如凸轮最大升程、无火花磨削圈数、材料牌号、材料状态等。

在凸轮轴数控磨削加工过程修整参数的选择中,已知砂轮修整方式为逆向修整,修整工具为金刚石滚轮,则滚轮修整量为0.008mm。用策略表示法可表示为:

<工艺参数类策略>IF:砂轮修整方式为逆修AND修整工具为金刚石滚轮

THEN:滚轮修整量为0.008mm

与滚轮修整量相关的滚轮修整次数、滚轮移动速度等工艺参数由其他策略予以推理确定。

控制策略的作用是针对注册的凸轮轴工件及工艺要求,提出在凸轮轴数控磨削云SaaS系统上求解SaaS申请应该选择哪些合适的SaaS方案。

SaaS产生式系统根据需求方SaaS申请描述的凸轮轴及凸轮片工件及加工工艺要求,针对其加工过程中所遇到的技术难题提供SaaS方案给需求方参考使用,组合后生成完整的磨削加工参考解决方案,控制策略工作的核心算法如图8所示。

提供方可根据需求方的要求提供多个SaaS方案以满足部分用户更深层次的使用需求。策略控制系统针对凸轮轴工件及加工工艺的不同要求、不同参数,提供高效、动态的磨削工艺服务聚集及整合方法;同时针对同一类别服务,从全局和局部的角度来进行服务提供者和服务需求者的智能匹配,从而降低服务过程中的服务搜索、匹配和组合成本,同时提高服务效率。

2.2 凸轮轴数控磨削云PaaS系统

凸轮轴数控磨削工艺智能专家应用系统系列软件是国家863高技术研究发展计划的主要研究成果[8],同时是磨削云PaaS系统中心层重要的CAM应用软件资源。磨削云PaaS系统主要汇集与对外发布凸轮轴数控磨削工艺智能应用系统CSGIA、凸轮轴数控磨削工艺智能专家数据库系统CSIDB、凸轮轴数控磨削加工辅助软件CGAS等CAM应用软件资源服务。

上述磨削CAM应用系列软件可以将凸轮轴加工信息、磨床、砂轮和冷却液的选择经验以及生产实践和实验中积累的磨削工艺参数聚集起来,为制造企业推荐合理成熟的凸轮轴磨削工艺方案(工艺参数),选择优化磨削工艺参数,并且通过凸轮轴误差补偿与运动曲线进行优化,以及工艺预报和运动仿真检测[6],最后生成能够直接用于凸轮轴数控磨床加工的数控代码,主要功能涵盖工件定义、工艺系统、工艺实例[5]、规则推理、工艺优化、运动仿真、误差分析、质量预报和数控代码[8]等。

磨削云PaaS系统提供基于Intranet私有云和Internet公有云的混合接入访问方式使用远程磨削CAM应用系列软件,是磨削云平台应用软件服务及数据中心。凸轮轴数控磨削云PaaS系统整个工作流程与算法如图9所示。

采用桌面云技术、服务器虚拟化技术[14],建立桌面服务器资源池,支持客户端访问服务器虚拟桌面上的磨削CAM应用软件,具有用户验证功能,只有被许可的用户才能进行访问,并能设定不同级别的用户权限以便于实现分级管理。设计集成的虚拟桌面管理系统,提供单一且统一的图形界面管理软件。

针对数量庞大的虚拟桌面服务器集群的管理及集群内服务器数量可自动扩充的要求,本系统特设计负载最小虚拟桌面优先分配算法来管理资源池服务器上虚拟桌面的动态加入、分配、回收。用虚拟桌面服务器负载评估函数load_value(i)来定量评价虚拟桌面负载。应用负载最小虚拟桌面优先分配算法选择资源表上具有最小负载值的节点作为下一个要分配的虚拟桌面资源节点。虚拟桌面资源节点数据结构为

其中,c为客户端IP地址、P ORT端口号,v为虚拟桌面IP地址、P ORT端口号,B为客户登录虚拟桌面时间,E为客户退出虚拟桌面时间,u为虚拟桌面使用标记,i为虚拟桌面资源编号,lv为虚拟桌面服务器负载值,p[n]为虚拟桌面节点指针存储数组。 虚拟桌面的动态加入、回收置使用标记为空,虚拟桌面的动态分配置使用标记为占用。

虚拟桌面服务器负载大小实时测算公式为

其中,M为虚拟桌面服务器内存占用比,C为虚拟桌面服务器CPU运行时间占用比,N为虚拟桌面服务器网络带宽占用比。κ、λ为虚拟桌面服务器内存与CPU占用比对服务器负载的影响因子。

PaaS系统管理端使用负载最小虚拟桌面优先分配算法为客户分配虚拟桌面,同时对使用资源情况进行监控,动态平衡桌面服务器虚拟桌面的负载,优化计算资源,这样可以保证同时启动数千个虚拟桌面而不会造成任何性能的下降。

凸轮轴数控磨削云PaaS系统客户接入端软件主界面如图10所示,在客户接入端软件主界面上,用户先设置资源管理端IP地址,选择待启动的应用软件,然后点击桌面磨削云接入按钮,即可分配获得空闲虚拟桌面,这时桌面云远程接入访问系统自动启动,打开操作窗口,进入远程虚拟桌面;在客户接入端软件主界面上,用户点击桌面应用软件启动,启动该虚拟桌面对应的应用软件;完成上述动作后,就可以控制与使用远程虚拟桌面上的应用软件了。

桌面云远程接入访问系统负责连接桌面云资源池中某个指定的服务器上已分配给客户端的空闲虚拟桌面,该窗口完全虚拟远程计算机上的软件资源,完成信息的远程传送和接收。在桌面云远程接入访问系统窗口内的任何操作就跟在远程服务器上操作使用软件一样。

磨削云PaaS系统实现从磨削云端通过互联网到磨削云客户端、从磨削云客户端通过RS232通信接口到磨削设备(凸轮轴磨床)的三级互联,如图11所示。多个高清微型摄像头安装在凸轮轴磨床加工空间内部,从多个有效角度实时监控工件的加工过程,多路视频处理器可以切换到不同角度的摄像头,也可以把各路摄像头视频组合在一个监控屏上,实现同时监控各路摄像头视频。

多个高清微型摄像头可以从不同角度拍摄凸轮轴工件的高清相片,多个高清相片拼接成凸轮轴上任何一个指定的凸轮片轮廓相片,对凸轮片轮廓相片进行轮廓图像识别处理,可以得到凸轮片轮廓数据,进而实现凸轮片轮廓在线测量。

磨削云客户端可以通过USB接口控制多路视频处理器切换或组合等动作。多路视频处理器的视频信号通过磨削云客户端PC机视频接口输入。这样,凸轮轴磨床的操作人员可以远距离操控设备,保障操作人员的生产安全。

磨削云客户端远程使用云端的磨削CAM应用软件,获取标准CAM方案,把标准CAM方案中的工件加工数控代码、工件误差补偿数控代码、工件数据及机床参数通过标准CAM方案解析模块提取出来以供机床数控系统使用,标准CAM方案解析模块算法如图12所示。

西门子数控系统840D提供了完备的用户OEM二次开发软件包以供上位机(PC机)与下位机(机床数控系统)互相通信,可实现上位机控制下位机工作。在客户端本地机上使用CAM-数控磨床联机引擎,客户端本地机与凸轮轴磨床数控系统通过RS232通信接口连接,然后在CAM-数控磨床联机引擎中调用西门子数控系统用户OEM二次开发软件包,并通过RS232通信接口把数控代码、工件数据及机床参数发送给凸轮轴磨床数控系统,这样,CAM-数控磨床联机引擎启动执行数控代码指令,凸轮轴数控磨床就可以按PaaS服务系统生成的标准CAM方案执行数控加工任务了,如图13所示。

2.3 凸轮轴数控磨削云IaaS?to?PaaS分布式异构数据库同步复制系统

磨削云分布式异构数据库同步复制系统工作流程与算法如图14所示。磨削云IaaS-to-PaaS分布式异构数据库复制原理如图15所示。

设计与开发此数据库复制系统的作用如下:

(1)保证桌面云集群服务器资源池中磨削应用系统软件数据及功能一致。对所有磨削CAM应用软件的数据进行集中维护与管理。

(2)IaaS系统将信息进行数据挖掘和提取,为PaaS服务系统中计算机辅助设计与制造应用软件提供有用的制造资源与制造知识数据。

实现IaaS到PaaS数据分布式传递,即MySQL[15]数据库到InterBase数据库的分布式数据库复制与快照问题,MySQL数据库为建立基于数据库的动态云网站[16]提供了强大动力。

IaaS系统提取的制造设备资源和制造知识资源信息从MySQL数据库复制到InterBase数据库,保证桌面云集群服务器资源池中磨削应用系统软件都能获取与使用磨削制造基础设施有用的数据。

2.4 凸轮轴数控磨削云IaaS系统

凸轮轴数控磨削云IaaS系统包括制造资源子系统和制造知识子系统两部分。采用软件构件及模板技术形成标准的磨削云资源构件,不同类型的资源可以不需要修改系统而实现无缝扩充,以供不同需求方的匹配调用。凸轮轴数控磨削云IaaS系统整个工作流程与算法如图16所示。

2.4.1 制造资源供需模糊检索及智能匹配

在模糊供需匹配关系中进行智能精细匹配,计算每个供方和需方在磨削设备及设备闲置期富余加工生产能力的供需吻合度,对吻合度大小进行排序,从而选择吻合度最大的供需信息进行撮合。供方和需方在磨削设备及设备闲置期富余加工生产能力检索参数分为数值类、范围类两种。

数值类检索参数其取值均为某一具体数值,见表1。

在模糊供需匹配关系R中依次检索,计算供方和需方数值类检索参数的吻合度,需方x与供方y中数值类检索参数k的吻合度为

式中,akx、aky分别为需方x、y中数值类检索参数k的取值;max ak、min ak分别为数值类检索参数k的最大值、最小值。

范围类检索参数取值用不同的数值范围表示,见表2。

在模糊供需匹配关系R中依次检索,计算供方和需方范围类检索参数的吻合度,需方x与供方y中范围类检索参数k的吻合度为

式中,M为范围类k取值的最大差值。

最后计算供需方匹配关系的整体吻合度,确定吻合度最高的匹配关系。第i条供需方磨削设备及设备闲置期富余加工生产能力匹配关系的整体吻合度为

式中,Sk(x,yi)为第i条供需方磨削设备及设备闲置期富余加工生产能力匹配关系中检索参数k的吻合度;ω(k)为检索参数k的权重值。

l=1时代表采用曼哈顿距离来计算局部吻合度大小,而l=2时则为欧几里得距离。

在智能精细匹配计算中,工件及工艺、加工生产等因素可以通过选择和调整磨削设备及设备闲置期富余加工生产能力的ω(k)系数来改善匹配中供需方要求响应特性。

2.4.2 制造知识供需模糊检索及智能匹配

需求方用户采用智能模糊检索、匹配的理论与算法技术,通过输入的加工类型及工件信息检索标准知识构件,得到与之对应的加工设备及辅件型号和加工工艺参数信息,以此应用于生产中。

加工类型及工件信息检索参数分为数值类、范围类、相关类、无关类4种,取值见表3。① 数值类检索参数如C5代表毛坯硬度、Ar代表总磨削余量、C6代表升程最大误差、C7代表最大相邻误差、Ra代表表面粗糙度、C10代表凸轮片数、r代表基圆半径、C11代表最大升程,T代表凸轮轴总长。② 范围类检索参数如C8代表波纹度、C9代表烧伤程度,用不同的数值范围表示。③ 相关类检索参数如C4代表材料热处理状态(淬火、退火、回火等)数据,数据相关性越大则吻合度越大,取值范围为[0,1]。④ 无关类检索参数如C1代表凸轮轴类型、C2代表材料类别、C3代表材料牌号,数据一致吻合度为1,否则为0。

同理,采用前文所述的智能精细匹配技术从提供方的标准知识构件库筛选出用户最需要的标准知识构件。

结合供需方加工类型及工件信息的吻合度及提供方标准知识构件的可信程度,需方依上述模糊检索匹配算法得到的标准知识构件,然后计算此构件可应用于实际生产的可行性因子λ(Y):

式中,Y为提供域U中一条完整的标准知识构件;SIM(x1,y1)为标准知识构件中供需方加工类型及工件信息整体吻合度;ρ(Y)为提供方标准知识构件Y的可信度;κ 为重要性因子,表示吻合度与可信度对标准知识构件重要程度比例。

2.4.3 资源智能组合与优化

凸轮轴数控磨削加工涉及的制造资源很广,其制造成本的高低与诸多因素有关,包括:物流成本,单位时间加工量及成本,劳动力成本。物流成本由毛怌进货、砂轮及磨削液进货、凸轮轴成品出货组成。单位时间加工量及成本由制造企业磨床数量、生产量等因素决定。劳动力成本由生产工人劳动报酬等因素决定。资源智能组合与优化如图17所示,设计理念就是要依据以上因素对制造资源进行组合优化,降低生产成本。

2.5 凸轮轴数控磨削云用户注册登录管理系统

凸轮轴数控磨削云用户注册登录管理系统为磨削用户提供统一的注册及密码分配,建立了统一的磨削云平台用户注册与管理机制,实现对SaaS、PaaS、IaaS三大服务系统集中接入,保证磨削云运营方统一实现对服务的高效管理与运营。

3开发成果行业实践应用

磨削云平台完善了磨削资源系统整合,功能性强,对于实际磨削加工过程的服务性意义大,该系统可降低劳动力资本、大幅缩减设备固定资本,充分整合利用凸轮轴生产企业制造资源,从而大幅降低国内凸轮轴制造生产成本。

湖南海捷精密工业有限公司运营凸轮轴数控磨削云平台,在操作、开发新产品上用户反映通过远程登录使用软件更方便、快捷,更换产品比原来节约了50%的调整时间,针对30多种型号的凸轮轴,利用凸轮轴数控磨削云平台生成的变转速加工数控程序加工出的凸轮轴精度完全达到客户的要求,在同等精度要求下,加工效率相对靠模加工效率提高了50%,相对恒转速加工提高了30%。

要实现全国大多数企业应用磨削云平台整合与利用各自资源,达到磨削企业的优势互补,需要政府相关部门组织并推广。至此,对于磨削云平台应用技术理论与实践的研究尚属开拓阶段,磨削云平台在磨削加工领域,为磨削制造企业提供基于各类磨削装备和各类磨削工艺知识的综合服务系统,为磨削加工制造企业提供各类加工制造方面的技术服务,有广阔的发展前景。其他制造行业可以参考磨削云平台的研究与设计,根据自身行业特点设计出诸如焊接云、切削云、铣削云等行业云。

4 结语

磨床品种规格繁多,技术结构复杂,涉及机、电、液、信息等知识领域。设备的使用与维修都带有很强的技术性,这对于制造企业是一个很大的技术负担。磨床设备的更新与发展也日新月异,新技术、新材料、新工艺在磨削加工中的应用层出不穷。凸轮轴数控磨削云SaaS系统、凸轮轴数控磨削云PaaS系统能够提供较全面、系统的技术服务,使磨削制造企业能够克服其中大部分技术上的困难。

轮轴设计 篇9

天轮即导向绳轮的一种, 它专门用于提升机卷筒与提升容器间运转钢绳的支持与导向。通常天轮多数安装在井架顶端, 所以称为天轮, 有时也称井架导轮。

整个天轮由轴承座、轮辐、绳轮、轮毂、轴、轴承及耐磨衬垫7个主要部件组成, 如图1所示。

2 天轮轮轴结构设计

天轮轮轴为天轮的重要构件, 它在天轮整个运转期间必须承受数千万次或更多的反复循环弯曲应力而不出现疲劳断裂;在遇到意外事故时, 它应能承受钢绳拉断所产生的巨大瞬时载荷而不产生残余变形。所以轮轴设计除了在安全系数及许用应力有其特殊要求外, 在材料选取、设计、制造上均应予以特别考虑。

天轮轮轴材料一般多采用优质碳素钢或合金结构钢加以锻制, 并经正火或调质热处理, 以保证材料的优良性能。天轮轮轴应经探伤检查, 以防止有任何细小裂纹或暗伤。为了提高承受反复载荷的能力, 天轮轮轴的设计应特别注意轮径变化不应太急, 过渡处必须具有足够的圆角半径, 圆周表面及过渡圆角处均应具有较好的光洁度, 轴上应尽可能不开或少开槽孔, 更不应有尖角槽口出现。在配用滑动轴承时, 轴颈一段最好进行表面硬化处理。

天轮轮毂与轮轴一般采用键连接。键的形式通常多用楔键及平键两种, 少数也有采用切向键的。早期天轮的轴承采用滑动轴承, 由于天轮安装在高空位置、维护不便, 易发生烧瓦事故。为了维护方便及防止烧瓦事故, 现在天轮轴承一般采用滚动轴承。

3 天轮轮轴及轴颈强度计算

天轮轮轴可视为两端简支、部分跨度受均布载荷的梁来计算, 如图2所示。计算载荷为钢绳两端破断力Qr的合力Qmax与天轮自重G的最终合力Q, 如图3所示。

以下是∅3.0 m天轮轮轴设计计算的实例, 取下列各值为设计计算依据:

(1) 天轮直径D=3.0 m;

(2) 钢绳直径ds=34 mm;

(3) 钢绳破断力Qr=818.015 k N;

(4) 钢绳对天轮围包角2β=135°;

(5) 最大提升速度Vmax=12 m/s;

(6) 天轮自重G=15 k N。

天轮轮轴受力分析图如图2所示, 轮轴受力计算图如图3所示。

钢绳破断时对轮轴的作用力为:

其中, γ=90°-β=90°-67.5°=22.5°

当钢绳破断时作用在轴上的合力为:

轮轴最大弯矩为:

式中, a为轮毂宽度, 取0.30 m;b为轮毂内孔沟槽宽度, 取0.10 m;L为两轴承中心距, 取0.78 m。

选用轮轴材料为45优质碳素钢, 则屈服强度σs=284 MPa=284 000 k N/m2。

无键槽轮轴的截面积直径d为:

考虑到键槽的削弱, 轴径d增大10%, 故d=0.198×1.1=0.218 m。

设计取d=0.220 m。

c取0.04 m, 轴颈最大弯矩为:

轴颈直径d1为:

设计取d1=0.11 m。

4 天轮轮轴加工工艺

天轮轮轴零件图如图4所示。

天轮轮轴加工工艺过程如表1所示。

5 结语

天轮是提升系统中的重要设备之一。它直接关系到全矿生产和人身安全, 故对天轮轮轴的加工制造有一些重要的技术要求:

(1) 应保证天轮轮轴材料质量, 不允许有足以影响强度的缺陷存在。具有斑坑、裂纹、夹杂物或其他疵病的材料不许使用。

(2) 天轮轮轴应进行正火或调质处理, 并经探伤检查。轮轴表面应保证良好的加工光洁度, 不得有伤痕存在。

(3) 天轮轮轴的设计应特别注意轮径变化不应太急, 过渡处必须具有足够的圆角半径, 圆周表面及过渡圆角处均应具有较好的光洁度, 轴上应尽可能不可或少开槽孔, 更不应有尖角槽口出现。

(4) 未注明公差的尺寸应不超过国标八级精度的规定。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2007

[2]陈明主编.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2005

[3]北京有色冶金设计院, 鞍山黑色金属矿山设计院合编.金属矿山采矿设备设计[M].北京:冶金工业出版社, 1977

轮轴设计 篇10

凸轮轴是汽油机配气系统的重要组成部分,不同型线引起的性能直接影响发动机的动力性、经济性和排放水平,一般情况下,增大气门重叠角可以增加扫气,减少下一循环的缸内残余废气,从而改善燃烧,而减小气门重叠角则可以改善排放,气门升程与气门重叠角相互配合,共同影响发动机进气。本文通过对凸轮轴型线进行计算,对其气门升程、气门重叠角等重要参数进行优化及试验验证,研究了凸轮轴型线变化对发动机动力性、经济性和排放的影响。

1 基于凸轮轴型线理论计算分析

本文以某款PFI发动机为例,具体参数见表1,共针对3套凸轮轴进行理论计算,分别为V0/V1/V2方案,以V2方案为基础,分别对其进排气持续期及升程进行优化,将动力性作为优先选择标准,具体如下:

1.1 计算边界输入

Boost软件作为CAE计算分析常用软件,被广泛用于发动机性能计算分析,本文基于boost软件对凸轮轴进行性能选型,计算边界输入如下:

如图3所示EV0IV10即排气持续期不变,进气持续期增加10°,EV0IV-10即排气持续期不变,进气持续期减小10°,两种方案均为动力性最佳。

1.2 气门升程曲线差异

经过计算后的气门升程如图所示,三种凸轮轴方案分别命名为VO/V1/V2,以V2方案为基础,V0方案排气不变,进气包角减小、升程降低,这样将导致进气门迟滞开启和提前关闭,如图4所示。V1方案排气同样不变,分别适当增加进气包角、升程,这样将导致气门持续开启角度增大,如图3所示。

1.3 进气相位计算分析

以常用工况1500rpm为例,通过软件对进气道流量/温度进行计算,说明两种方案差异和侧重点。

以常用转速1500rpm (图6/7所示)为例,由图6可知V0方案进气道峰值流量最大,进气终了阶段气体回流相对较少。

由图7可知,1500rpm进气道温度,V0方案整体偏低,V1方案整体略高。

分析认为与V2方案相比,V0方案进气门迟滞开启可以使废气排除彻底,降低废气残余系数,提高新鲜空气充量,提前关闭导致进气回流减弱,进而降低了缸内高温气体对进气道壁上的油膜冲刷效果,降低进气道内温度,同时带来的副作用是降低雾化效果,但充气效率得到了保证。

而V1方案增大了进气门升程和包角,在进气后半段气门持续开启,这样做的效果是加强进气回流,提升进入缸内新鲜气体加热后的回流量,导致进气道温度升高,改善燃油雾化效果,这样可以改善燃烧,但此方案同样具有负效果,就是新鲜气体回流较多,可能会降低新鲜气体充量。

综上所述,V0方案充气效率最高,V1方案燃烧较优。

1.4 充气效率分析

充气效率公式计算如下:

Tmnifold:进气温度,℃

Pmanifold:进气压力,kpa

Massair:进气质量,kg/h

Vtotal:气缸排量,取样本发动机实际排量为1.497L

经上述公式计算,与V2方案相比,V0方案充气效率提升43.8%,V1方案提升5%,分析认为由于V1方案增大气门开启持续期,一方面在进气冲程气门最大升程后期增大了进气充量,另一方面在进气门末段气体回流同样较大,两者相互抵消最终导致V1方案充气效率提升较少。

2 试验装置及内容

2.1 试验装置及试验样本

试验装置如图9所示,主要包括AVL电涡流测功机,IndiModul 621燃烧分析仪等,PFI汽油机及电控系统。试验发动机样本采用了气道喷射、VVT等多项技术,排量为1.497L,点火顺序为1-3-4-2,样本发动机采用的试验用油为国93#。

3 试验目的及方法

3.1 试验目的

本文针对同一台发动机更换不同型线的凸轮轴进行性能试验,试验的主要目的在于通过不同型线凸轮轴在台架发动机上的性能表现,验证其对发动机性能的影响。

3.2 试验方法

(1)发动机冷却液出口温度控制在361±5K,机油温度368±5K,汽油温度298±5K[4];

(2)进、排气系统均采用整车进、排气系统;

(3) INCA数据、AVL燃烧分析仪和AVL台架数据同时采集;

(4)遵循单一变量原则,确保使用不同凸轮轴进行试验时发动机状态及边界条件一致。

4 试验结果数据分析

主要通过型线计算、不同凸轮轴对发动机基本性能及排放的影响进行分析。

4.1 台架基本性能分析

从1500rpm全负荷试验结果可知,如图10/11所示,在点火角、VVT等数据优化后,V0方案扭矩较原方案提升30.5%,油耗提升13.5%,V1方案较原方案扭矩提升8.6%,油耗提升4.6%。需要说明的一点是,与原方案相比,V1方案在整个进气持续期的进气质量增大13.3%,如图12所示。

4.2 燃烧特性分析

下图为1500rpm相同负荷时不同凸轮轴型线对应的燃烧数据,下面一一进行分析。

从图12可知,与原方案相比,V1方案起燃期对应的曲轴转角提前2.07°CA,速燃期提前0.65°CA,滞燃期提前1.83℃A,而V0方案起燃期滞后3.75°CA,速燃期滞后2.41°CA,滞燃期滞后8.52°CA,说明V1方案燃烧速率最高,V0最低。由图13可知,V1方案缸内最大燃烧压力较原状态提升9.32%,V0方案提升19.33%。表明V1方案燃烧最优,V0方案燃烧最差,分析认为V0方案由于其燃油在进气冲程雾化效果较差导致,但由于进气量充足保证了燃烧压力高。

4.3 排放特性分析

针对汽油机,排放污染物主要为THC,图14为1500rpm不同凸轮轴THC台架试验采集数据,可以代表其燃烧优劣与原方案相比,V1方案THC排放降低19.4%,V0方案提升85.2%。而V0方案未燃THC大幅升高,一方面与进入缸内混合气较多有关,另一方面与燃烧较差有关。

图15表示不同方案的过来空气系数,V1方案最大,V0方案最小,也直接说明了V1方案燃烧最优。

5 结论

5.1 气门包角进气道喷射燃油雾化有一定的贡献,对适当减小进气持续期,可提高充气效率,进而提高低速性能,如V0方案;

5.2 适当增大进气门升程及持续期,可以提高燃油雾化效果,改善燃烧降低油耗,如V1方案;

5.3 两种方案均有不同的侧重点,在进行凸轮轴设计开发时,需充分考虑各种方案优缺点,结合其他零部件进行选择。

5.4 凸轮轴不同型线设计对高转速的影响,本文没有涉及,但高转速由于转速、燃烧等的不同凸轮轴型线对其影响较小。

摘要：凸轮轴是发动机进气系统的重要组成部分,不同型线直接影响发动机的性能和排放水平。本文通过对PFI增压汽油机进行不同型线的凸轮轴计算分析和试验验证,研究了凸轮轴型线对发动机性能及燃烧特性的影响。试验表明,适当减小气门重叠角可以有效提高低速扭矩,但是燃烧变差,适当增大进气门升程及包角,可以增加扫气的同时提高燃油雾化效果,改善燃烧降低油耗,但对扭矩无明显影响。

关键词：凸轮轴,型线,PFI,性能,排放

参考文献

[1]Bata R M,Roan V P.Effects of Ethanol and/or Methanol in Alcohol-Gasoline Blends onExhaust Emissions[J]Engineering for Gas Turbines and Power,1989,111(3);432-438.

[2]Stump F,Knapp K,Ray W,et al.Influence of Ethanol-Blended Fuels on the Emissions from Three Pro-1985 Light-Duty Passenger Vehicles[J].Air and Waste Management Association,1996,46(12):1 149-1161.

[3]石一民,吴金.车用乙醇汽油在我国推广应用的现状分析及对策[J].能源与环境,2007,(6):41-44.

[4]全国汽车标准化委员会GBl8297—2001.汽车发动机性能试验方法[S].北京:国家质量技术监督局,2001.

刮板机链轮轴加工工艺分析 篇11

一、刮板输送机传动系统特点分析

刮板输送机在采煤工作当中, 具有一定的特殊性。刮板输送机作为采煤工作面上唯一能够进行有效连续运输的设备, 在使用过程当中, 会承受拉力、压力、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用, 工作环境相对恶劣。除能够运输设备外, 它还具有其他一系列的功能, 如作为采煤机的运行轨道、为拉移液压支架做固定支点、清理工作面浮煤、悬挂电缆、水管、液压管路等。刮板输送机的传动系统主要有电动机、耦合器、减速器、链轮轴组、刮板链等部件组成, 这些部件有机地结合在一起, 共同组成了刮板输送机的传动链。刮板输送机的传动系统是一种可修复的串联系统, 任何部件发生一定程度的故障, 都会导致整个系统失效。

二、主要的加工难点分析

在加工过程中, 可能会遇到一定的困难, 主要表现在以下几个方面。

1. 链轮轴链轮沿齿廓淬火 (HRC≥45, 深≥3 mm) 的部位, 淬火前需要对变形部位的留量问题、变形量进行进一步确定。

2. 链轮轴长3 073 mm链轮部分距轴端而的一端717 mm, 两处链轮相距252 mm。此外, 还需要在5330型滚齿机上加工出两处链轮, 必须加工工装;同时在工艺上还要求胎具定位和抱架定位尺寸准确, 才能保证滚出两处链轮。

三、刮板机链轮轴加工工艺分析

1. 链轮轴加工工艺流程。

对于链轮轴来说, 它有一套相对固定的、系统的制作加工流程, 即材料的下放→模型锻造→第一次热处理 (使用正火) →模型粗加工→第二次热处理 (调质) →车左右两端半精加工→插花键→描线划线→进行钳加工→铣段外表面槽→齿轮粗铣→窝链以及齿轮的精工洗→链轴轮的钻孔→齿轮的淬火以及花键淬火的热处理→磨左右断面的精加工→程序车浮封腔的精加工→精车左右端的精加工→钳的加工→→零件组装。

数控机床一投投资成本较高, 对于切削加工而言, 只有保证先进设备的刀具具有较好的材质, 才能真正地发挥出先进设备的功效。而在切削加工的过程当中, 加工效率主要是由被加工材质、切削刀具、切削用量决定的, 这3个要素也被称作决定加工效率的三大要素。铣削是断续切削, 在断续切削中, 由于刀具的循环使用, 不停地切入切出, 刀具崩刃、剥落、破裂等情况时有发生, 影响刀具的使用实效。在现阶段, 出现了35Cr Mo、40Cr Mo和40Cr Ni Mod等更为坚硬的材料制成的被加工链轮, 相对于之前所用的成型铣刀 (采用W18Cr4V高速钢) 来说, 它具有热塑性更为强力、加工线更加高耐磨损、耐用度更高等优点。在不断地提高加工的效率和加工的质量的同时, 也在一定程度上促进了机床朝着高速度、高刚度方向的发展。

对加工刀具的性能进行有效的控制, 一般情况下需要满足以下几项要求。

(1) 高硬度和高耐磨性。目前, 常见的刀具材质硬度都大于HRC60, 这样所制造出来的刀具才能具备耐磨性好的特点。制作刀具材质的硬度必须高于被加工材质的硬度。

(2) 足够的强度和冲击的韧性。只有满足足够的强度, 刀具在抗削力的作用中才不会出现刀刃的崩碎及折断。

(3) 高耐热性 (红硬性) 。作为刀具材料的最主要指标, 耐热性就很好地体现出刀具在高温中保持的硬度强度, 耐热耐磨, 抗氧抗扩散抗黏结的能力。

2. 链轮轴数控加工关键技术。

在链轮轴数控加工中, 最为关键的一项技术便是链窝的数控加工。一台重型运输机的使用寿命与链窝的加工质量关系密切, 因此保证链窝加工的合格率, 提高加工效率至关重要。链轮的主要动力来源于链轮轴, 运用渐开线可以将链轮轴与链轮进行相互有效的连接, 因此对链轮齿形以及链轮窝进行加工时, 需要结合链轮的基本技术要求, 并在此基础上进行有效地加工, 只有这样, 才可以有效保障动力依靠链轮可靠平稳的传递。在制造加工链轮划线工序中, 花键的另一端面画出齿形铣用线时必须以其中一个花键作为参照基础, 然后在这个作为基础参照物的花键齿上标做记号“J”, 同时, 在右端面在基础参照齿M的两翼位置标记一个长8 mm的等边三角形。在半精加工时, 精铣齿形与链窝加工工序的精确度必须保证齿形的基础参照物和渐开花键参照基准的相互吻合, 还要保证齿形的均匀精确等分。

四、结论