摘要
曲轴是各种内燃机的关键零部件，其轴颈的圆度误差直接影响着发动机的配合精度、旋转精度、摩擦、振动和噪声，伴随着汽车工业的发展，对曲轴的制造精度、效率和质量提出了更高的要求。曲轴非圆磨削技术的出现虽然提高了磨削效率，但是在非圆磨削特殊的跟踪磨削过程中，影响工件几何尺寸和形状误差的因素不同于常规磨削，其加工过程中的质量控制的难度也更加困难。因此开展曲轴非圆磨削加工中表面几何形状误差及其在线测量方法的研究工作，不仅有利于提高加工精度，促进曲轴非圆磨削在线检测技术的完善和推广，而且对于我国先进制造装备水平及国际竞争力的提升也有积极的作用，具有重要的理论意义和经济意义。
本文以曲轴非圆磨削加工中的表面形状误差和几何尺寸为主线，对影响磨削加工精度的主要因素、曲轴非圆磨削过程振动及其与工件表面波纹度之间的联系、在线检测方法及圆度误差分离方法等关键技术展开研究，论文的主要研究工作和取得的成果如下：
论文首先研究了曲轴连杆颈非圆磨削运动过程及影响曲轴加工表面几何形状误差的主要因素，探讨了由磨削力引起工件弹性变形对加工精度的影响，并建立了补偿模型，经实验验证补偿模型能有效降低弹性变形产生的影响。
其次对曲轴非圆磨削过程的振动现象及其对磨削表面波纹度的影响进行了研究。应用双再生反馈模型对曲轴连杆颈非圆磨削颤振的机理进行分析，探讨了砂轮磨削切点线速度变化和曲轴变速转动对颤振的抑制作用；建立了曲轴连杆颈非圆磨削的六自由度动力学模型，通过模态分析方法对系统动力学方程组解耦后，对强迫振动产生影响进行了仿真计算。
论文提出了能够同时对曲轴非圆磨削加工中轴颈圆度和直径进行在线测量的主动跟踪测量方法，并开发了与曲轴非圆磨床配套的主动跟踪测量装置，分析了跟踪测量装置系统误差及其对跟踪测量精度的影响。
论文提出了将曲轴非圆磨削中轴颈圆度误差和系统误差从测量数据中进行分离的三点跟踪圆度误差分离方法，并探讨了影响三点跟踪法误差分离精度的因素。研究了采用小波变换原理对传感器组采集信号局部特征进行分析和提取的方法。
最后通过计算机仿真和实验对本文研究内容进行了验证。
As a key part of engine, the crankshaft's roundness has a direct impact for engine performance, such as precision, friction, vibration, noice and so on. To achieve low production cost, high efficiency and precision of the crankshaft manufacture, the noncircular grinding process technology emerged as the times require, which avoids the fixture errors in the conventional grinding process for crankshaft. In the noncircular grinding process, there are various influences affect the process precision and the surface quality of the crankpin. Therefore, the researches on the measurement method of diameter and roundness errors of crankshaft and the way of data feedback have the great significance in theory and economy. These research works can not only improve and commercialize the on-line measurement technology for the crankshaft noncircular grinding, but also can enhance the quality and competition of the domestic advanced manufacture equipment.
The main contents of this dissertation are focused on the surface form errors and the geometrical dimension of crankshaft, including the central factors that impair machining quality, the relationship between the vibration and the surface quality in the crankshaft noncircular grinding process, the on-line tracing measurement system for diameter and roundness errors as well as the three-sensor tracing principle adopted for roundness error separation. This dissertation makes some creative researches on the following aspects:
The motion process of the crankshaft noncircular grinding is described firstly. The central factors that affect diameter and roundness errors of crankshaft noncircular grinding process are analyzed in depth. The compensation model for the crankpin's deformation due to grinding force is developed. It is shown that the deformation model calculated results coincide with the experimentally observed results. And the machining-error in the radial direction of the crankpin can be easily worked out according to the predictive model of crankpin's deformation, which underpins the error compensation in crankshaft noncircular grinding process.
The vibration and its influences occurring in the crankshaft noncircular grinding process are studied. The chattering mechanism of the crankshaft noncircular grinding is explained using dual-regenerate model; the mechanism of the suppression and delay of chattering by variable speed grinding are studied both for the grinding point on the wheel and the variable rotating speed of the crankshaft. The six-degree-freedom dynamics model of the crankshaft noncircular grinding process is developed and the impacts due to the forced vibration are simulated by computer on the basis of decoupling the system dynamics equations via modal analysis method.
An on-line tracing measurement method is presented for measurement the diameter and roundness errors of crankshaft's journal same time according with the characteristics of the crankshaft noncircular grinding process. The tracing measurement equipment is also developed and its system errors and influence on measuring precision are conducted.
The three-sensor tracing principle is presented for the crankpin's roundness errors separation with system errors from measurement data. The factors that impact the separation precision of the three-sensor tracing principle are presented in detail. Using the wavelet analysis method, the detail imformation of roundness is extracted from the measurement signal after errors separation process.
Finally, the simulation and experiments prove the validity of the above research works.
引文
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