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原文传递曲轴圆角强化滚压相关理论及关键技术研究

论文题名：	曲轴圆角强化滚压相关理论及关键技术研究
关键词：	圆角滚压;摆差测试;有限元;BP神经网络;支持向量机;曲轴疲劳强度;球墨铸铁;校直工艺
摘要：	曲轴是汽车发动机中最重要、承受交变载荷最大的零件。曲轴的主要破坏形式是弯曲疲劳破坏，其疲劳裂纹常常起源于曲柄至轴颈的过渡圆角处。圆角滚压可以大幅提高球墨铸铁曲轴的疲劳强度，鉴于球墨铸铁的密度小于锻钢，以球墨铸铁曲轴代替锻钢曲轴可以节省大量金属材料，降低成本。但是曲轴滚压的关键设备及技术一直由外国公司把持，国内销售价格居高不下，所以研究曲轴圆角滚压的关键技术并研制相关设备，具有重大的实际应用价值。　　本文介绍了曲轴滚压、摆差测试和校直工艺过程，分析了影响滚压强化效果的工艺参数。通过有限元数值模拟计算，详细分析了在不同控制加载方式、滚压圈数、滚压力、沉割槽等情况下，曲轴滚压强化效果，得出了应力、应变的分布规律，为滚压工艺优化提供了理论参照。　　在Windows环境下利用VC编程进行了压力闭环控制，建立了被控对象神经网络模型，构建了内模控制器，有效的抑制了动钳压力波动。论述了一种通过检测下压量来衡量残余应力的大小的检验方法，提出了将恒力滚压机通过简单的方式改造为变力滚压机的方法。　　建立了摆差测试数学模型，研制了基于LVDT的摆差测试硬件系统。当被测工件中心线和回转中心线不重合时，采用了矢量合成的数据处理方法以消除偏差。采用最小二乘法修正了摆差相位，采用了矢量模型变换方法以处理摆差数据，将项尖测试基准下的结果变换为V型铁基准下的理论测试结果，在实践中获得了与曲轴实际变形手工测试基本一致的结果。　　利用最小二乘支持向量机结合多分类方法，构建了曲轴校直位置分类器。利用BP神经网络建立了校直专家决策数学模型，用数据融合的方法将多种决策下的控制量合成输出，在实用中取得了较好的效果。　　设计了脉冲方向型电机系统的接口电路，研制了具有自主知识产权的小型数控系统和PLC系统。制订了工控机IPC到数控系统的通信协议，在VC下编程实现了IPC与PLC系统间的通信，利用约定的存储单元实现了工作状态的同步控制。　　研究了曲轴滚压后的显微组织变化，找出了曲轴强化微观组织机理。滚压工艺使基体组织致密并且改善了应力集中现象，同时使滚压层晶内位错密度升高导致曲轴强度提高。测试了滚压部位的应力，结果表明在轴向和切向均产生了残余压应力，越靠近表层产生的残余压应力越大，这种残余压应力增强了曲轴疲劳强度。　　总之，文中采用有限元仿真、理论研究、样本学习和实验检验等等方法，研究了曲轴圆角强化、测试和校直工艺的关键技术。并成功研制出自动化程度较高的曲轴圆角滚压强化机床，填补了国内空白，占领了部分市场。
作者：	张锐
专业：	交通信息工程与控制
导师：	胡荣强
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文