專利名稱：曲軸非圓磨削四點剛度受力變形計算方法
技術領域：
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算方法，特別是一種曲軸非圓磨削四點剛度受力變形計算方法。
背景技術：
曲軸由于結構形狀的原因，不同方向上的剛度各不相同，如不做補償進行磨削控制將導致工件圓度誤差。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，為了準確計算曲軸不同磨削點上的補償量，必須建立曲軸較準確的剛度模型，以便計算出曲軸磨削過程中不同點的變形誤差，進行補償。

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剛度受力變形計算方法，可計算出曲軸磨削過程中不同點的變形誤差，以便于進行補償。
為達到上述目的，本發(fā)明的構思是采用曲軸連桿頸表面上相互垂直的四個點受指向連桿中心的力作用時的剛度，按照力的分解與合成原理計算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時的磨削點半徑方向的受力變形。
為便于理解本發(fā)明的技術方案，先作如下的原理推導曲軸磨削過程中的變形情況如圖1，建立以O為原點OOW為X軸的直角坐標系統(tǒng)，對曲軸進行受力分析。則對曲軸連桿頸任意的磨削力，通過平移、分解可轉換成作用于OW點X，Y兩個方向的作用力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為曲軸回轉中心O與連桿頸中心Ow的連線OOw和曲軸回轉中心與砂輪中心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磨削切點沿連桿頸表面運動的角速度(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償量。
因此，只要測出受X、Y方向力及力矩M1作用時，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，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點受X正、X負、Y正、Y負力及Ow受力偶矩作用時的剛度系數(shù)，即圖1中，Q1、Q2、Q3、Q4受指向Ow點力作用時的剛度系數(shù)與力偶矩作用時的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點受X方向力作用時X方向和Y方向的剛度系數(shù)，KYX、KYY為Ow點受Y方向力作用時X方向和Y方向的剛度系數(shù)，KMX、KMY為Ow點受力偶矩作用時X方向和Y方向的剛度系數(shù)。當X方向的力為正X方向時，KXX、KXY對應Q3點的剛度系數(shù)，當X方向的力為負X方向時，KXX、KXY對應Q1點的剛度系數(shù)。
當Y方向的力為正Y方向時，KYX、KYY對應Q4點的剛度系數(shù)，當Y方向的力為負Y方向時，KYX、KYY對應Q2點的剛度系數(shù)。
KMX、KMY一般加工過程切向力主方向不變，只要根據(jù)方向測一個方向即可。
則連桿頸半徑方向的變形量計算公式為ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
根據(jù)上述的發(fā)明構思及原理推導，本發(fā)明采用下述技術方案一種曲軸非圓磨削四點剛度受力變形計算方法，其特征在于以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個點的剛度，計算曲軸加工或應用中受任意力作用時的變形量，具體計算步驟如下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換為作用于連桿頸中心OW點X，Y兩個方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉角，α-曲軸回轉中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉中心與砂輪中心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的正負方向選擇四點中相應兩點的剛度進行計算當X方向受力的X正方向時，即FX＞0時，選擇Q3點的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當X方向受力為X反方向時，即FX＜0時，選擇Q1點的剛度系數(shù)(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。當Y方向受力為Y正方向時，即FY＞0時，選擇Q4點的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當Y方向受力為Y反方向時，即FY＜0時，選擇Q1點的剛度系數(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點變x方向力作用時x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點受x方向力作用時y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點受偶矩作用時x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點受偶矩作用時y方向的剛度系數(shù)。
e.最后按下列公式計算，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)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明采用曲軸連桿頸表面相互垂直的四個點受指向連桿中心的力作用時的剛度，按照力的分解與合成原理計算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時的磨削點半徑方向的受力變形，也就準確給出曲軸不同磨削點所需的磨削補償量，以便于加工過程中進行補償。


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剛度受力變形計算程序框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下參見圖1，本曲軸非圓磨削四點剛度受力變形計算方法是以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個點的剛度，計算曲軸加工或應用中受任意力作用時的變形量，具體計算步驟如下(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換為作用于連桿頸中心OW點X，Y兩個方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉角，α-曲軸回轉中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉中心與砂輪中心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的正負方向選擇四點中相應兩點的剛度進行計算當X方向受力的X正方向時，即FX＞0時，選擇Q3點的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當X方向受力為X反方向時，即FX＜0時，選擇Q1點的剛度系數(shù)(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。當Y方向受力為Y正方向時，即FY＞0時，選擇Q4點的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當Y方向受力為Y反方向時，即FY＜0時，選擇Q1點的剛度系數(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點變x方向力作用時x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點受x方向力作用時y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點受偶矩作用時x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點受偶矩作用時y方向的剛度系數(shù)。
(5)最后按下列公式計算，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)]]>實際具體計算時，采用計算機進行運算，其運算程序如圖2所示。
權利要求
1.一種曲軸非圓磨削四點剛度受力變形計算方法，其特征在于以曲軸連桿頸表面相互垂直的四個點的剛度，計算曲軸加工或應用中受任意力作用時的變形量，具體計算步驟如下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換為作用于連桿頸中心Ow點X，Y兩個方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲軸連桿頸中心轉角，α-曲軸回轉中心O與連桿頸中心Ow和曲軸回轉中心與砂輪中心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的正負方向選擇四點中相應兩點的剛度進行計算當X方向受力的X正方向時，即FX＞0時，選擇Q3點的剛度系數(shù)(K＝3XX，KXY＝K3XY)；當X方向受力為X反方向時，即FX＜0時，選擇Q1點的剛度系數(shù)(KXX＝K1XX，KXY＝K1XY)。當Y方向受力為Y正方向時，即FY＞0時，選擇Q4點的剛度系數(shù)(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；當Y方向受力為Y反方向時，即FY＜0時，選擇Q1點的剛度系數(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點變x方向力作用時x方向的剛度系數(shù)，Kyx-所述的Ow點受x方向力作用時y方向的剛度系數(shù)，KMx-所述的Ow點受偶矩作用時x方向的剛度系數(shù)，KMy-所述的Ow點受偶矩作用時y方向的剛度系數(shù)。e.最后按下列公式計算，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剛度受力變形計算方法。它是采用曲軸連桿頸表面上相互垂直的四個點受指向連桿中心的力作用時的剛度，按照力的分解和合成原理，計算曲軸連桿頸任意角度受任意大小力時的磨削點半徑方向的受力變形。這就準確給出曲軸不同磨削點所需的磨削補償量，以便于加工過程中進行補償。
文檔編號G06F17/00GK1851688SQ200610026948
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權日2006年5月26日
發(fā)明者吳鋼華, 何永義, 姚俊, 沈南燕 申請人:上海大學