曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論與數(shù)值模擬
定 價:38 元
- 作者:劉榮昌 ,等 著
- 出版時間:2010/2/1
- ISBN:9787118067095
- 出 版 社:國防工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TH133.5
- 頁碼:292
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:大32開
《曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論與數(shù)值模擬》為國家自然科學基金項目“曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論研究”的主要研究成果。作者圍繞曲軸的強度分析和滾壓強化問題進行了深入系統(tǒng)的研究,提出了曲軸滾壓刀具結構參數(shù)、運動參數(shù)和載荷參數(shù)的設計準則與方法;對曲軸滾壓強化的表面硬化層的深度和殘余應力進行理論預測,探討滾壓工藝參數(shù)對殘余應力與變形層分布及數(shù)值上的影響;在對曲軸有限元,模型規(guī)范化研究的基礎上,提出了通用化的分析模塊劃分方法、模型參數(shù)化方法和系統(tǒng)實現(xiàn)方法;通過顯式-隱式求解手段將滾壓強化和強度分析模型有機地融合在一起,形成統(tǒng)一的分析模型,研究考慮滾壓強化效應的曲軸有限元建模與分析方法,對曲軸滾壓后的殘余變形進行了分析計算!肚S滾壓關鍵參數(shù)設計理論與數(shù)值模擬》內容在一定程度上解決了工程上滾壓工藝參數(shù)和刀具結構參數(shù)選擇無據(jù)可依的問題,為科學評價滾壓強化效果提供了方法和依據(jù)。
《曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論與數(shù)值模擬》建立的圓弧接觸線回轉體摩擦傳動運動學模型不僅為曲軸園角滾壓運動和結構參數(shù)設計提供了一種優(yōu)化設計方法,也為該類傳動提供了一種減小滑動、提高傳動效率的新方法。作者將應力狀態(tài)和軟性系數(shù)等概念引入了接觸問題,對加工硬化現(xiàn)象中的表層、亞表層和深層給出了公式化的量化描述。書中提出的多項式插值的加權平均法推導過程簡單、思路清晰,具有明確的物理意義并簡化了三角形單元和四邊形等參元的形函數(shù)推導過程。
《曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論與數(shù)值模擬》可供企業(yè)中從事曲軸強度和強化研究與實踐的專業(yè)技術人員參考使用,亦可供機械設計、汽車與動力機械工程、應用力學等相關專業(yè)的科研人員、工程技術人員和碩士、博士研究生參考。
曲軸作為內燃機中最重要的部件之一,其結構參數(shù)以及加工工藝水平不僅影響著整機的尺寸和重量,而且在很大程度上影響著內燃機的可靠性與壽命。近年來隨著對內燃機動力性、可靠性要求的不斷提高,曲軸的工作條件愈加苛刻,曲軸的強度問題變得更加重要。為了使曲軸的強度設計更加科學,在曲軸的強度和曲軸的合理強化問題上國內外許多學者進行了大量的研究工作,但歸納起來仍存在著以下幾方面的問題:①有限元技術是一種計算曲軸疲勞強度的行之有效的方法,但目前曲軸有限元分析模型采用了形式各異的簡化原則與方法,邊界條件處理方法千差萬別,針對具體型號產(chǎn)品的重復研究問題較為嚴重;②由于曲軸結構復雜,建模時間較長,為了提高效率,印度汽車工業(yè)研究院的Athavale等人提出了曲軸幾何模型參數(shù)化的概念,但遺憾的是其僅僅對曲軸的少量結構尺寸進行了參數(shù)化處理,對有限元模型的載荷與邊界條件、材料性能參數(shù)和網(wǎng)格劃分參數(shù)卻只能手工處理,并且通用化程度低——只能針對小型風冷汽油機曲軸;③曲軸圓角滾壓強化工藝是一種理想的曲軸表面強化手段,在曲軸強化的工藝方法上有著廣闊的發(fā)展前途,但國內外在曲軸滾壓強化工藝研究上局限于試驗研究,設計方法和理論研究的欠缺導致滾壓刀具結構設計、滾壓工藝參數(shù)選擇無據(jù)可依,在很大程度上限制了滾壓質量的提高;④曲軸的強度和強化方法、工藝的選擇是密不可分的,然而,已有的曲軸強度分析模型都沒有考慮曲軸的強化效應,而只能在疲勞強度或壽命計算時以一個經(jīng)驗性的強化系數(shù)來予以修正,這顯然在很大程度上影響了曲軸強度分析的準確性和可靠性,也不利于對曲軸的強化效果進行合理的評價。
劉榮昌,男,1970年6月生,1993年畢業(yè)于河北工業(yè)大學汽車拖拉機專業(yè),獲工學學士學位,2001年3月畢業(yè)于西安理工大學機械設計及理論專業(yè),獲工學碩士學位,2005年6月畢業(yè)于西安理工大學機械設計及理論專業(yè),獲工學博士學位,主要從事機械設計及理論、車輛工程等方面的研究工作,完成河北省科技廳計劃項目和河北省教育廳項目各一項,獲河北省科技進步三等獎一項,主講的2門課程被評為省級精品課程,現(xiàn)主持國家自然科學基金項目一項,主研河北省教育廳項目2項,發(fā)表學術論文50余篇,其中18篇被EI收錄,F(xiàn)為河北科技師范學院副教授,機電工程學院院長。機械工程類專業(yè)帶頭人。校級學術骨干,受聘擔任《內燃機學報》特邀編委。秦皇島市第七批專業(yè)技術拔尖人才。
馬淑英,女,1952年10月生,河北科技師范學院教授。曾任農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)教研室主任,現(xiàn)任農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)帶頭人,碩士研究生導師。1975年畢業(yè)以來,一直從事農(nóng)業(yè)機械化本科專業(yè)的教學與科研工作。主講《農(nóng)業(yè)機械學》、《農(nóng)業(yè)機械化管理學》、《汽車理論》、《汽車運用工程》、《汽車發(fā)動機構造與維修》等課程。獲河北省教學成果二、三等獎各1項,省優(yōu)秀多媒體課件二等獎和學院教學成果二等獎。主編國家規(guī)劃教材《農(nóng)機檢測技術》、《農(nóng)業(yè)機械技術》和《栽培設施工程技術》。省級精品課負責人和省級教學名師?蒲蟹矫。主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的結構設計與農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)檢測等方面的研究。先后取得科研成果14項;獲得河北省科技進步三等獎。中國職業(yè)教育學會一等獎,多次獲得市(廳)級獎勵;發(fā)表學術論文60余篇;現(xiàn)承擔國家自然基金、省科技廳和省教育廳科研項目6項。2004年被評為秦皇島市優(yōu)秀教師,2007年被評為河北省模范教師,2008年被評為學校教學名師和巾幗建功標兵,2009年評為河北省教學名師。
馬國清,男,1970年12月生,1993年畢業(yè)于河北工業(yè)大學汽車拖拉機專業(yè),獲工學學士學位。2001年3月畢業(yè)于河北工業(yè)大學機械設計及理論專業(yè)。獲工學碩士學位,2005年3月畢業(yè)于天津大學機械制造及其自動化專業(yè),獲工學博士學位。2005年4月至2008年8月在河北工業(yè)大學機械工程博士后流動站和中煤張家口煤礦機械有限責任公司從事博士后研究工作。主要從事機械設計及理論、車輛工程等方面的研究工作。參與國家863項目及國家自然科學基金項目各一項,主持完成中煤張家口煤礦機械有限責任公司項目一項。成功申請一項實用新型專利,與他人合作編寫教材一部。發(fā)表學術論文15篇。其中被三大索引收錄論文五篇,F(xiàn)為煙臺大學副教授,機電汽車工程學院副院長。
第1章 概論
1.1 曲軸的強度研究回顧
1.2 提高曲軸疲勞壽命的方法和途徑
1.3 曲軸圓角滾壓工藝
1.4 本書的主要內容
第2章 曲軸的參數(shù)化建模與有限元分析
2.1 有限元法的理論基礎和計算平臺
2.2 曲軸CAE模型的規(guī)范化
2.3 曲軸CAE模型的參數(shù)化
2.4 參數(shù)化曲軸有限元分析系統(tǒng)的開發(fā)
2.5 直列四缸曲軸分析示例
2.6 結論
第3章 滾壓基本工藝參數(shù)的設計方法
3.1 圓角滾壓運動及結構參數(shù)的優(yōu)化設計
3.2 加載范圍與原則的選擇和確定
3.3 滾壓系統(tǒng)設計的基本計算
3.4 加工硬化層深度的軟性系數(shù)描述
3.5 曲軸滾壓加工的數(shù)值模擬
第4章 確定最佳滾壓參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡法
4.1 最佳殘余應力理論
4.2 曲軸具體工況有限元模擬
4.3 曲軸圓角滾壓的正交試驗
4.4 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡殘余應力的預測
4.5 最佳滾壓參數(shù)的確定
第5章 多項式插值的加權平均法及其應用
5.1 引言
5.2 加權平均法的物理意義
5.3 單自變量的情況
5.4 兩自變量的情況
5.5 在有限元形函數(shù)推導中的應用
5.6 結論
第6章 基于虛擬樣機技術的曲軸系動力學分析
6.1 基于Kane-Huston方法的內燃機動力學建模及仿真
6.2 基于虛擬樣機技術的曲軸系動力學分析
6.3 曲軸的固有動力學特性分析
6.4 曲軸系受迫振動分析
第7章 曲軸滾壓的顯式動力學分析
7.1 滾壓過程的顯式動力學模擬
7.2 考慮滾壓強化效應的曲軸強度分析
7.3 滾壓加工殘余變形的有限元分析
參考文獻
第1章 概論
曲軸是汽車、拖拉機動力裝置的核心零件之一,在內燃機的五大件(機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪組)中,曲軸具有結構復雜、加工制造困難、承受載荷較大并且受力狀態(tài)復雜等特點,其結構參數(shù)以及加工工藝水平不僅影響著整機的尺寸和重量,而且很大程度上影響著內燃機的可靠性與壽命。由于曲軸結構復雜、剛性較差,在制造過程中又受到冷熱加工等各種因素的影響,因此,處于工作狀態(tài)的曲軸各部分應力分布是不均勻與交變的,尤其是在曲柄臂和過渡圓角部位會產(chǎn)生嚴重的應力集中。同時,曲軸的主軸頸、連桿軸頸及其軸承副高速的旋轉運動也會造成磨損和發(fā)熱燒損。曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸嚴重磨損,為了保證發(fā)動機正?煽康毓ぷ鳎笄S有足夠的強度、剛度、耐磨性和平衡精度,所以有必要提高曲軸的強度。
發(fā)動機曲軸圓角滾壓工藝、設備及其相關技術的研究已經(jīng)成為當前汽車工業(yè)發(fā)展,特別是轎車工業(yè)發(fā)展不可或缺的關鍵技術之一。但是到目前為止,國內外對曲軸滾壓的工藝研究尚不十分充分,如曲軸材料、殘余應力狀態(tài)、滾壓工藝參數(shù)等因素對滾壓層和曲軸疲勞強度的影響方面還缺乏系統(tǒng)的研究,曲軸滾壓參數(shù)的選取、滾壓效果的評價還沒有一套科學合理的方法。針對上述問題,本書作者于2007年申報了國家自然科學基金項目“曲軸滾壓關鍵參數(shù)設計理論研究”,本書在總結曲軸強度分析和滾壓強化已有成果的基礎上,主要介紹作者在此方面所取得的工作成果。