CN104259736A - 一种曲轴滚压装置 - Google Patents
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Abstract
一种曲轴滚压装置，包括上滚压头和下滚压头，上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，上滚压保持架上设置有一组上压头滚轮，上压头滚轮的两端分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；下滚压头包括下滚压体和两个下压头导轮，下滚压体上设置有两个下压头滚轮保持架，每个下压头滚轮保持架上设置有一组下压头滚轮，下压头滚轮的两端分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；上压头滚轮与曲轴之间为恒定滚压角α，所述下压头滚轮与曲轴之间为摆动滚压角β，所述摆动滚压角β的摆动范围为45°～60°。该曲轴滚压装置有效解决了曲轴圆角滚压后疲劳强度提高有限和滚压效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及曲轴滚压技术领域，具体的是一种曲轴滚压装置。
背景技术
曲轴是发动机中的核心零件之一，其综合机械性能直接决定发动机的使用寿命。曲轴的失效形式一般有轴颈磨损和疲劳断裂两种类型。对于疲劳断裂，一般采用轴颈圆角滚压强化工艺来提高其疲劳强度，以达到曲轴延长使用寿命的要求。应用于圆角滚压工艺的滚压头，一般分为上滚压头和下滚压头，上滚压头负责对曲轴圆角进行滚压加工，具体为两个滚轮对曲轴轴颈圆角实施滚压加工，滚轮与轴颈成一定角度；下滚压头承担对上滚压头产生的滚压力平衡支撑作用，具体为两个滚柱支撑曲轴轴颈。
在具体实施过程中由于滚轮与轴颈角度目前尚无一定标准参考，不同产品规定的滚压角度不同，一般在45-60°之间。在哪一个角度值滚压的效果如何也无理论依据，滚压后的曲轴疲劳强度也很难达到理想的效果，而且生产效率低下。究其原因，有三个方面影响因素，一是在某一角度下以一定压力滚压产生的塑性变形区域较小，形成的压应力有限，很难完全或大部分抵消曲轴在发动机中运转时产生的拉应力；二是滚压角度固定，圆角滚压时滚轮与轴颈圆角接触面小，滚压后圆角光亮带窄，不成形；三是下压头仅起支撑作用，对滚压效果无贡献。以上三方面原因造成曲轴圆角滚压后疲劳强度提高仅为40%-60%左右，无法达到理想的抗疲劳强度效果，而且滚压效率低下。这就是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种曲轴滚压装置，其能够增大曲轴滚压后的疲劳强度，提高滚压效率。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种曲轴滚压装置，包括上滚压头和下滚压头，所述上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，所述上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，所述上滚压保持架上设置有一组上压头滚轮，所述上压头滚轮的两端分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述下滚压头包括下滚压体和两个下压头导轮，所述下滚压体上设置有两个下压头滚轮保持架，每个下压头滚轮保持架上设置有一组下压头滚轮，所述下压头滚轮的两端分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述上压头滚轮与曲轴之间为恒定滚压角α，所述下压头滚轮与曲轴之间为摆动滚压角β，所述摆动滚压角β的摆动范围为45°～60°。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。这样的设置能够保证滚压过程的稳定性。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述下压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮的旋转中心之间设置有偏心量e，且偏心量e为下压头滚轮在摆动滚压角β内径向摆动距离的二分之一。这样的设置能够保证下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述下压头导轮的轮毂中与下压头滚轮配合处的厚度，沿下压头导轮的圆周方向由最大值l2向最小值l1连续过渡，且最大值l2与最小值l1之间的差值为单个下压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。这样的设置能够保证下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a，保证下压头滚轮能够正常的摆动。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述上压头滚轮和两组下压头滚轮两两之间的夹角分别为120°。这样的设置能够保证滚压时，上压头滚轮和两组下压头滚轮等压力滚压。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述恒定滚压角α的取值为52°。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述上压头滚轮包括两个对称安装的滚轮；所述每组下压头滚轮包括两个对称安装的滚轮。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述上滚压体上安装有上压头芯轴，所述上压头导轮通过上压头滚针轴承安装在上压头芯轴上；所述下滚压体上安装有下压头芯轴，所述下压头导轮通过下压头滚针轴承安装在下压头芯轴上。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述上滚压体上固定连接有上压块，所述上压头滚轮保持架固定在上压块上；所述下滚压体上固定连接有下压块，所述下压头滚轮保持架固定在下压块上。所述上压块通过螺栓固定在上压头滚轮保持架上；所述下压块为V型结构、其中部通过螺栓固定在下压头滚轮保持架上。
作为优选，本方案的技术特征还包括：上述上压头滚轮与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合，所述下压头滚轮与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合。
本发明的有益效果从上述的技术方案可以得知：一种曲轴滚压装置，包括上滚压头和下滚压头，所述上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，所述上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，所述上滚压保持架上设置有一组上压头滚轮，所述上压头滚轮的两端分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述下滚压头包括下滚压体和两个下压头导轮，所述下滚压体上设置有两个下压头滚轮保持架，每个下压头滚轮保持架上设置有一组下压头滚轮，所述下压头滚轮的两端分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述上压头滚轮与曲轴之间为恒定滚压角α，所述下压头滚轮与曲轴之间为摆动滚压角β，所述摆动滚压角β的摆动范围为45°～60°。滚压时曲轴旋转带动下压头滚轮在摆动滚压角β的范围内摆动滚压，使得滚压圆角光亮饱满，塑性变形带大大增加，同时上压头滚轮恒角度滚压，对中间位置加强滚压，有效地解决了曲轴圆角滚压后疲劳强度提高有限和滚压效率低的问题，可减少滚压机床的数量，经滚压后的曲轴疲劳强度可提高90%以上。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为图1中的A-A剖视图；
图3为图1中的B-B剖视图；
图4为图1中的C-C剖视图；
图5为本发明的结构原理图；
图6为图5中的D-D剖视图；
图7为图5中的E-E剖视图；
图8为图6和图7中的局部放大图A。
图中：1-上压头导轮、2-工件曲轴、3-上压头滚轮、4-下压头导轮、5-上压头芯轴、6-上压头滚针轴承、7-上滚压体、8-上压头端盖、9-下压头端盖、10-下滚压体、11-下压块、12-下压头滚针轴承、13-下压头芯轴、14-下压头滚轮保持架、15-上压块、16-上压头滚轮保持架，17-恒定滚压角α，18-摆动滚压角β，19-下压头滚轮。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
如图所示：一种曲轴滚压装置，包括上滚压头和下滚压头，所述上滚压头包括上滚压体7和上压头导轮1，所述上滚压体7上设置有上压头滚轮保持架16，所述上压头滚轮保持架16上安装有一组上压头滚轮3，所述上压头滚轮3的两端分别与上压头导轮1中两轴肩外圆和曲轴2的轴颈圆角配合，所述上滚压体7上通过螺栓固定连接有上压块15，所述上压头滚轮保持架16固定在上压块15上，所述上滚压体7上安装有上压头芯轴5，所述上压头导轮1通过上压头滚针轴承6安装在上压头芯轴5上；所述下滚压头包括下滚压体10和两个下压头导轮4，所述下滚压体10上设置有两个下压头滚轮保持架14，每个下压头滚轮保持架14上设置有一组下压头滚轮19，所述下压头滚轮19的两端分别与下压头导轮4中两轴肩外圆和曲轴2的轴颈圆角配合，所述下滚压体10上固定连接有V型的下压块11，所述下压头滚轮保持架14固定在下压块11上，所述下滚压体10上安装有下压头芯轴13，所述下压头导轮4通过下压头滚针轴承12安装在下压头芯轴13上；所述上压头滚轮对曲轴2为恒角度滚压、其恒定滚压角为α，具体的说是上压头滚轮与曲轴2轴向之间的恒定滚压角α17，所述下压头滚轮对曲轴2为摆动滚压、其摆动滚压角为β，具体的说是下压头滚轮与曲轴2轴向之间的摆动滚压角，所述摆动滚压角β18的摆动范围为45°～60°。在本实施例中所述恒定滚压角α17的取值为52°。
在本实施例中，为保证滚压过程的稳定性，所述下压头导轮4的旋转中心与曲轴2的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。为保证下压头导轮4的旋转中心与曲轴2的轴颈圆角之间的距离为恒定值a，所述下压头导轮4中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮4的旋转中心之间设置有偏心量e，且偏心量e为下压头滚轮在摆动滚压角β内径向摆动距离的二分之一；为保证下压头滚轮能够正常的摆动，所述下压头导轮4的轮毂中与下压头滚轮配合处的厚度，沿下压头导轮4的圆周方向由最大值l2向最小值l1连续过渡，且最大值l2与最小值l1之间的差值为单个下压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
在本实施例中，所述上压头滚轮3包括两个对称安装的滚轮，所述每组下压头滚轮19包括两个对称安装的滚轮。滚压时，上压头滚轮3和两组下压头滚轮19（共六个滚轮）对曲轴2等压力滚压。
进行曲轴2的滚压作业时，先将曲轴2的左侧法兰端与滚压机床的床头箱相连，用卡盘（或其它夹紧方式）夹紧，再用机床顶尖顶紧曲轴2小头端的中心孔，将上滚压头和下滚压头分别安装在上下夹钳上，用上滚压头和下滚压头夹紧曲轴2的圆角，开动机床即可对曲轴2进行滚压加工。滚压时，曲轴2旋转带动一组上压头滚轮3（共两个滚轮）以恒定角度（52°）和两组下压头滚轮19（共四个滚轮）在45°～60°范围内摆动滚压，使得滚压圆角光亮饱满，塑性变形带较现有技术增加，而且滚压圈数仅为现有技术的三分之一，滚压效率较现有技术提高了三倍以上，有效地解决了曲轴2的圆角滚压后疲劳强度提高有限和滚压效率低的问题，可减少滚压机床的数量，并且滚压过程稳定。经滚压后的曲轴2的疲劳强度可提高90%以上，达到了比较理想的目标值。
本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种曲轴滚压装置，包括上滚压头和下滚压头，其特征是：所述上滚压头包括上滚压体和上压头导轮，所述上滚压体上设置有上压头滚轮保持架，所述上滚压保持架上设置有一组上压头滚轮，所述上压头滚轮的两端分别与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述下滚压头包括下滚压体和两个下压头导轮，所述下滚压体上设置有两个下压头滚轮保持架，每个下压头滚轮保持架上设置有一组下压头滚轮，所述下压头滚轮的两端分别与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合；所述上压头滚轮与曲轴之间为恒定滚压角α，所述下压头滚轮与曲轴之间为摆动滚压角β，所述摆动滚压角β的摆动范围为45°～60°。
2.根据权利要求1所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述下压头导轮的旋转中心与曲轴的轴颈圆角之间的距离为恒定值a。
3.根据权利要求2所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述下压头导轮中两轴肩外圆的几何中心与下压头导轮的旋转中心之间设置有偏心量e，且偏心量e为下压头滚轮在摆动滚压角β内径向摆动距离的二分之一。
4.根据权利要求3所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述下压头导轮的轮毂中与下压头滚轮配合处的厚度沿下压头导轮的圆周方向由最大值l2向最小值l1连续过渡，且最大值l2与最小值l1之间的差值为单个下压头滚轮在摆动滚压角α内轴向摆动距离的两倍。
5.根据权利要求1或2所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述上压头滚轮和两组下压头滚轮两两之间的夹角为120°。
6.根据权利要求5所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述恒定滚压角α的取值为52°。
7.根据权利要求1或2或6所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述上压头滚轮包括两个对称安装的滚轮；所述每组下压头滚轮包括两个对称安装的滚轮。
8.根据权利要求1或2或6所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述上滚压体上安装有上压头芯轴，所述上压头导轮通过上压头滚针轴承安装在上压头芯轴上；所述下滚压体上安装有下压头芯轴，所述下压头导轮通过下压头滚针轴承安装在下压头芯轴上。
9.根据权利要求1或2或6所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述上滚压体上固定连接有上压块，所述上压头滚轮保持架固定在上压块上；所述下滚压体上固定连接有下压块，所述下压头滚轮保持架固定在下压块上。
10.根据权利要求9所述的曲轴滚压装置，其特征是：所述上压头滚轮与上压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合，所述下压头滚轮与下压头导轮中两轴肩外圆和曲轴的轴颈圆角配合。
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