CN106826148B - 剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备 - Google Patents

剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备 Download PDF

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Abstract

剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，包括底座，底座和四根立柱连接，立柱通过电机支架连接有变频电机，变频电机的控制端与控制柜的输出端相连，变频电机的输出轴通过离合器、小带轮、窄V带、大带轮和带轮轴连接，带轮轴下端与支撑架活动连接，带轮轴上端通过联轴器和偏心轴的底端连接；偏心轴的偏心部分安装有五星轮，五星轮设置在底座的连杆放置平台上下两侧对称布置上、下柱塞体腔，五星轮的每边上连接有柱塞；柱塞对插在预制V形裂纹槽的连杆大头孔内的芯棒的上下端同时反复加载动力，本发明使连杆裂解的效率大为提高，具有绿色节能、加工效率高、应用范围广、断面质量好的优点。

Description

剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备
技术领域
本发明属于内燃机用剖分式连杆裂解加工技术领域，具体涉及剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备。
背景技术
连杆裂解是连杆加工的一种新工艺，利用断裂力学理论，首先在连杆大头孔内侧预制裂解槽，形成初始裂纹，然后通过裂解加工设备对大头孔内侧面施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展，直至完全裂解，最后将连杆体和端盖在断裂面处完全啮合，穿入螺栓并拧紧至要求扭矩。典型裂解加工设备包括德国ALFING公司的“上楔入式”设备和美国福特公司的“下拉式”设备，在连杆大头孔内安置有由胀套及楔形芯轴组成的增力机构(U.S.Pat.No.5,503,317)，加吉林大学专利通过液压活塞杆推动楔形芯轴进而推动胀套运动，使连杆大头孔内壁承受径向载荷而胀断。
上述国内外几种关于连杆裂解专利技术及设备有以下特点：裂解工艺均采用楔形块将液压油缸产生的作用力直接施加到胀块上完成体与盖的分离；均为轴向加载力，通过液压缸进行加载；胀断方式为一次加载胀断。
但这些技术及设备存在以下不足：由于采用液压准静态加载，液压回路管径、阀通径、泵流量、液压缸参数等均会影响裂解油缸的加载速度，研究表明，因加载速度引起的连杆胀断后的爆口现象是该类型工艺的主要问题；一次加载涨断，涨断力大，对主缸压力要求较高；只能进行单个连杆的加工，裂解效率较低；裂解材料均为粉末冶金脆性连杆，适用范围窄。
西安交通大学董渊哲提出的剖分式连杆的端面凸轮推动多芯轴的低周疲劳裂解设备(CN201510633267.9)针对内燃机剖分式连杆提出了利用端面凸轮轴向推动芯轴对连杆大端反复加载，利用低周疲劳应力和应力集中效应使连杆大端和连杆体分离的新工艺。并根据该工艺设计出端面凸轮推动多芯轴的低周疲劳裂解设备。该专利技术解决了一次加载胀断，胀断力大，最主缸压力要求较高的问题，同时使用电机驱动，避免了由于采用液压准静态加载，液压回路管径、阀通径、泵流量、液压缸参数设置复杂和因加载速度引起的连杆胀断后的爆口的问题，同时该设备可以同时加工多组连杆，提高了连杆加工效率，并且扩大了连杆材料的裂解加工选取的范围。但是该专利技术依然存在以下不足。如：加载方式依然为径向加载，加载速度过快会使疲劳加载的方式变为准静态加载的裂解，使连杆裂解过快，断面质量差；对连杆加载的过程中，连杆受到的是非对称力。
发明内容
为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，使连杆裂解的效率大为提高，具有绿色节能、加工效率高、应用范围广、断面质量好的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，包括底座5，底座5和四根立柱22连接，立柱22一侧与电机支架8连接，电机支架8上安装有变频电机11，变频电机11的控制端与控制柜21的输出端相连，变频电机11的输出轴和离合器10的下端输入轴连接，离合器10上端输出轴连接有小带轮7，小带轮7通过窄V带9和大带轮18连接，大带轮18安装在带轮轴17上，带轮轴17下端通过第三滚动轴承19与支撑架20活动连接，带轮轴17上端通过联轴器16和偏心轴12的底端连接；
底座5上固连有连杆放置平台4，连杆放置平台4上下两侧对称布置上柱塞体腔1和下柱塞体腔15，上柱塞体腔1和下柱塞体腔15中装有五星轮27，五星轮27通过第一滚动轴承28安装在偏心轴12的偏心部分，偏心轴12上端通过第二滚动轴承13支撑，第二滚动轴承13连接在上柱塞体腔1上，五星轮27的每边上都开有两个以上的轴向圆弧槽，每个圆弧槽内都安装有滚针30，滚针30能够在圆弧槽内自由滚动，滚针30上顶有柱塞14，五星轮27外侧为带回程压边的端盖29，端盖29压在柱塞14的底边上，柱塞14通过柱塞缸26伸出柱塞体腔；
连杆放置平台4上固连有5组夹具3，夹具3内侧放置连杆23，连杆23大头孔预制V形裂纹槽31，连杆23大头孔中插入芯棒2，柱塞14对芯棒2的上下端同时反复加载动力。
所述的连杆23大头孔中插入裂解动套24和裂解定套25，裂解动套24和裂解定套25中嵌入芯棒2。
所述的变频电机11能够替换为液压马达34。
所述的剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备的裂解工艺，包括以下步骤：
通过变频电机11带动偏心轴12转动，进而驱动五星柱塞加载工作台的柱塞14对芯棒2反复加载，芯棒2将循环载荷传递给连杆大端32，传递过来的的循环载荷在预制裂纹处产生应力集中，在多次旋转锻打后，完成连杆大端32和连杆体33的低应力分离。
本发明的有益效果为：
(1)本发明有效降了需要施加的裂解载荷，针对材料为C70S6的脆性连杆使裂纹扩展所需应力仅为340MPa。同时径向加载，避免了一次加载速度过快的问题。
(2)裂解后断裂面没有明显的塑性变形，断面质量好。
(3)5根连杆同时锻打，提高了裂解效率。
(4)使用变频电机11驱动，避免了由于采用液压准静态加载，液压回路管径、阀通径、泵流量、液压缸参数设置复杂和因加载速度引起的连杆胀断后的爆口的问题。
(5)柱塞14对称布置在五星柱塞加载工作台上下两侧解决了连杆在锻打过程中受力不对称的问题。
(6)扩大了连杆裂解材料的选择范围，对于塑性铰高的材料如不锈钢也可以在裂解后获得较好的断面质量。
本发明有更广泛的应用前景，具有绿色节能、加工效率高、应用范围广、断面质量好的优点，代表了绿色裂解的新的发展方向。
附图说明
图1为变频电机作为动力源的裂解设备结构主视图。
图2为液压马达作为动力源的裂解设备结构主视图。
图3为裂解设备五星柱塞加载工作台剖视图(水平旋转90度)。
图4为本发明裂解设备结构俯视图。
图5为本发明裂解设备夹具剖视图。
图6为含预制裂解槽31的连杆23示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1、图2、图3、图4、图5和图6，剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，包括底座5，底座5通过三角架6和四根立柱22连接，立柱22一侧与电机支架8连接，电机支架8上安装有变频电机11，变频电机11的控制端与控制柜21的输出端相连，控制柜21固连在立柱22一侧，变频电机11的输出轴上端插入离合器10的下端输入轴，离合器10上端输出轴连接有小带轮7，小带轮7通过窄V带9和大带轮18连接，大带轮18安装在带轮轴17上，带轮轴17下端通过第三滚动轴承19与支撑架20活动连接，带轮轴17上端插入联轴器16下端，联轴器16上端插入偏心轴12的底端，变频电机11、离合器10、小带轮7、窄V带9、大带轮18、带轮轴17和联轴器16构成电机减速动力机构，变频电机11能够替换为液压马达34。
底座5上固连有连杆放置平台4，连杆放置平台4上下两侧对称布置上柱塞体腔1和下柱塞体腔15，上柱塞体腔1和下柱塞体腔15中装有五星轮27，五星轮27通过第一滚动轴承28安装在偏心轴12的偏心部分，偏心轴12上端通过第二滚动轴承13支撑，第二滚动轴承13连接上柱塞体腔1上，五星轮27的每边上都开有两个以上的轴向圆弧槽，每个圆弧槽内都安装有滚针30，滚针30能够在圆弧槽内自由滚动，滚针30上顶有柱塞14，五星轮27外侧为带回程压边的端盖29，端盖29压在柱塞14的底边上，柱塞14通过柱塞缸26伸出柱塞体腔，连杆放置平台4、上柱塞体腔1、下柱塞体腔15、五星轮27、偏心轴12、第一滚动轴承28、第二滚动轴承13、压边的端盖29、滚针30、柱塞14和柱塞缸26构成五星柱塞加载工作台。
连杆放置平台4上固连有5组夹具3，夹具3内侧放置连杆23，连杆23大头孔预制V形裂纹槽31，连杆23大头孔中插入裂解动套24和裂解定套25，裂解动套24和裂解定套25中嵌入芯棒2，柱塞14对芯棒2的上下端同时反复加载动力。
所述的剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备的裂解工艺，包括以下步骤：
通过变频电机11或液压马达34带动偏心轴12转动，进而驱动五星柱塞加载工作台的柱塞14对芯棒2反复加载，芯棒2将循环载荷通过裂解动套24传递给连杆大端32，由裂解动套24传递过来的的循环载荷在预制裂纹处产生应力集中，在多次旋转锻打后，完成连杆大端32和连杆体33的低应力分离。
本发明的工作原理为：
本发明利用了应力集中效应和疲劳断裂原理，通过电机减速动力机构驱动偏心轴12，偏心轴12的偏心部分通过第一滚动轴承28使五星轮27绕转动中心转动，由于与五星轮27联结的柱塞14不转动，且柱塞14底面与五星轮27的各边接触，因此五星轮27不发生自转，五星轮27的运动带动柱塞14在各自的腔内作直线往复运动，柱塞14与五星轮27接触的平面间存在相对滑动，通过所安装的滚针30的滚动降低摩擦阻力，五星轮27推动柱塞14压入柱塞腔时，推力由滚针30传递，五星轮27带动柱塞14回程时，回程力由五星轮27上安装的端盖29的回程压边施与。作直线往复运动的柱塞14反复撞击芯棒2，芯棒2将撞击力传递给裂解动套24，裂解动套24对带有预制裂解槽31的连杆23的大头孔反复加载，完成连杆大端32和连杆体33的低应力疲劳分离，具有绿色节能、加工效率高、应用范围广、断面质量好的优点。同时，双列径向五星柱塞锻打机构上下对称布置。柱塞14往复运动撞击芯棒2使芯棒受载均匀。异步电动机11通过带轮减速增加扭矩，增大偏心轴12传递的偏心力。

Claims (4)

1.剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，包括底座(5)，其特征在于：底座(5)和四根立柱(22)连接，立柱(22)一侧与电机支架(8)连接，电机支架(8)上安装有变频电机(11)，变频电机(11)的控制端与控制柜(21)的输出端相连，变频电机(11)的输出轴和离合器(10)的下端输入轴连接，离合器(10)上端输出轴连接有小带轮(7)，小带轮(7)通过窄V带(9)和大带轮(18)连接，大带轮(18)安装在带轮轴(17)上，带轮轴(17)下端通过第三滚动轴承(19)与支撑架(20)活动连接，带轮轴(17)上端通过联轴器(16)和偏心轴(12)的底端连接；
底座(5)上固连有连杆放置平台(4)，连杆放置平台(4)上下两侧对称布置上柱塞体腔(1)和下柱塞体腔(15)，上柱塞体腔(1)和下柱塞体腔(15)中装有五星轮(27)，五星轮(27)通过第一滚动轴承(28)安装在偏心轴(12)的偏心部分，偏心轴(12)上端通过第二滚动轴承(13)支撑，第二滚动轴承(13)连接在上柱塞体腔(1)上，五星轮(27)的每边上都开有两个以上的轴向圆弧槽，每个圆弧槽内都安装有滚针(30)，滚针(30)能够在圆弧槽内自由滚动，滚针(30)上顶有柱塞(14)，五星轮(27)外侧为带回程压边的端盖(29)，端盖(29)压在柱塞(14)的底边上，柱塞(14)通过柱塞缸(26)伸出柱塞体腔；
连杆放置平台(4)上固连有5组夹具(3)，夹具(3)内侧放置连杆(23)，连杆(23)大头孔预制V形裂纹槽(31)，连杆(23)大头孔中插入芯棒(2)，柱塞(14)对芯棒(2)的上下端同时反复加载动力。
2.根据权利要求1所述的剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，其特征在于：所述的连杆(23)大头孔中插入裂解动套(24)和裂解定套(25)，裂解动套(24)和裂解定套(25)中嵌入芯棒2。
3.根据权利要求1所述的剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备，其特征在于：所述的变频电机(11)能够替换为液压马达(34)。
4.根据权利要求1所述的剖分式连杆裂解的五星柱塞加载与低周疲劳裂解设备的裂解工艺，其特征在于，包括以下步骤：
通过变频电机(11)带动偏心轴(12)转动，进而驱动五星柱塞加载工作台的柱塞(14)对芯棒(2)反复加载，芯棒(2)将循环载荷传递给连杆大端(32)，传递过来的循环载荷在预制裂纹处产生应力集中，在多次旋转锻打后，完成连杆大端(32)和连杆体(33)的低应力分离。
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