CN107966245A - 一种曲轴动平衡计算方法 - Google Patents

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李鹏
徐晓华
钱俊
李诗云
沈鸣
沈一鸣
张亦龙
陈佳红
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Abstract

本发明涉及一种曲轴动平衡计算方法，其特征在于，包括以下步骤：扫描得到曲轴毛坯的点云数据，对点云数据进行处理，删除多余点并修补漏洞，将修补好的点云数据转化为实体模型；获取实体模型的中心轴线；将实体模型分割成n份子单元，计算每个子单元的四个矢量；将每个子单元的四个矢量对应求和，得到四个总矢量，通过总矢量反映实体模型的不平衡量。通过本发明可以在曲轴毛坯在未进行机加工的情况下，对曲轴的动平衡质量进行验证，从而提高曲轴毛坯的动平衡质量，最终达到提高曲轴成品的动平衡质量的目的。

Description

一种曲轴动平衡计算方法
技术领域
本发明涉及一种在曲轴毛坯未进行机加工的情况下，对曲轴的动平衡质量进行验证的方法。
背景技术
曲轴成品的动平衡质量是曲轴的性能方面最重要因素之一，而曲轴毛坯的动平衡质量是最主要的因素。图2为曲轴的外形示意图。理论上，曲轴的质量中心和几何中心应该完全吻合。而在实际生产中，铸造或是锻造的工艺等决定了其质量中心和几何中心无法做到完全吻合，如：锻造过程中零件的拔模角度，锻造后的切边厚度大小等。
随着对曲轴深入研究以及曲轴使用环境要求的提高，企业对曲轴毛坯的不平衡量的要求愈趋严格。
发明内容
本发明的目的是提供一种在曲轴毛坯未进行机加工的情况下，对曲轴的动平衡质量进行验证的方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种曲轴动平衡计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、扫描得到曲轴毛坯的点云数据，对点云数据进行处理，删除多余点并修补漏洞，将修补好的点云数据转化为实体模型；
第二步、获取实体模型的中心轴线；
第三步、将实体模型分割成n份子单元，获得每个子单元的质心(xi，yi，zi)，i＝1，2，...，n；
第四步、计算每个子单元的质心到中心轴线的距离ri及每个子单元的质量mi，i＝1，2，...，n；
第五步、计算每个子单元的作用力Ui，i＝1，2，...，n，将作用力Ui根据力的等效原则分解至测量面A及测量面B上得到分作用力UAi及分作用力UBi，测量面A及测量面B为实体模型左右两端的平衡块所在的校正平面；
第六步、将每个子单元的分作用力沿着X轴方向及Y轴方向进行分解，得到每个子单元的四个矢量，分别为：测量面A上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UAi x、测量面A上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UAi y、测量面B上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UBi x、测量面B上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UBi Y；
第七步、将每个子单元的四个矢量对应求和，得到四个总矢量，分别为总矢量总矢量总矢量总矢量通过总矢量反映实体模型的不平衡量。
优选地，在所述第二步中，将理想轴线、加工轴线或拟合轴线作为所述中心轴向，其中，理想轴线为通过整个实体模型几何中心的轴线，加工轴线为通过实体模型两端轴颈的几何中心轴线，拟合轴线为对理想轴线及加工轴线进行平均拟合后得到的轴线。
优选地，在所述第三步中，去除实体模型中完全平衡部分后，将剩余部分分割成所述n份子单元。
通过本发明可以在曲轴毛坯在未进行机加工的情况下，对曲轴的动平衡质量进行验证，从而提供曲轴毛坯动平衡质量优化的方向，最终达到提高曲轴成品的动平衡质量的目的。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为曲轴的外形示意图；
图3为计算中心轴线的输入参数示意图；
图4为曲轴示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
结合图1，本发明提供了一种曲轴动平衡计算方法，包括以下步骤：
第一步、蓝光三维扫描仪或者其它扫描设备(精度最好0.1mm以下)扫描得到曲轴毛坯的点云数据。用有关逆向工程软件对点云数据进行处理，删除多余点并修补漏洞。修补好的点云数据导入到UG NX软件，转化为实体模型。
第二步、获取实体模型的中心轴线。将理想轴线、加工轴线或拟合轴线作为中心轴线，其中，理想轴线为通过整个实体模型几何中心的轴线，加工轴线为通过实体模型两端轴颈的几何中心轴线，拟合轴线为对理想轴线及加工轴线进行平均拟合后得到的轴线。
计算中心轴线时，需要获得：曲轴密度，根据曲轴所使用的实际材料确定，本实施例中，曲轴密度设定为0.00000785kg/mm3；实体模型的总长度，单位为mm；第一界面距离，单位为mm，即图3中L1所示距离；第二界面距离，单位为mm，即图3中L2所示距离；第2轴颈切面与法兰端面I的距离，单位为mm，即图3中L3所示距离；基准轴厚度，单位为mm，即图3中下面三个轴颈的切片厚度，一般为4mm。
第三步、去除实体模型中完全平衡部分后，将剩余部分分割成n份子单元，获得每个子单元的质心(xi，yi，zi)，i＝1，2，...，n。
第四步、计算每个子单元的质心到中心轴线的距离ri及每个子单元的质量mi，i＝1，2，...，n。计算每个单元的质量mi时，先计算每个子单元的体积vi，再利用曲轴密度计算得到质量mi。由于曲轴是旋转体，在计算距离ri不考虑Z轴的分量。
第五步、计算每个子单元的作用力Ui＝mi×ri，i＝1，2，...，n，将作用力Ui根据力的等效原则分解至测量面A及测量面B上得到分作用力UAi及分作用力UBi，测量面A及测量面B为实体模型左右两端的平衡块所在的校正平面。
如图4所示，曲轴有4个平衡块，分别编号为1、2、3、4，沿轴向对称分布，可作为校正平面和去重位置。平衡块2、3的校正平面合为一个面，用M表示，平衡块1、4所在校正平面分别用L、R表示，作为测量面A及测量面B，定义为轴头前端面和法兰端面。
第六步、将每个子单元的分作用力沿着X轴方向及Y轴方向进行分解，得到每个子单元的四个矢量，分别为：测量面A上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UAi x、测量面A上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UAi y、测量面B上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UBi x、测量面B上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UBi Y。
第七步、将每个子单元的四个矢量对应求和，得到四个总矢量，分别为总矢量总矢量总矢量总矢量通过总矢量反映实体模型的不平衡量。
在本实施例中，将第三步至第七步的运算过程用vb.net编程语言进行编程后，写入UG NX的二次开发程序。

Claims (3)

1.一种曲轴动平衡计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、扫描得到曲轴毛坯的点云数据，对点云数据进行处理，删除多余点并修补漏洞，将修补好的点云数据转化为实体模型；
第二步、获取实体模型的中心轴线；
第三步、将实体模型分割成n份子单元，获得每个子单元的质心(xi，yi，zi)，i＝1，2，...，n；
第四步、计算每个子单元的质心到中心轴线的距离ri及每个子单元的质量mi，i＝1，2，...，n；
第五步、计算每个子单元的作用力Ui＝mi×ri，i＝1，2，...，n，将作用力Ui根据力的等效原则分解至测量面A及测量面B上得到分作用力UAi及分作用力UBi，测量面A及测量面B为实体模型左右两端的平衡块所在的校正平面；
第六步、将每个子单元的分作用力沿着X轴方向及Y轴方向进行分解，得到每个子单元的四个矢量，分别为：测量面A上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UAi x、测量面A上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UAi y、测量面B上的分作用力沿着X轴方向的分解作用力UBi x、测量面B上的分作用力沿着Y轴方向的分解作用力UBi Y；
第七步、将每个子单元的四个矢量对应求和，得到四个总矢量，分别为总矢量总矢量总矢量总矢量通过总矢量反映实体模型的不平衡量。
2.如权利要求1所述的一种曲轴动平衡计算方法，其特征在于，在所述第二步中，将理想轴线、加工轴线或拟合轴线作为所述中心轴线，其中，理想轴线为通过整个实体模型几何中心的轴线，加工轴线为通过实体模型两端轴颈的几何中心轴线，拟合轴线为对理想轴线及加工轴线进行平均拟合后得到的轴线。
3.如权利要求1所述的一种曲轴动平衡计算方法，其特征在于，在所述第二步中，在所述第三步中，去除实体模型中完全平衡部分后，将剩余部分分割成所述n份子单元。
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