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连杆胀断装置夹具结构参数设计

何昌帅  
【摘要】:连杆裂解技术是应用断裂剖分方式加工连杆的一种新技术,从根本上改变了传统连杆加工工艺。连杆裂解技术是精密加工技术,核心工序包括预制裂纹槽、定向裂解(或称胀断)、螺栓初拧紧与定扭矩螺栓装配工序,其中定向裂解是关键工序,一般是利用楔形拉杆的斜面推动一对胀套水平相悖运动,从而在大头孔内施加胀断载荷,完成连杆大头的断裂剖分。 本文以连杆胀断夹具(包括胀套和楔形拉杆)为研究对象,围绕如何提高胀断夹具的使用寿命、可靠性,以及如何从夹具的角度提高连杆的胀断质量,从胀断夹具选材、热处理工艺以及夹具全系列结构参数入手进行探讨分析,以便为提高胀断质量提供基础保障。本文具体的研究内容分述如下: 1.分析连杆胀断夹具工况,合理选择连杆胀断夹具的材料、热处理工艺,实现提高夹具使用性能和延长夹具使用寿命的目的。 2.在对胀断动套受力和变形有限元分析的前处理过程中,引入表面效应单元(Surface Effect),并采用“特征面”的方式在指定区域施加载荷;拉杆对胀套的作用忽略接触,仅仅通过受力分析确定载荷。 3.分析拉杆结构参数与胀断连杆质量的关系和规律,确定了拉杆主要结构参数(楔形角、拉杆直杆部分的横截面面积以及直杆部分长宽比)的考核因素和计算方法。 综合分析了自锁、下拉力与胀断力以及下拉速度(行程)与楔形角的关系,给出拉杆楔形角参考值。提出拉杆直杆横截面积的初算和校核方法。分析了随拉杆直杆截面长宽比的变化,胀套应力状况以及内孔位置不对称时胀断力方向位移差值的变化规律,给出一般设计要求时长宽比的推荐范围。 4.分析胀套主要结构参数(凸台高径比、内孔斜面轴向位置以及内方孔与外径比)对其自身应力水平和变形的影响规律,确定了参数合理取值范围和参数间的主次顺序;提出了快速判断任意连杆能否用于裂解加工的估算方法;分析了胀套中润滑油槽对胀套强度和刚度的影响规律。 研究表明,凸台高径比在凸台内孔边与外径比未达到极限时对胀套应力水平有明显的影响,给出推荐取值范围。给出胀套内侧斜面的轴向位置的最佳取值。系统分析各结构参数的影响表面,内孔边与外径对胀套最大Mises应力影响最大,凸台高径比次之,拉杆直杆截面长宽比影响最小。而连杆能用于裂解加工,在满足拉杆强度的前提下,胀套内孔与外径比必须小于一定值。此外,润滑油槽的有无以及不同位置对胀套强度和刚度的影响都可以忽略不计。


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