王 浩
(西安應(yīng)用光學(xué)研究所,西安 710065)
曲軸又叫彎地軸或拐軸,是一種偏心工件,是內(nèi)燃機(jī)車(chē)及汽車(chē)等行業(yè)中連接發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件。有一個(gè)偏心軸頸的曲軸,也有多個(gè)偏心軸頸的曲軸,各偏心軸頸在空間相交所成的角度不同,即曲軸相位角,如兩偏心軸頸空間相交成90°和180°的曲軸。而正六拐曲軸就是三個(gè)偏心軸頸空間相交成120°的曲軸,即相位角為120°。曲軸相位角精度是曲軸的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)功率、平穩(wěn)性等。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高,對(duì)相位角的精度要求也在提高,中華人民共和國(guó)汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QCT 481—2005《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸技術(shù)條件》規(guī)定:曲軸各連桿軸頸中心線對(duì)第一連桿軸頸中心線的角度偏差不大于±15′。在曲軸加工過(guò)程中,相位角波動(dòng)幅度較大,若不能全檢或檢測(cè)誤差大,對(duì)其質(zhì)量控制和管理極為不利。
實(shí)際上,兩個(gè)偏心軸的曲軸檢驗(yàn)比較容易,但是對(duì)三個(gè)或三個(gè)以上偏心軸的曲軸,檢測(cè)起來(lái)就比較困難。目前,國(guó)內(nèi)外先進(jìn)曲軸生產(chǎn)線普遍采用曲軸綜合測(cè)量?jī)x進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,而很多中小企業(yè)由于資金問(wèn)題仍采用手工測(cè)量。本文介紹一種采用通用量具,手工測(cè)量正六拐曲軸相位角的檢測(cè)方法,檢測(cè)時(shí)需要一套檢測(cè)工具,通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算即可進(jìn)行測(cè)量。
如圖1、圖2所示。把正六拐曲軸兩端主軸頸放在一對(duì)等高的V形鐵上,用千分表檢查其最高點(diǎn),然后調(diào)整兩端,使兩端主軸頸外圓母線最高點(diǎn)對(duì)平板Q等高。再用高度等于A的墊塊墊在一個(gè)偏心軸頸上,使它與兩主軸頸中心連線對(duì)平板水平面成30°,而此時(shí)需要檢測(cè)的另一個(gè)偏心軸頸與兩主軸頸中心連線對(duì)平板水平面的夾角為θ。
圖1 正六拐曲軸架在等高V形鐵和墊塊上
圖2 高度等于A的墊塊和夾角為θ的偏心軸頸
要想使一個(gè)偏心軸頸與兩主軸頸中心連線對(duì)平板水平面成30°,就必須計(jì)算出墊塊A的精確高度。
見(jiàn)圖2,墊塊A的精確高度可以用下面的公式計(jì)算:
A=M-D/2-N-d/2
N=esin30°=e/2,則
A=M-D/2-e/2-d/2
=M-(D+e+d)/2
(1)
式中,M為主軸頸最高點(diǎn)與平板之間的距離(mm);D為主軸頸的實(shí)際直徑(mm);d為偏心軸頸的實(shí)際半徑(mm);e為偏心距(mm)。
墊塊墊上以后,用千分表檢查或用深度千分尺測(cè)量出h1和h的高度。如果h1=h,說(shuō)明另一偏心軸頸中心與水平面也成30°,也就是兩個(gè)偏心軸頸中心夾角為120°,即相位角120°。
如果h1≠h,說(shuō)明夾角120° 有誤差。誤差的大小可以用下面的公式計(jì)算。
1)相位角大于120°時(shí)的計(jì)算
當(dāng)h1>h,θ角小于30°時(shí),見(jiàn)圖3。
圖3 曲軸相位角大于120°情況
sinθ=[e/2-Δh]/e
=[e/2-(h1-h)]/e
=[e-2(h1-h)]/2e
θ=arcsin[e-2(h1-h)]/2e
角度誤差Δθ=30°-θ
Δθ=30°-arcsin[e-2(h1-h)]/2e
(2)
這時(shí)兩個(gè)偏心軸頸中心夾角大于120°,即相位角大于120°。
2)相位角小于120°時(shí)的計(jì)算
當(dāng)h1 圖4 曲軸相位角小于120°情況 sinθ=[e/2+Δh]/e =[e/2+(h-h1)]/e =[e+2(h-h1)]/2e θ=arcsin{[e+2(h-h1)]/2e} 角度誤差Δθ=θ-30° Δθ=arcsin{[e+2(h-h1)]/2e}-30° (3) 這時(shí)兩個(gè)偏心軸頸中心夾角小于120°,即相位角小于120°。 采用通用量具檢測(cè)曲軸偏心軸頸相位角過(guò)程中,存在著各種誤差。本文不考慮計(jì)量器具、溫度等產(chǎn)生的誤差,只討論檢測(cè)方法的誤差: 1)這種測(cè)量方法比較簡(jiǎn)單且能達(dá)到要求的測(cè)量精度,但它屬于間接測(cè)量法。因?yàn)樗鼰o(wú)法直接檢測(cè)角度,必須先測(cè)量與角度(被測(cè)之量)有函數(shù)關(guān)系的各類(lèi)高度尺寸,然后經(jīng)過(guò)換算,才能得出角度的大小,所以要將角度換算成各類(lèi)線性高度值方能檢測(cè)。 2)測(cè)量時(shí)需要使用很多參數(shù),為了減小工作量,均使用與曲軸相關(guān)的基本尺寸進(jìn)行計(jì)算,而實(shí)際尺寸與基本尺寸相差較大,如曲柄半徑公差為±0.05~±0.1mm,6個(gè)曲柄半徑實(shí)際尺寸的差別也可能較大,必然帶來(lái)較大的檢測(cè)誤差;主軸頸的直徑偏差以及各連桿頸的偏心距均使相位角產(chǎn)生誤差。 3)用軸頸外圓母線代替軸線,產(chǎn)生了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。主軸頸和連桿頸的軸心是測(cè)量基準(zhǔn),無(wú)法直接使用,檢測(cè)時(shí)以外圓母線代替軸心,軸心位置隨直徑大小而上下變動(dòng),帶來(lái)了基準(zhǔn)位置轉(zhuǎn)換誤差。 4)六拐曲軸較長(zhǎng),剛性差,受加工應(yīng)力影響,產(chǎn)生塑性變形,形成彎曲跳動(dòng);緊支承兩端主軸頸,曲柄中部因自重向下彎曲,撓度值一般在0.04~0.08mm之間,這兩種彎曲撓度也造成各拐的相位誤差,中間的兩拐誤差值最大。 1)采用實(shí)際尺寸來(lái)計(jì)算測(cè)量參數(shù)。 2)只有當(dāng)被測(cè)角度要素處于與平臺(tái)平行時(shí)才能最大限度地排除其它參數(shù)誤差的影響,提高檢測(cè)精度。 3)檢測(cè)連桿軸頸夾角偏差時(shí)都以對(duì)稱(chēng)度的方法進(jìn)行,這樣效率更高。 4)為了避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差,可以在V形鐵底面加可調(diào)支承,再把六拐曲軸兩端主軸頸放在V形鐵上,事先測(cè)量好兩端主軸頸大小,根據(jù)兩端主軸頸實(shí)際大小之誤差,計(jì)算出兩端相差的高度值,用千分表檢查其最高點(diǎn),然后調(diào)整支承兩端,使兩端主軸頸軸線對(duì)平板等高。這樣就不用軸頸外圓母線代替軸線,避免了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。 5)對(duì)于剛性較差的的長(zhǎng)曲軸,必要時(shí)采用可調(diào)支撐消除其撓度誤差后再測(cè)量。在中間主軸頸加3點(diǎn)支承,使兩端和中間主軸頸軸線等高,采取措施后絕大部分誤差便可消除或減小。實(shí)際曲軸在缸體中,每個(gè)主軸頸均有軸瓦支撐,并受軸承蓋的限制,上述撓度大部分可以消除。很顯然曲軸在檢測(cè)相位時(shí)的狀態(tài),與其工作時(shí)的狀態(tài)差別較大。 一般曲軸數(shù)量越多發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽缸越多,功率越大,但曲軸增多后對(duì)曲軸加工精度要求就越高,當(dāng)曲軸相位角誤差很大時(shí)不僅影響整機(jī)輸出功率,還會(huì)影響整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性,增大振動(dòng)和噪聲,縮短使用壽命,帶來(lái)不安全隱患。目前大規(guī)模生產(chǎn)廠均選用曲軸相位自動(dòng)檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè),而許多民營(yíng)企業(yè)不具備以上條件,常用的人工檢測(cè)方法很難保證產(chǎn)品質(zhì)量,為此作者根據(jù)自己實(shí)踐提出這種采用通用量具對(duì)正六拐曲軸相位角的檢測(cè)方法,能提高檢測(cè)精度,從而保證產(chǎn)品質(zhì)量,有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。 [1]陳宏麗.曲軸連桿頸相位角測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.機(jī)械,2010(5) [2]郭婷婷.曲軸連桿頸相位角測(cè)量誤差研究.機(jī)械,2009(8) [3]朱成華,崔州平.曲軸連桿頸測(cè)量研究.工具技術(shù).2008(9) [4]王愛(ài)民,曾憲章,何文學(xué).三缸和六缸曲軸連桿軸頸夾角偏差檢測(cè)方法分析.現(xiàn)代制造工程,2006(7) [5]陳立光,劉召兵,彭亞超.六拐曲軸相位檢測(cè)的誤差及補(bǔ)償.計(jì)量技術(shù),2004(2) [6]陳立光,劉召兵,彭亞超,陳龔駿.多拐曲軸相位角檢測(cè)的高效精密量?jī)x.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造.2004(3) [7]周孝燾,紀(jì)青,六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐夾角檢測(cè)方法的精度分析.汽車(chē)技術(shù),1991(6)3 檢測(cè)誤差
4 補(bǔ)償措施
5 結(jié)論