供油單元零件自重對(duì)齒隙檢測(cè)結(jié)果的影響

黃海華，王越峰，黃世忠

（昆山江錦機(jī)械有限公司，江蘇 昆山 215331）

0 引言

船用柴油機(jī)工作過程的燃燒效率、燃油消耗以及廢氣排放一直是人們十分關(guān)注的問題。國(guó)際海事組織《MARPOL73／78 公約》對(duì)船舶柴油機(jī)NOx 的排放進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，而控制其最有效的手段之一是降低最高燃燒溫度及控制燃?xì)庠诟邷叵峦Ａ舻臅r(shí)間，為此推動(dòng)了智能型柴油機(jī)的誕生。智能型柴油機(jī)主要是應(yīng)用了電控技術(shù)，通過控制燃油噴射正時(shí)、噴油量、噴射速率、壓力以及進(jìn)、排氣閥正時(shí)，有效地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在各種負(fù)荷下的性能最優(yōu)化，從而達(dá)到在滿足最新排放要求下，提高其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操縱靈活性和延長(zhǎng)使用壽命。本文所述的供油單元就是這種智能型柴油機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，它通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)燃油泵及伺服油泵為整個(gè)柴油機(jī)高效、精準(zhǔn)地提供燃油和伺服油。為了保證本單元能持久而精準(zhǔn)地供油，該傳動(dòng)齒輪間的間隙（齒隙）是否符合要求就顯得極為重要。

1 供油單元齒隙的檢測(cè)方法及其結(jié)果

以7RT-flex60C為例，供油單元結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 供油單元裝配示意圖

1.1 供油單元齒隙要求及檢測(cè)方法

供油單元齒隙檢測(cè)如圖2 所示。

根據(jù)圖紙，各小齒輪與薄齒輪之間的間隙要求均為0.12～0.22 mm。

圖2 供油單元齒隙檢測(cè)示意圖

檢測(cè)方法：壓鉛絲法，即用一條長(zhǎng)度能橫跨4～5 個(gè)齒數(shù)的φ1 mm 鉛絲沿齒型彎曲放置于齒輪上，然后慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)薄齒輪，測(cè)量鉛絲經(jīng)過齒輪嚙合后最薄處的厚度，并取其算數(shù)平均值。

1.2 供油單元齒隙檢測(cè)結(jié)果

#1 位置實(shí)測(cè)齒隙為0.26 mm；#2 位置為0.26 mm；#3位置為0.30 mm。顯然各處齒隙均大于圖紙要求的0.12～0.22 mm。通過對(duì)裝配過程的質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在其它機(jī)型的Flex 供油單元齒隙也同樣存在不符合圖紙要求的問題。

2 供油單元齒隙不符合圖紙要求的原因分析

經(jīng)過組織相關(guān)人員的討論和仔細(xì)分析，認(rèn)為供油單元齒隙不符合圖紙要求的原因有可能是：（1）供油殼體L（532 mm）孔距不符合圖紙要求；（2）齒輪的公法線尺寸不符合圖紙要求；（3）冷套后的各軸瓦內(nèi)孔尺寸和配合的軸外圓尺寸不符合圖紙要求；（4）實(shí)際測(cè)量時(shí)，供油單元的擺放位置以及零件自重因素的影響造成齒隙不符合圖紙要求。

2.1 對(duì)影響供油單元齒隙的相關(guān)零件尺寸實(shí)施檢測(cè)的結(jié)果

為了排除相關(guān)零件的加工誤差對(duì)齒隙檢測(cè)結(jié)果的影響，采取相應(yīng)的控制措施：定制專用量具用于測(cè)量供油殼體L（532 mm）孔距，保證孔距符合圖紙要求；購(gòu)買齒輪的公法線千分尺，對(duì)齒輪進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，保證公法線尺寸符合圖紙要求；對(duì)配合的各檔孔、軸在加工后和裝配前進(jìn)行全尺寸測(cè)量，保證各檔尺寸符合圖紙要求。裝配前分別對(duì)可能影響供油單元齒隙的相關(guān)零件予以檢測(cè)和記錄，其結(jié)果如表1 所示。

表1 供油單元相關(guān)零件尺寸檢測(cè)結(jié)果mm

對(duì)供油單元相關(guān)零件尺寸檢測(cè)結(jié)果均符合圖紙要求。因此零件尺寸的加工制造誤差帶來的齒隙檢測(cè)結(jié)果的影響可以排除。

2.2 供油單元齒隙的理論計(jì)算

2.3 考慮零件自重情況供油單元齒隙的計(jì)算

實(shí)際上，供油單元裝配及齒隙檢測(cè)時(shí)其供油殼體大平面均朝下平放，由于零件配合為間隙配合，其中凸輪軸與軸承的配合間隙分別為：+0.23-（-0.03）=0.26（#1 位置），+0.22-（-0.04）=0.26（#2 位置），+0.20-（-0.03）=0.23（#3 位置），+0.185-（-0.03）=0.215（#4 位置）；小齒輪與軸瓦的配合間隙分別為：+0.1-（-0.01）=0.11（#1 位置），+0.07-（-0.01）=0.08（#2 位置），+0.085-（-0.015）=0.1（#3 位置）；薄齒輪組自重約為619 kg；小齒輪組自重約為25 kg；因此供油單元裝配及齒隙檢測(cè)過程中受其零件自重的影響，齒輪軸的中心與軸承孔的中心已不在同一中心線上，考慮薄齒輪組的重心偏向#3 至#4 位置，其實(shí)際間隙為（0.23+0.215）/2≈0.223 mm。

2.3.1 小齒輪#1 與薄齒輪齒隙的計(jì)算

薄齒輪在其自重的作用下，中心偏下0.223/2≈0.112，不影響兩孔中心距L1=532+0.025 mm，以及實(shí)測(cè)薄齒輪公法線W=305.013-0.088 mm，小齒輪公法線w1=64.805-0.085 mm，那么理論齒隙為h=0.088+0.085+0.025×2×sin20°≈0.190 mm。但由于使用鉛絲測(cè)量間隙時(shí)可造成兩種極端：①僅小齒輪被頂偏，中心距變?yōu)?32+0.025+0.11/2=532+0.08 mm，實(shí)際齒隙就為h1=0.088+0.085+0.08×2×sin20°≈0.228 mm；②兩種齒輪同時(shí)被頂偏，中心距變?yōu)?32+0.025+0.112+0.11/2=532+0.192 mm，實(shí)際齒隙就為h2=0.088+0.085+0.192×2×sin20°≈0.304 mm；取其算數(shù)均值為（0.228+0.304）/2=0.266 mm；正與實(shí)測(cè)齒隙0.26 mm 基本吻合。

2.3.2 小齒輪#2 與薄齒輪齒隙的計(jì)算

同小齒輪#1 的計(jì)算方法。即薄齒輪在其自重的作用下，中心偏下0.112 mm，不影響兩孔中心距L2=532+0.045 mm，以及實(shí)測(cè)薄齒輪公法線W=305.013-0.088，小齒輪公法線w2=64.805-0.08，那么理論齒隙為h=0.088+0.08+0.045×2×sin20°≈0.199 mm。但由于使用鉛絲測(cè)量間隙時(shí)可造成兩種極端：①僅小齒輪被頂偏，中心距變?yōu)?32+0.045+0.08/2=532+0.085 mm，實(shí)際齒隙就為h1=0.088+0.08+0.085×2×sin20°≈0.226 mm；②兩種齒輪同時(shí)被頂偏，中心距變?yōu)?32+0.045+0.112+0.08/2=532+0.197 mm，實(shí)際齒隙就為h2=0.088+0.08+0.197×2×sin20°≈0.303 mm；取其算數(shù)均值為（0.226+0.303）/2=0.265 mm；正與實(shí)測(cè)齒隙0.26 mm 基本吻合。

2.3.3 小齒輪#3 與薄齒輪齒隙的計(jì)算

殼體兩孔中心距L3=532+0.02 mm，以及實(shí)測(cè)薄齒輪公法線W=305.013-0.088，小齒輪公法線w3=64.805-0.08，那么理論齒隙h=0.088+0.08+0.02×2×sin20°≈0.182 mm。但由于大、小齒輪受重力作用壓在軸瓦上，且在使用鉛絲測(cè)量間隙時(shí)，小齒輪因重力不夠而被頂起時(shí)，此時(shí)兩齒輪中心距變?yōu)?32+0.02+0.112+0.1/2=532+0.182 mm，實(shí)際齒隙為h=0.088+0.08+0.192×2×sin20°≈0.292 mm。正與實(shí)測(cè)齒隙0.30 mm 基本吻合。

2.3.4 小齒輪與薄齒輪齒隙的極限尺寸

3 結(jié)語(yǔ)

雖然實(shí)測(cè)齒隙與圖紙要求數(shù)據(jù)偏大，其主要原因是由于零件自重導(dǎo)致齒輪軸偏離了軸承孔的中心位置引起，但當(dāng)柴油機(jī)動(dòng)車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，潤(rùn)滑油的作用會(huì)使齒輪軸返回至軸承孔中心位置并在其周圍形成油膜，那時(shí)齒隙就完全符合設(shè)計(jì)要求了，即在供油單元靜態(tài)時(shí)齒隙的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果往往比圖紙要求數(shù)據(jù)偏大，但在動(dòng)態(tài)時(shí)其齒隙能夠滿足油膜建立的要求，以上小齒輪與薄齒輪齒隙的極限尺寸（0.12～0.359 mm）可以作為供油單元靜態(tài)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)要求。該7RT-flex60C#H5 供油單元經(jīng)主機(jī)動(dòng)車試驗(yàn)，各方面性能完全符合瓦錫蘭專利設(shè)計(jì)的要求，并得到主機(jī)廠商的認(rèn)可，順利通過其國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目的鑒定。