汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)

姜向京

(廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

一臺(tái)完整的汽車由許多不同的零部件和內(nèi)飾件組成，每個(gè)零部件檢測(cè)試驗(yàn)合格后才能裝車售賣，其外形尺寸、材質(zhì)、性能、可靠性都是考核的試驗(yàn)項(xiàng)目，最后再裝車調(diào)試。汽車內(nèi)所有部件檢測(cè)試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)為重中之重，危險(xiǎn)隱患也最大，如工裝設(shè)計(jì)考慮不周全，就會(huì)引起安全隱患。試驗(yàn)中有汽油、高溫、高速，所以整套工裝設(shè)計(jì)很復(fù)雜，各項(xiàng)專業(yè)技能互相配合，才能實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)工裝，每次都需現(xiàn)場(chǎng)劃線、鉆孔、安裝，還要對(duì)試驗(yàn)環(huán)境做改善、對(duì)裝配精度定要求等。以下是每項(xiàng)專業(yè)技能的介紹和心得。

1 畫線

畫線最重要的是基準(zhǔn)的選擇，選好基準(zhǔn)后，仔細(xì)分析圖紙尺寸，選好基準(zhǔn)面固定。下一步需要放置工件調(diào)好平行，一般選擇精度高的鐵平臺(tái)，校準(zhǔn)好工件的中心線、加工面跟平臺(tái)平行。樣件形狀不規(guī)則的，必要時(shí)借助方箱、螺紋調(diào)節(jié)頂?shù)裙ぞ邅?lái)?；鶞?zhǔn)。畫線?；鶞?zhǔn)是工件加工前重要的一個(gè)工序，操作要細(xì)心，車上經(jīng)常有一些大工件，由于安裝受限，不能通過(guò)萬(wàn)能分度頭儀器輔助，只能通過(guò)幾何知識(shí)來(lái)作業(yè)，完成后參照著圖紙一一檢查驗(yàn)證，整個(gè)工作要仔細(xì)多檢查[1]。

2 鉆孔

鉆孔是一項(xiàng)常用技能，操作不當(dāng)鉆頭很容易斷裂，不熟練也容易鉆偏，鉆孔時(shí)先檢查鉆頭是否合要求，選擇好鉆頭的類型，麻花鉆是用來(lái)鉆金屬的，此種類型的鉆頭硬度很高，切削散熱快，作業(yè)時(shí)雙手扶穩(wěn)，垂直加力，多清除廢屑，多添加冷卻液[1]。

3 裝配

裝配看似簡(jiǎn)單，覺(jué)得裝上去壓緊螺絲就行了，其實(shí)不是，因?yàn)楣ぜ惭b后，還有一個(gè)內(nèi)應(yīng)力要考慮，如果不分析清楚，這樣的零部件壽命可能很短，可能很快就會(huì)磨損斷裂。裝配圖拿到后首先分析設(shè)計(jì)者的思路，注意技術(shù)要求，分析圖紙視圖，分析結(jié)構(gòu)的形狀, 分析關(guān)鍵尺寸，最后綜合分析整圖。第2步就是檢測(cè)工件的尺寸，這個(gè)工序不能忽視。雖然只有合格的零件才入庫(kù)房，但是工件加工都是有公差的，一個(gè)固定孔有上偏差和下偏差，在公差范圍內(nèi)的零件都是合格產(chǎn)品。一個(gè)銷也一樣有公差，如果一個(gè)下偏差的銷，被安裝到一個(gè)上偏差的孔里，則間隙很大，短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有問(wèn)題，但會(huì)導(dǎo)致機(jī)器使用壽命不長(zhǎng)。雖然公司都有品檢員，但是他們只檢查工件是否在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)。所以裝配時(shí)一定要細(xì)心，多實(shí)踐，不但要考慮尺寸公差，還要考慮形位公差、哪些安裝要過(guò)渡配合、哪些安裝要過(guò)盈配合等，保證每個(gè)工件裝配的質(zhì)量[1]。

作者從事發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)工作，主要負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)的工裝夾具設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，人們通常把發(fā)動(dòng)機(jī)比作汽車的心臟[3]，由此可見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車?yán)锏闹匾浴０l(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率是影響汽車運(yùn)行效果的重要因素，探討提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的使用措施具有非常重要的研究意義[4],所以整車廠對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)、性能和可靠性也尤為關(guān)注，需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析改善。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的檢測(cè)環(huán)境

環(huán)境條件都要模擬汽車的真實(shí)工況才能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，因?yàn)槠嚩煊锌赡苄旭傇诤涞臇|北，夏天在新疆戈壁灘、西藏的高原等，這些數(shù)據(jù)需要通過(guò)檢測(cè)設(shè)備試驗(yàn)得出，試驗(yàn)間在通風(fēng)、隔音、防爆的前提下，還有室溫、水溫、油溫、大氣壓力等都需要調(diào)節(jié)監(jiān)控。

5 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的檢測(cè)轉(zhuǎn)速

汽車正常行駛狀態(tài)，路面行駛速度不大于120 km/h，掛上5擋，儀表顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約3 500 r/min。但是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)狀態(tài)，速度最高要做到6 300 r/min，油門設(shè)定為100%，運(yùn)行500～1 200 h，在這種高工況下試驗(yàn)結(jié)束后，廠家取回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)前的工裝設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)工裝設(shè)計(jì)有幾種形式，有一種屬于批量安裝試驗(yàn)。這種工裝的特點(diǎn)是：針對(duì)同型號(hào)、同尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)中小車，直接通過(guò)軌道推進(jìn)去對(duì)中安裝并試驗(yàn)。 還有一種是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體裝配到位的工裝。檢測(cè)工裝為圓盤狀，該檢測(cè)工裝的外徑與殼體的外徑相同。檢測(cè)工裝下表面為與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體配合的定位面。在定位面的外邊緣有軸向凸出的定位臺(tái)，該定位臺(tái)的外徑與位于殼體端面的止口內(nèi)徑相同，該定位臺(tái)為圓環(huán)形，在檢測(cè)工裝定位面中心有圓形凹槽，該凹槽的直徑與芯模直筒段的外徑相同，該檢測(cè)工裝下表面圓形凹槽的中心有通孔，該通孔與芯模頂端的定位桿配合。該檢測(cè)工裝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體裝配進(jìn)行檢測(cè)[5]等優(yōu)點(diǎn)。還有一種是非批量的發(fā)動(dòng)機(jī)，每次尺寸都不同，這種因?yàn)槭浅醮卧O(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)少，所以發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)前的工裝設(shè)計(jì)要很嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)工裝時(shí)要全面考慮軸心校中、動(dòng)平衡、形位公差，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)下，如果出現(xiàn)問(wèn)題，加上汽油的噴射，后果很嚴(yán)重。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試主要是通過(guò)專業(yè)連接軸和測(cè)功機(jī)相連接，然后啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，通過(guò)油耗儀、測(cè)功機(jī)、傳感器來(lái)測(cè)試其油耗、功率、扭矩等。圖1所示為非批量工裝。

圖1 測(cè)功機(jī)、連接軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的組合圖

(1)設(shè)計(jì)支撐架工裝。接到試驗(yàn)樣機(jī)時(shí)，先認(rèn)真分析重力點(diǎn)，通過(guò)向廠家詢問(wèn)和交流，找出支撐點(diǎn)的位置，開(kāi)始設(shè)計(jì)前后支撐架，標(biāo)注好垂直度、角度和平行度，支撐架工裝不能影響發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡，強(qiáng)度要能承受發(fā)動(dòng)機(jī)3倍扭力。支撐架和平臺(tái)連接處要設(shè)計(jì)專業(yè)減震座，設(shè)計(jì)高度要在中心高調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，要為螺栓孔設(shè)計(jì)定位銷，使用12.9強(qiáng)度螺栓、螺母、彈簧墊。

(2)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪盤工裝。飛輪盤的設(shè)計(jì)和加工精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)平衡和同軸度，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)力矩，影響測(cè)功機(jī)的檢測(cè)數(shù)據(jù)等，所以要嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待。首先測(cè)量樣機(jī)飛輪的定位止口、螺栓孔距檢查分布力點(diǎn)，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果開(kāi)始設(shè)計(jì)圖紙，標(biāo)注好使用的材料厚度、硬度、同軸度、平行度、垂直度、對(duì)稱度，避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)平衡和對(duì)中出現(xiàn)問(wèn)題，引起安全隱患。

(3)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)和檢測(cè)設(shè)備之間的管道對(duì)接。選擇的管道需要耐高溫、耐油浸泡，爆破壓力不小于5 MPa，每使用1 000 h后，需要更換新的，防止高速作業(yè)時(shí)，管道老化噴油出現(xiàn)險(xiǎn)情。連接處用螺紋連接，做好防松動(dòng)標(biāo)記,在管道最高處安裝自動(dòng)排氣安全閥，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)出油口安裝溫度、壓力傳感器。

7 總結(jié)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工裝設(shè)計(jì)總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

(1)多和廠家交流、因?yàn)槊總€(gè)廠家發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)很多，在設(shè)計(jì)前需要多跟他們的工程師溝通，可以節(jié)省很多時(shí)間，設(shè)計(jì)的工裝的合理性也會(huì)提高。通過(guò)和廠家工程師的交流總結(jié)出的寶貴意見(jiàn)，久而久之就變成了經(jīng)驗(yàn)。

(2)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)器減震一定不能忽視。高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)器會(huì)產(chǎn)生各種頻率的震動(dòng)，如果減震設(shè)計(jì)做得不好，螺栓和法蘭很容易松動(dòng)，然后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成傷害也很大。轉(zhuǎn)速越高，震動(dòng)越大，越危險(xiǎn)。目前氣墊減震器效果最好，可以各個(gè)方向減震降噪。

(3)油路安全。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，需要使用汽油等甲類?；罚咚俑哓?fù)荷試驗(yàn)時(shí)，油耗很大，約50 L/h，如果出現(xiàn)油管爆裂等事故，后果不堪設(shè)想，很多隱患都要提前排除，每天試驗(yàn)前的點(diǎn)檢要實(shí)實(shí)在在嚴(yán)格執(zhí)行。

8 結(jié)束語(yǔ)

工裝設(shè)計(jì)入門很快，但是技術(shù)學(xué)精學(xué)扎實(shí)不容易，因?yàn)樵O(shè)計(jì)員熟悉掌握水、電、氣、液壓、制冷這些知識(shí)后，設(shè)計(jì)時(shí)才能得心應(yīng)手，設(shè)計(jì)的工裝才合理。一名好的設(shè)計(jì)員學(xué)習(xí)的路很長(zhǎng)，書就是老師，實(shí)干才出經(jīng)驗(yàn)，需要慢慢積累一步一步提升。

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