發(fā)動(dòng)機(jī)試制輔助工裝的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

葉鵬，博士，王森

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

前言

按照規(guī)定的技術(shù)要求，將若干個(gè)零件接合成部件或?qū)⑷舾蓚€(gè)零件和部件接合成產(chǎn)品的過(guò)程，稱為裝配，前者稱為部件裝配，后者稱為總裝配。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中的最后一個(gè)階段，占有重要的地位。發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量最終由裝配工作保證，裝配過(guò)程不是將合格零件簡(jiǎn)單地連接起來(lái)的過(guò)程，而是根據(jù)各級(jí)部裝和總裝的技術(shù)要求，通過(guò)校正、調(diào)整、平衡、配作以及反復(fù)檢驗(yàn)來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量的復(fù)雜過(guò)程。若裝配不當(dāng)，即使零件的制造質(zhì)量都合格，也不一定裝配出合格的產(chǎn)品，反之，當(dāng)零件的質(zhì)量不十分良好，只要在裝配中采取合適的工藝措施，也能使產(chǎn)品達(dá)到或基本達(dá)到規(guī)定的要求。

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配工藝性及裝配質(zhì)量，一些結(jié)構(gòu)比較特殊的零件，常規(guī)裝配工具無(wú)法達(dá)到裝配要求，必須設(shè)計(jì)制作專用的工裝，才能完成發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配。

1 各類輔助工裝的識(shí)別、設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1.1 缸體水道試漏工裝

2.0T+ 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件，為檢測(cè)缸體機(jī)加工質(zhì)量，需對(duì)缸體水道氣密性進(jìn)行檢查，根據(jù)2.0T+發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水道的分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作專用工裝，如下：

圖1 缸體火力面水道密封板

如圖 1，設(shè)計(jì)制作缸體火力面的水道密封板，圖中的小圓孔與缸體火力面上的缸蓋螺栓安裝孔正好對(duì)齊，完全封閉缸體火力面的所有水道孔。

圖2 排氣側(cè)水道密封板

如圖 2，設(shè)計(jì)制作排氣側(cè)水道密封板，此位置用于裝配水泵模塊組件，完全封閉缸體排氣側(cè)的所有水道孔。

圖3 出水口水道密封板

如圖 3，設(shè)計(jì)制作出水口水道密封板，圖中的小圓孔與裝配出水口時(shí)的螺栓安裝孔正好對(duì)齊，完全封閉出水口處的水道。

圖4 進(jìn)氣側(cè)水道密封板

如圖 4，設(shè)計(jì)制作缸體進(jìn)氣側(cè)水道密封板，此位置用于裝配機(jī)油濾清器支架組件，部分封閉缸體進(jìn)氣側(cè)的水道孔，在缸體上留有一個(gè)水道孔不封閉。

進(jìn)行缸體水道試漏時(shí)，首先將缸體的前后端面的兩處水道口使用碗形塞（1003105FA）密封，并將缸體的火力面、進(jìn)氣側(cè)、排氣側(cè)和出水口處的水道口使用專用工裝進(jìn)行密封，在進(jìn)氣側(cè)預(yù)留的一個(gè)水道孔處砸入一個(gè)φ16的中空尼龍棒，尼龍棒的內(nèi)徑為φ10，并在尼龍棒上裝配一根細(xì)長(zhǎng)的橡膠軟管，將缸體完全沒入水中（橡膠軟管的末端伸出水面），使用高壓氣槍往橡膠軟管內(nèi)吹氣，看是否有氣泡冒出，用以判斷缸體水道的加工鑄造質(zhì)量。

1.2 缸孔變形量測(cè)量工裝

2.0T+ 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件，為檢測(cè)缸體成品的圓柱度是否符合技術(shù)要求，缸體各缸孔傅立葉變形數(shù)據(jù)是否均在標(biāo)準(zhǔn)值之下，缸體加工質(zhì)量是否合格，分析缸孔變形對(duì)機(jī)油耗和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。設(shè)計(jì)制作專用工裝，如下：

圖5 缸孔變形量測(cè)量夾具

圖6 缸孔變形量測(cè)量芯棒

如圖 5，缸孔變形量測(cè)量夾具根據(jù)缸體上兩個(gè)主軸承擋之間的距離，以及缸孔的直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，夾具上的四個(gè)螺紋孔，可以與主軸承擋上螺紋孔完全對(duì)齊。

進(jìn)行缸體缸孔變形量測(cè)量時(shí)，首先將缸蓋螺栓按照20Nm+90°－180°（反向松開）+20Nm+90°+90°的擰緊方式擰緊（裝配氣缸墊）， 將缸孔變形量測(cè)量夾具放入主軸承擋相應(yīng)兩個(gè)擋之間，放入缸孔變形量測(cè)量芯棒，調(diào)整夾具的相對(duì)位置，保證夾具與缸孔的同軸度，并將夾具用螺栓固定在缸孔的四周，螺栓的擰緊力矩不宜過(guò)大，一般為20Nm，避免此螺栓力矩對(duì)缸孔變形造成影響，之后用專門的設(shè)備對(duì)缸孔的變形量進(jìn)行測(cè)量和分析。

1.3 壓縮比測(cè)量工裝

壓縮比作為 2.0T+發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)，需在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中分別測(cè)量缸體、缸蓋的燃燒室容積，折算出壓縮比。由于 2.0T+發(fā)動(dòng)機(jī)各缸活塞在上止點(diǎn)的位置時(shí)，活塞最高點(diǎn)

突出缸體火力面，需單獨(dú)設(shè)計(jì)制作壓縮比測(cè)量工裝。

理論計(jì)算：

V缸體測(cè)：圖a打剖面線部分，測(cè)量得出，已知

V凸：圖a標(biāo)紅線以上活塞突出部分的容積

V凹：圖a標(biāo)紅線以下活塞凹陷部分的容積

V工裝：圖a標(biāo)紅線以上綠色框線一下的容積，已知

V缸蓋測(cè)：圖b標(biāo)紅線以上藍(lán)色框線以下的容積，測(cè)量得出，已知

V燃燒室：圖b中總?cè)紵胰莘e，待求；

V缸體測(cè)＝V工裝＋V凹－V凸①

V燃燒室＝V缸蓋測(cè)＋ V凹－V凸②

整理①、②得出：V燃燒室＝V缸體測(cè)＋V缸蓋測(cè)－V工裝（不考慮缸墊）

設(shè)計(jì)制作裝用工裝如下：

圖7 壓縮比測(cè)量工裝

如圖7，使用有機(jī)玻璃，設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)寬高分別為100mm，100mm和8mm的長(zhǎng)方體，在該長(zhǎng)方體的正中間加工一個(gè)直徑為85mm，深度為4mm的凹槽。另外，在凹槽的內(nèi)部再加工4個(gè)直徑為3mm的通孔，通孔的上下端面均加工出倒角。

進(jìn)行 2.0T+缸體燃燒室容積測(cè)量時(shí)，首先使用干凈的棉布將缸孔，活塞頂部等擦拭干凈，并用百分表調(diào)整活塞的上止點(diǎn)位置，在缸孔的四周均勻涂抹黃油，用于固定壓縮比測(cè)量工裝，將壓縮比測(cè)量工裝帶凹槽的一面緊貼缸孔，因2.0T+的缸孔內(nèi)徑為 85mm，可以保證測(cè)量工裝上的凹槽正好與缸孔對(duì)齊。使用滴定管將煤油均勻、緩慢地從4個(gè)通孔滴入，根據(jù)滴定管上前后兩次的讀數(shù)，得出缸體的燃燒室容積。

進(jìn)行 2.0T+缸蓋燃燒室容積測(cè)量時(shí)，事先在缸蓋上預(yù)裝好氣門、氣門彈簧，氣門彈簧下座，氣門彈簧上座，氣門鎖夾，氣門油封，火花塞，使用干凈的棉布將缸蓋每缸的燃燒室擦拭干凈，在缸蓋燃燒室四周的火力面上均勻涂抹黃油，用于固定壓縮比測(cè)量工裝，將壓縮比測(cè)量工裝不帶凹槽的一面緊貼缸孔。使用滴定管將煤油均勻、緩慢地從4個(gè)通孔滴入，根據(jù)滴定管上前后兩次的讀數(shù)，得出缸蓋的燃燒室容積。

根據(jù)理論計(jì)算，得出壓縮比。

1.4 旋轉(zhuǎn)曲軸專用工裝

在 2.0T+發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配過(guò)程中，需要測(cè)量曲軸裝配完全后的靜扭矩，以及在前端正時(shí)系統(tǒng)裝配過(guò)程中，都需要旋轉(zhuǎn)曲軸，使用一般工具無(wú)法旋轉(zhuǎn)曲軸，需要設(shè)計(jì)制作旋轉(zhuǎn)曲軸專用工裝。

設(shè)計(jì)制作旋轉(zhuǎn)曲軸專用工裝如下：

圖8 旋轉(zhuǎn)曲軸專用工裝

如圖8，曲軸上裝有半圓鍵，旋轉(zhuǎn)曲軸工裝上設(shè)計(jì)30×5×2.5的凹槽，φ32的內(nèi)徑正好與曲軸前端的外徑相同，40的孔深滿足了專用工裝完全與曲軸前端接觸，專用工裝的另一端面設(shè)計(jì)一長(zhǎng)方體凹槽，正好與世達(dá)工具里的大號(hào)棘輪扳手相匹配，只要轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪扳手時(shí)，即可通過(guò)該專用工裝帶動(dòng)曲軸一并旋轉(zhuǎn)。

1.5 氣門油封安裝專用工裝

裝配 2.0T+氣門油封，用以防止機(jī)油順著氣門導(dǎo)管進(jìn)入到燃燒室，從而起到防止燒機(jī)油的現(xiàn)象，裝配氣門油封，普通世達(dá)工具無(wú)法滿足，需設(shè)計(jì)制作專用工裝。

因缸蓋加工過(guò)程中，進(jìn)排氣門導(dǎo)管突出缸蓋的長(zhǎng)度不同，而進(jìn)排氣門油封相同，為保證進(jìn)排氣門都能有效起到密封作用，進(jìn)排氣門油封砸入的深度不一致，需設(shè)計(jì)制作不同的專用工裝，如圖9和圖10。

圖9 進(jìn)氣門油封安裝專用工裝

圖10 排氣門油封安裝專用工裝

該專用工裝包括工作部分和手柄部分，兩者通過(guò)過(guò)盈配合的方式組合在一起，工作部分的一端內(nèi)部有臺(tái)階孔，直徑較大的孔用來(lái)保證氣門油封的安裝到位；另一頭用于與手柄部分接觸，保證與手柄部分的同軸度。手柄部分的一端有一細(xì)長(zhǎng)的臺(tái)階，用于穿過(guò)氣門油封和氣門導(dǎo)管，起導(dǎo)向作用，另一端能在工作時(shí)與施力工具（如榔頭）直接接觸并傳遞力，安裝氣門油封時(shí)，首先將手柄部分的細(xì)長(zhǎng)端蘸取少量機(jī)油，防止安裝過(guò)程中損壞氣門油封，將氣門油封套入手柄部分的細(xì)長(zhǎng)端，另一端施加力，并同時(shí)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)專用安裝工具，保證受力均勻，完成裝配。

1.6 氣門鎖夾安裝專用工裝

2.0T+氣門鎖夾呈空心倒椎臺(tái)狀，內(nèi)部有三凸緣用以與氣門桿配合，固定與氣門彈簧上座的相對(duì)位置，通過(guò)彈簧的彈性實(shí)現(xiàn)彈簧上座與氣門桿同時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。裝配氣門油封，普通世達(dá)工具無(wú)法滿足，需設(shè)計(jì)制作專用工裝。

如圖11,1為氣門鎖夾安裝專用工裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，2為氣門鎖夾安裝專用工裝的固定機(jī)構(gòu)，3為氣門鎖夾安裝專用工裝的主體結(jié)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)1通過(guò)螺栓與主體機(jī)構(gòu)3配合，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺紋，可調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的上下位置。

裝配氣門鎖夾時(shí)，首先將執(zhí)行機(jī)構(gòu)1向上調(diào)節(jié)至最高處，將主體機(jī)構(gòu)3伸入缸蓋，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)1和固定機(jī)構(gòu)2分別放置在缸蓋的上下端，將固定機(jī)構(gòu)2頂住氣門的傘端，調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1上的螺紋，保證其下端正好與氣門彈簧上座完全接觸，繼續(xù)擰緊螺紋，壓縮氣門彈簧，保證氣門桿頂端與氣門彈簧上座支架留有合適距離，放入氣門鎖夾，再反方向旋動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1上的螺紋，完成裝配。

2 結(jié)論

本論文通過(guò)對(duì) 2.0T+發(fā)動(dòng)機(jī)三維數(shù)模和裝配過(guò)程的識(shí)別，設(shè)計(jì)制作專用的工裝輔具，用于樣機(jī)裝配。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助計(jì)算機(jī)三維建模軟件Pro-E對(duì)各專用工裝進(jìn)行建模，并生成二維圖，用于指導(dǎo)工裝的制作。

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