試議發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配的防錯(cuò)技術(shù)和方法

王 波

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

軸瓦是滑動(dòng)軸承和軸頸接觸的部分，形狀為瓦狀的半圓柱面，非常光滑，其主要作用是減小軸頸的摩擦阻力及減小軸頸的磨損。發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦主要有兩種，一種是主軸瓦，安裝在缸體主軸承孔以及曲軸主軸頸之間；一種是連桿瓦，安裝在連桿大頭孔與曲軸連桿頸之間。一般4缸機(jī)主軸瓦10片，連桿瓦8片，主軸瓦分上下瓦，上下瓦一般不通用（即不能裝反），連桿瓦分上下瓦，上下瓦一般通用。同時(shí)為保證曲軸軸瓦間隙，大部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，軸瓦需進(jìn)行分組裝配。以上這些特性，造就了軸瓦正確裝配的重要性，因此，軸瓦防錯(cuò)裝、漏裝就顯得尤為重要。

1 軸瓦裝配主要失效模式及后果

1.1 軸瓦漏裝

如果軸瓦漏裝，軸頸的油壓無(wú)法建立，機(jī)油無(wú)法到達(dá)軸頸形成油膜，易導(dǎo)致曲軸、連桿等運(yùn)動(dòng)件摩擦損壞，且由于運(yùn)動(dòng)件間異常摩擦形成雜質(zhì)積累，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抱死無(wú)法工作。軸瓦嚴(yán)重磨損后，運(yùn)動(dòng)件間的間隙變大，運(yùn)動(dòng)時(shí)晃動(dòng)量增大，導(dǎo)致拉缸、曲軸連桿斷裂、發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。

1.2 上下主軸瓦裝反

一般發(fā)動(dòng)機(jī)主軸瓦的上下瓦不通用，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一般上主軸瓦（裝在缸體主軸承孔上的軸瓦）加工有油孔和油槽，下主軸瓦（裝在主軸承蓋上的軸瓦）未加工有油孔和油槽，如圖1所示。上主軸瓦有油孔、油槽，其目的是讓缸體主油道的潤(rùn)滑油通過(guò)油孔、油槽進(jìn)入曲軸進(jìn)行潤(rùn)滑。若主軸上、下瓦裝反，即將沒(méi)有帶油孔、油槽的下瓦裝到缸體主軸承孔上，將導(dǎo)致缸體主油道的潤(rùn)滑油不能通往曲軸進(jìn)行潤(rùn)滑，產(chǎn)生的后果與漏裝軸瓦基本一樣。

圖1 主軸上、下瓦

1.3 軸瓦組別號(hào)裝錯(cuò)（針對(duì)軸瓦需分組裝配的情況）

目前大部分的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配需要進(jìn)行分組裝配。軸瓦分組裝配主要目的是保證合適的曲軸徑向軸瓦間隙。如果軸瓦組別號(hào)裝錯(cuò)，會(huì)造成間隙過(guò)大或過(guò)小，如果間隙過(guò)大，油壓降低，潤(rùn)滑油膜難以建立和保持，長(zhǎng)期使用可能燒瓦，同時(shí)間隙過(guò)大，曲軸容易徑向竄動(dòng)，加速零件磨損、疲勞，并產(chǎn)生噪音。如果間隙過(guò)小，零件受熱后膨脹容易造成卡死，同時(shí)間隙過(guò)小，油壓升高，潤(rùn)滑油膜也不易建立，潤(rùn)滑不足造成軸承磨損，嚴(yán)重時(shí)燒瓦。

2 軸瓦裝配的關(guān)鍵工藝要求

2.1 軸瓦的選配關(guān)系

以某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配要求為例，主軸下軸瓦的選配關(guān)系如圖2所示。

圖2 主軸下瓦選配關(guān)系

2.2 傳統(tǒng)選配軸瓦的工藝方法及工藝控制能力

采用人工口算和記憶來(lái)選配軸瓦，通過(guò)人工目視化檢查來(lái)確認(rèn)軸瓦的裝配正確性。傳統(tǒng)工藝雖然成本最低，但是無(wú)法有效避免軸瓦錯(cuò)裝、漏裝，特別是大批量生產(chǎn)時(shí)，人為因素導(dǎo)致錯(cuò)裝、漏裝的風(fēng)險(xiǎn)比較大。為降低甚至消除人為因素帶來(lái)的失控風(fēng)險(xiǎn)，一般生產(chǎn)線都會(huì)投入相關(guān)設(shè)備或裝置來(lái)達(dá)到控制要求。下文闡述的幾種軸瓦裝配防錯(cuò)技術(shù)和方法，可以有效做到軸瓦防錯(cuò)裝、漏裝的控制要求，其中氣檢防錯(cuò)技術(shù)為本文重點(diǎn)闡述內(nèi)容。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配的防錯(cuò)技術(shù)和方法

3.1 取料防錯(cuò)

一般配置軸瓦智能料架來(lái)實(shí)現(xiàn)取料防錯(cuò)，如圖3所示。智能料架的功能是通過(guò)零件二維碼信息掃描輸入，系統(tǒng)根據(jù)軸瓦選配關(guān)系自動(dòng)計(jì)算或匹配要選配的軸瓦組別號(hào)，并在智能料架上按軸瓦裝配順序（缸號(hào)順序）燈光顯示提示操作者依序進(jìn)行取料，若操作者未按料架每個(gè)料道的燈光顯示順序進(jìn)行取料，料架將進(jìn)行聲光報(bào)警；若操作者未按要求次數(shù)進(jìn)行取料，系統(tǒng)識(shí)別后將對(duì)線體進(jìn)行鎖住不放行。此智能料架的防錯(cuò)功能有：

（1）可有效避免分組號(hào)裝錯(cuò)；

（2）可有效防止漏裝軸瓦；

（3）可以對(duì)軸瓦選配的相關(guān)分組信息進(jìn)行保存和追溯。

圖3 軸瓦智能料架

此智能料架防錯(cuò)是軸瓦選配組裝過(guò)程中的一個(gè)有效的工藝方法，但是并不能100%杜絕軸瓦錯(cuò)裝、漏裝，因?yàn)槿钥赡艽嬖谝恍┤藶橐蛩兀热缭诓僮髡甙摧S瓦料架顯示的順序取料后，操作者因人為原因并沒(méi)有按順序?qū)⑤S瓦組裝到對(duì)應(yīng)的軸瓦安裝位置，那就有可能導(dǎo)致軸瓦裝錯(cuò)或者漏裝。所以此工序后面，一般還需配置軸瓦安裝后的檢測(cè)防錯(cuò)工藝。

3.2 工位布置防錯(cuò)

此方法可應(yīng)用在主軸瓦安裝工序。生產(chǎn)線工序布置時(shí)，正常情況下，上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝一般都布置在同一個(gè)工位。上下瓦同時(shí)在一個(gè)工位安裝，若工序沒(méi)有做到很好的防錯(cuò)功能，光靠人為識(shí)別來(lái)選配和安裝，必然會(huì)增加上、下瓦互相裝錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，即有可能上瓦裝到下瓦的位置，下瓦裝到上瓦的位置。針對(duì)此裝錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，在不影響組裝順序和不影響節(jié)拍的情況下，可以將上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝作業(yè)布置在不同工位，這樣可以在一定程度上避免上、下瓦混裝的可能，從而降低上下瓦裝錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 傳感器工裝防錯(cuò)

發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦一般為金屬材料，可以采用金屬傳感器感應(yīng)軸瓦是否安裝在工裝上。如圖4所示，軸瓦安裝工裝上安裝有金屬傳感器，操作者從軸瓦料架取下軸瓦后，安裝到該工裝上，傳感器感應(yīng)到了有軸瓦，系統(tǒng)才正常，若沒(méi)有感應(yīng)到軸瓦，系統(tǒng)則識(shí)別為漏裝。當(dāng)所有軸瓦安裝到工裝上后，再通過(guò)工裝整體安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上。若在該工裝上識(shí)別出漏裝軸瓦，系統(tǒng)則報(bào)警并鎖定線體不許放行，從而達(dá)到防漏裝的目的。

圖4 軸瓦防錯(cuò)傳感器工裝

3.4 相機(jī)拍照防錯(cuò)

當(dāng)已裝好軸瓦的工件移到相機(jī)拍照區(qū)域內(nèi)，相機(jī)在軸瓦上方進(jìn)行拍照，當(dāng)漏裝軸瓦或者裝反軸瓦，其外觀與正常裝配外觀有差異，通過(guò)與正確的基礎(chǔ)圖進(jìn)行對(duì)比，可以識(shí)別軸瓦是否漏裝或上下瓦裝反。此技術(shù)主要應(yīng)用在軸瓦安裝到工件后，代替人工目視化檢查軸瓦安裝情況，可以100%檢測(cè)到軸瓦漏裝、上下瓦裝反的失效模式，但此防錯(cuò)技術(shù)成本一般比較高。

目前有三維拍照技術(shù)，不但可以識(shí)別是否漏裝、上下瓦裝反，還可以識(shí)別軸瓦是否裝到位。

3.5 氣檢防錯(cuò)

氣檢防錯(cuò)的原理：將壓縮空氣與工件相連接，然后加壓，加壓到某一值后，停止加壓進(jìn)行壓力或流量檢測(cè)，在檢測(cè)中，如果壓力或流量變化大，則說(shuō)明泄露量大，有可能漏裝軸瓦，如果壓力或流量變化小，說(shuō)明泄露率小或者無(wú)泄露，屬于正常裝配狀態(tài)[1]。以下以某發(fā)動(dòng)機(jī)利用某氣檢儀器進(jìn)行檢測(cè)為例進(jìn)行闡述：

3.5.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

如圖5所示，以自動(dòng)檢出被檢查物內(nèi)部發(fā)生的流量或壓力變化的上限值來(lái)判定合格與否。

圖5 檢測(cè)判定標(biāo)準(zhǔn)

3.5.2 工件檢測(cè)狀態(tài)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體已組裝好曲軸、活塞連桿、軸瓦等零部件即可，即一般布置在曲軸連桿組件安裝完成后的一兩個(gè)工位。

3.5.3 氣檢裝置的結(jié)構(gòu)組成

主要由專用氣檢儀器、氣管路、封堵工裝、曲軸手搖工裝組成。其中氣檢儀器主要是用來(lái)檢測(cè)壓力或流量變化的設(shè)備裝置；封堵工裝主要是用來(lái)封堵缸體上相關(guān)主油道孔以實(shí)現(xiàn)密閉空間；手搖工裝主要是實(shí)現(xiàn)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。圖6為某產(chǎn)品采用的手動(dòng)封堵檢測(cè)設(shè)備。

3.5.4 專用氣檢儀器

（1）儀器的選型規(guī)格：氣檢儀器不管是流量式的還是壓差式的，其原理基本一致，都是檢測(cè)變化值。

（2）儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖，如圖6、7所示。

工廠空壓源通過(guò)過(guò)濾器、氣檢儀器調(diào)壓閥調(diào)成測(cè)試壓后，進(jìn)入儀器層流管，層流管上安裝壓力傳感器，層流管一路氣源通往工件和流量校準(zhǔn)儀，另一路通往壓力傳感器以及儀器電氣部分、面板。

圖6 儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖7 氣檢過(guò)程原理圖

3.5.5 氣檢過(guò)程

在設(shè)定相關(guān)的檢測(cè)條件后（比如測(cè)試壓力、加壓時(shí)間、檢測(cè)時(shí)間等），按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行檢測(cè)：

（1）封堵（充氣）工裝

將缸體各表面的主油道孔用封堵工裝封堵（充氣），一般在缸體上缸蓋安裝面和缸體前端各有一個(gè)主油道孔。封堵工裝封堵后，缸體內(nèi)部主油道、曲軸、連桿、軸瓦就形成一個(gè)相對(duì)密閉的空間，如圖8所示（深黑色代表主油道）。

圖8 工件檢測(cè)密閉空間示意圖

（2）加壓充氣

安裝封堵工裝后，按下啟動(dòng)按鈕，儀器開(kāi)始加壓充氣，直到加壓到設(shè)定值壓力為止，一般會(huì)設(shè)置合適的加壓時(shí)間，時(shí)間到，加壓充氣結(jié)束。

（3）檢測(cè)過(guò)程：加壓結(jié)束時(shí)，用轉(zhuǎn)動(dòng)工裝開(kāi)始平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，儀器開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)壓力或流量變化，記錄壓力或流量值。檢測(cè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸的目的是為了使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。

（4）判定過(guò)程

若檢測(cè)出的最大流量值大于設(shè)定的流量值（正常情況下的流量值），即亮紅燈報(bào)警，則認(rèn)為判定組裝有異常，需拆解排查返修，若檢測(cè)出的最大流量值小于設(shè)定的流量值，即亮綠燈，則判定軸瓦組裝正常。

3.5.6 氣檢失效模式的驗(yàn)證過(guò)程

表1為正常、異常（漏裝）的情況下的流量檢測(cè)結(jié)果（展示部分?jǐn)?shù)據(jù)）。

表1 各氣檢失效模式驗(yàn)證過(guò)程數(shù)據(jù)記錄表

以上表1只是列出部分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)際經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證得出的大量數(shù)據(jù)，證明軸瓦漏裝的越多，泄露量相對(duì)于正常情況的泄露量變化越大，即設(shè)定好正常情況的泄露量上限后，如果在檢測(cè)過(guò)程中泄露量超出設(shè)定值，說(shuō)明軸瓦組裝存在異常，通過(guò)此方法，可以檢測(cè)軸瓦漏裝。

3.5.7 氣檢的注意事項(xiàng)

對(duì)一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，最大的問(wèn)題就是誤判。誤判會(huì)使本來(lái)不合格的產(chǎn)品當(dāng)成合格產(chǎn)品流入下工序，也會(huì)是本來(lái)合格的產(chǎn)品當(dāng)成不合格的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行排查返修，造成諸多浪費(fèi)。所以檢測(cè)設(shè)備必須要做好防止誤判的各項(xiàng)工作，防止誤判的方法有：

（1）前期設(shè)備安裝調(diào)試投入使用前，必須充分做好各種失效模式的驗(yàn)證，得到充分的驗(yàn)證后，才能投入使用。驗(yàn)證期間，須設(shè)定合適有效的參數(shù)范圍值。

（2）制作標(biāo)件，定期通過(guò)標(biāo)件，驗(yàn)證設(shè)備、工裝、程序、環(huán)境等工作正常，防止發(fā)生批量質(zhì)量事故。

（3）定期做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，特別是傳感器等部件，須定期校準(zhǔn)、標(biāo)定。

（4）定期檢查各密封件是否正常，是否有損壞、泄露現(xiàn)象。

4 總結(jié)

對(duì)軸瓦組裝防錯(cuò)技術(shù)和方法，以表2進(jìn)行總結(jié)。

表2 軸瓦組裝防錯(cuò)技術(shù)和方法的對(duì)比情況

目前也有部分發(fā)動(dòng)機(jī)廠通過(guò)配置回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)設(shè)備和冷試設(shè)備對(duì)軸瓦漏裝進(jìn)行檢測(cè)，但是根據(jù)相關(guān)工廠工藝驗(yàn)證，這兩種方法的檢測(cè)能力不足、探測(cè)率低，效果不佳[2]。上表的幾種防錯(cuò)技術(shù)和方法，在軸瓦組裝及檢測(cè)工藝上應(yīng)用比較廣泛，其中，氣檢防錯(cuò)技術(shù)性價(jià)比比較高，工廠可根據(jù)企業(yè)自身?xiàng)l件、投入成本、故障發(fā)生率等實(shí)際情況來(lái)確定生產(chǎn)工藝。

5 結(jié)束語(yǔ)

軸瓦裝配采用人工控制出現(xiàn)漏裝、錯(cuò)裝不可避免，通過(guò)智能料架、工位布置、工裝傳感器、拍照技術(shù)、氣檢技術(shù)等防錯(cuò)技術(shù)和方法，優(yōu)化了現(xiàn)有的裝配工藝，解決了軸瓦漏裝、錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)，改進(jìn)了軸瓦漏裝、錯(cuò)裝依靠人工目視防錯(cuò)的理念，降低了在線返修率，降低了售后返修成本，節(jié)約了大量的時(shí)間和成本，提高了在線質(zhì)量控制水平，提高了售后水平。