曲軸制造定位誤差的分析計算

李紅娟　孟剛

摘要：文章論述了曲軸加工定位時，產(chǎn)生定位誤差的原因。對曲軸加工定位誤差進行了分析，同時介紹了用簡便計算方法計算定位誤差。提出了減少定位誤差的措施。

關(guān)鍵詞：曲軸；定位誤差；分析；簡便計算

曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一。它承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，然后通過飛輪輸出[1]。在發(fā)動機工作中曲軸承受周期變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。這就要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要耐磨。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，在汽車制造業(yè)中，加工曲軸不僅產(chǎn)量大，而且加工精度高。這就要求在加工中嚴格控制加工誤差。影響加工誤差的因素很多，本文僅對制造加工中定位所造成的定位誤差進行分析計算。

一、曲軸的主要技術(shù)要求

（一）主軸頸、連桿軸頸本身的精度

曲軸主軸頸、連桿軸頸的直徑尺寸公差等級通常為IT6～IT7；主軸頸的直徑極限偏差為0.15～+0.05mm；曲拐半徑極限偏差為±0.05mm；曲軸的軸向尺寸極限偏差為±0.15～±0.50mm[2]。

（二）軸頸長度及形狀精度

軸頸長度公差等級為IT9～IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度公差應(yīng)控制在尺寸公差的1/2之內(nèi)。

（三）曲軸的位置精度

曲軸的位置精度包括：主軸頸與連桿軸頸的平行度，一般為100mm之內(nèi)不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速發(fā)動機曲軸為0.025mm，中大型低速發(fā)動機曲軸為0.03～0.08mm；各連桿軸頸的位置度不大于±30[2]。

二、曲軸產(chǎn)生定位誤差的原因

當(dāng)用調(diào)整法加工一批工件時，工件是通過機床夾具固定在加工設(shè)備上的，工件在機床夾具上的定位過程中，工件的工序基準沿工序尺寸方向上發(fā)生的最大偏移量稱為定位誤差。

產(chǎn)生定位誤差的原因有兩個：一是工序基準與定位基準不重合，引起基準不重合誤差；二是定位基準（基面）與定位元件本身存在制造誤差和最小配合間隙，使定位基準偏離其理想位置，產(chǎn)生基準位移誤差。

三、曲軸加工定位誤差的分析與計算

（一）曲軸加工定位誤差的分析

曲軸在加工時，用主軸頸在V型塊或半圓上定位。連桿軸頸的加工是用偏心夾緊機構(gòu)。在定位過程中，兩定位支撐點A、B的中心連線O1O2是定位基準，同時也是加工時的工序基準。因此，定位基準與工序基準重合，基準不重合誤差等于零。由此可知，只需計算出基準位移誤差，就可得到定位誤差值。

基準位移誤差包括兩類：一是沿軸線方向的縱向定位誤差；二是基準O1O2偏離理想位置的轉(zhuǎn)動的基準位移誤差。應(yīng)著重考慮轉(zhuǎn)動的基準位移誤差。

對于轉(zhuǎn)動的基準位移誤差，如圖1所示。設(shè)中心O1在O′1和O"1之間變動，因此，中心線O1O2有兩種極端變動：一種是從O′1O′2變到O"1O"2；另一種是從O′1O"2變動到O"1O′2。計算定位誤差時，首先應(yīng)分析哪一種情況會引起工序基準產(chǎn)生最大位移，以最大位移部位來計算定位誤差。

（二）定位誤差的計算

1.加工部位位于兩定位點之間

當(dāng)加工部位位于兩定位點之間時，如圖2所示。加工部位M1位于兩定位支點A、B間的X點，此時，工序尺寸E的基準位移量FG最大。其特點是F、G兩點分別在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的兩腰上。

加工部位位于兩定位點之外時，如圖3所示。加工部位M2位于兩定位支點之外的X點，此時工序尺寸H的基準位移量QS最大。其特點是Q、S兩點分別在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的兩對角線O′1O"2、O"1O′2的延長線上。

曲軸加工中，工序尺寸H的定位誤差用簡便方法計算為：

ΔX+ΔALAX=ΔB+ΔALAB

ΔXLAB=ΔALBX+ΔBLAX

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB（式2）

四、定位誤差值的確定

如前所述，曲軸軸頸以V型塊定位，兩端V型塊A、B定位時定位誤差分別為：

ΔA=TdA2sinα2（式3）

ΔB=TdB2sinα2（式4）

式中：ΔA、ΔB—分別為A、B點V型塊定位的定位誤差；

TdA、TdB—分別為定位點處曲軸軸頸的公差；

α—為V型定位塊斜面夾角（常用α=90°）

（1）若加工部位位于兩定位點之間時：

設(shè)TdA=0.04mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=200mm，α=90°。則定位誤差計算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔBLAX+ΔALXBLAB=0.033×200+0.028×400600=0.030（mm）

（2）若加工部位在兩定位點之外時：

設(shè)TdA=0.040mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=800mm，α=90°。則定位誤差計算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB=0.028×200+0.033×800600=0.053（mm）

五、結(jié)語

綜上所述曲軸定位誤差的分析與簡化計算的結(jié)果來看，工序尺寸位于兩定點之外時，引起的定位誤差較大。因此，為了減小定位誤差，可采取如下措施：

（1）提高定位元件和軸頸的尺寸精度；

（2）增大兩定位點的中心距，應(yīng)盡量使兩定位點布置的遠些；

（3）盡量使加工部位位于兩定位點之間。

參考文獻：

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005，70.

[2]曾東建.汽車制造工藝學(xué).北京：機械工業(yè)出版，2008.

作者簡介： 李紅娟（1989 ），女，寧夏人，碩士，助教，機電系統(tǒng)智能控制，從事汽車服務(wù)工程教學(xué)工作。