多拐曲軸的相位角檢測(cè)

■ 中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司 （四川 641301） 代金金 丑洋洋

我公司目前生產(chǎn)的曲軸涉及4～10拐系列。曲軸的相位角是影響柴油機(jī)燃燒性能的主要因素。精確檢測(cè)相位角能夠降低柴油機(jī)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的概率。曲軸相位角的設(shè)計(jì)要求公差一般為±10′，為此在檢測(cè)方式及方法上要綜合考慮支撐及測(cè)量的各種誤差，以滿足相位角的精確檢測(cè)。

1. 曲軸相位角檢測(cè)基準(zhǔn)

在測(cè)量曲軸相位角時(shí)，只有當(dāng)被測(cè)角度要素與平臺(tái)平行時(shí)，才能最大限度地排除其他參數(shù)誤差的影響，達(dá)到檢測(cè)精度高的目的。因此在測(cè)量相位角之前，應(yīng)使主軸頸中心處于水平狀態(tài)。

測(cè)量時(shí)，將曲軸放置于檢測(cè)平臺(tái)上，兩端基準(zhǔn)軸頸采用固定支承，中間軸頸采用一點(diǎn)或多點(diǎn)浮動(dòng)支承（見(jiàn)圖1）。曲軸在檢測(cè)支承上必須保持平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，支承潤(rùn)滑充分。在測(cè)量前，將各支承主軸頸中心調(diào)整在公共軸線上，其中心高度差≤0.005mm，排除支承軸頸直徑尺寸誤差。

2. 專用檢具檢測(cè)法

采用高度游標(biāo)卡尺或二維測(cè)高儀及專用檢具分度盤（多面體）進(jìn)行檢測(cè)。

（1）選取第1曲柄銷為被測(cè)基準(zhǔn)軸頸，旋轉(zhuǎn)曲軸調(diào)整第1曲柄銷中心與主軸頸中心在同一水平面內(nèi)，該平面中心高度H為測(cè)量基準(zhǔn)值。

圖1

（2）根據(jù)曲軸的曲柄銷數(shù)量，將與相位夾角分布對(duì)應(yīng)的分度盤（多面體）裝夾在曲軸一端。采用高度游標(biāo)卡尺或二維測(cè)高儀將分度盤（多面體）中的一個(gè)基準(zhǔn)面調(diào)整至水平，并將分度盤固定。

（3）旋轉(zhuǎn)曲軸，將分度盤（多面體）中的其余工作面，依次找至水平，每找平一個(gè)工作面，用高度千分尺或二維測(cè)高儀測(cè)出相對(duì)應(yīng)的曲柄銷上側(cè)實(shí)際高度值h1、h2、h3，…，hi，按照公式（1）計(jì)算得出被測(cè)曲柄銷中心與測(cè)量基準(zhǔn)的高度差ΔYi（注意正負(fù)值）。

式中，ΔYi為高度差；hi為各曲柄銷上側(cè)實(shí)際高度值；di為各曲柄銷直徑；i為曲柄銷號(hào)；H為測(cè)量基準(zhǔn)平面中心高度。

（4）圖樣設(shè)計(jì)要求相位誤差用高度差表示的，直接記錄高度差。

（5）圖樣設(shè)計(jì)要求用角度值表示的，則通過(guò)公式（2）計(jì)算得出對(duì)于基準(zhǔn)曲柄銷的偏差角度θi（見(jiàn)圖2）。

圖2

式中，θi為對(duì)于基準(zhǔn)曲柄銷中心的偏差角度；ΔYi為高度差；ri為對(duì)應(yīng)的1/2沖程（曲拐半徑）。

3. 高度尺直接測(cè)量法

（1）相位角呈90°以外的曲軸檢測(cè)：①選取第1曲柄銷為被測(cè)基準(zhǔn)軸頸，旋轉(zhuǎn)曲軸調(diào)整第1曲柄銷中心與主軸頸中心在同一水平面內(nèi)（相位角呈90°的曲軸除外），該平面中心為測(cè)量基準(zhǔn)值。②測(cè)量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離并做記錄，按照公式（3）計(jì)算出各曲柄銷對(duì)于水平位置的實(shí)際角度（見(jiàn)圖3）。

式中，βi為曲柄銷與水平位置的實(shí)際角度；hi為曲柄銷中心到主軸頸中心的垂直距離；ri為對(duì)應(yīng)曲柄銷的曲拐半徑。

（2）相位角呈90°的曲軸檢測(cè)：①當(dāng)測(cè)量相位角呈90°曲軸時(shí)，將作為基準(zhǔn)的第1曲柄銷中心調(diào)整到與主軸頸中心成45°夾角的位置（見(jiàn)圖4）。②測(cè)量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離，按照公式（3）計(jì)算出各曲柄銷對(duì)于水平位置的實(shí)際角度。

圖3

4. 曲軸相位角檢測(cè)結(jié)果判定

（1）專用檢具檢測(cè)法結(jié)果判定：①圖樣設(shè)計(jì)要求相位角誤差用高度差表示的，高度差值應(yīng)符合圖樣設(shè)計(jì)要求。②圖樣設(shè)計(jì)要求相位角誤差用角度值表示的，計(jì)算得出的被測(cè)曲柄銷與基準(zhǔn)曲柄銷（第1曲柄銷）之間的偏差角度θ應(yīng)符合圖樣設(shè)計(jì)的角度公差要求。

（2）高度尺直接測(cè)量法結(jié)果判定：①圖樣設(shè)計(jì)要求相位角誤差用高度差表示的，每一被測(cè)曲柄銷中心到主軸頸中心的垂直高度與圖樣要求的理論高度值之差應(yīng)在圖樣設(shè)計(jì)要求的偏差值范圍內(nèi)。②圖樣設(shè)計(jì)要求相位角誤差用角度值表示的，被測(cè)曲柄銷與第1曲柄銷之間的實(shí)際夾角β應(yīng)在圖樣設(shè)計(jì)要求的夾角及公差范圍內(nèi)。

5. 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員及檢驗(yàn)人員對(duì)于曲軸相位角檢測(cè)方式的驗(yàn)證，用高度儀直接測(cè)量法能夠完全排除各種檢測(cè)誤差并得到各船級(jí)社的認(rèn)可。

圖 4

[1] 陳宏均. 實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3] 李新勇，趙志平. 機(jī)械制造檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

專家點(diǎn)評(píng)

文章針對(duì)曲軸相位角的檢測(cè)難點(diǎn)，對(duì)多拐曲軸進(jìn)行系統(tǒng)分類，首先使主軸頸中心處于水平位置，通過(guò)專用檢具和高度尺直接測(cè)量法排除各種檢測(cè)誤差，為精準(zhǔn)測(cè)量曲軸相位角提供了結(jié)果判定。

公式化解決多拐曲軸的相位角檢測(cè)方法是文章的創(chuàng)新之處，用高度尺直接測(cè)量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離，按照公式即可換算出相對(duì)于水平位置的實(shí)際角度，對(duì)技術(shù)和檢驗(yàn)人員的幫助很大。