文 藝，熊瀟瀟，周 鵬

（1武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司，湖北 武漢430084；2湖北省煙草公司武漢市公司物流配送中心 ，湖北 武漢430000）

某柴油機(jī)曲軸，屬于典型的細(xì)長(zhǎng)類曲軸，是裝配在某大型艦船上的重要傳動(dòng)部件。該曲軸是世界上最先進(jìn)的曲軸之一，制造精度高，檢測(cè)難度大［1－2］。

在該細(xì)長(zhǎng)類曲軸檢驗(yàn)過(guò)程中，涉及的檢驗(yàn)工序很多。由于曲拐徑多，拐徑之間的角度為等分的72°，如何檢驗(yàn)曲軸偏心距及拐徑相對(duì)拐角，是檢驗(yàn)該曲軸的重要核心問(wèn)題。

1 細(xì)長(zhǎng)曲軸拐徑及拐徑相對(duì)轉(zhuǎn)角檢驗(yàn)工藝分析

微電腦高度儀測(cè)量曲軸角度、偏心距示意圖如圖1所示。

圖1 微電腦高度儀測(cè)量曲軸角度、偏心距示意圖

該細(xì)長(zhǎng)曲軸各拐徑相對(duì)轉(zhuǎn)角72°，累計(jì)相對(duì)轉(zhuǎn)角公差為0.3°，各拐徑偏心距為120±0.1mm。該項(xiàng)指標(biāo)是曲軸重要技術(shù)指標(biāo)之一［2］，要求高，檢測(cè)難度大，檢驗(yàn)步驟復(fù)雜。為此，在專用的高精度檢驗(yàn)平臺(tái)上，采用微電腦高度儀進(jìn)行檢測(cè)，考慮到高度儀在平臺(tái)上反復(fù)左右移動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)等因素會(huì)影響高度儀的測(cè)量精度，為了減小檢測(cè)誤差，高度儀在曲軸一側(cè)完成所有的檢測(cè)工序，這樣，高度儀的測(cè)桿長(zhǎng)度就需要很大（圖1），而現(xiàn)有的高度儀測(cè)桿最長(zhǎng)僅為200mm，無(wú)法完成單邊測(cè)量要求，為此，需要在系統(tǒng)誤差分析后，設(shè)計(jì)測(cè)桿加長(zhǎng)桿，以完成檢測(cè)任務(wù)。

2 高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿設(shè)計(jì)方案

2.1 測(cè)桿的技術(shù)要求

高度儀通過(guò)測(cè)桿接觸工件被測(cè)表面，由儀器內(nèi)部傳感器將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理，得出相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論。因而測(cè)桿屬于彈性敏感元件，必須符合下列性能要求。

1）剛性好 加長(zhǎng)測(cè)桿需要好的剛性，減小加長(zhǎng)測(cè)桿的變形，從而有利于減小因變形而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，提高檢測(cè)精度。

2）重量輕 加長(zhǎng)測(cè)桿的重量要滿足該儀器平衡結(jié)構(gòu)調(diào)整范圍。過(guò)重，則影響傳感器的靈敏度，從而影響了檢測(cè)精度，同時(shí)也為測(cè)桿的剛性設(shè)計(jì)增加了難度。

3）加長(zhǎng)測(cè)桿夾持方便：測(cè)桿夾頭必須與高度儀夾持部分匹配，且要求拆卸方便。

4）易制作 加長(zhǎng)測(cè)桿必須就地取材，在滿足使用要求的條件下，盡量降低制造精度，減小制造成本。

2.2 高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿設(shè)計(jì)

2.2.1 選材 根據(jù)測(cè)桿要求，選用不銹鋼冷拔無(wú)縫鋼管，測(cè)桿夾頭與鋼管密封塞采用鋁合金制造，球頭測(cè)頭采用合金鋼表面淬火后鍍鉻處理［3］。

2.2.2 測(cè)桿設(shè)計(jì) 測(cè)桿外徑20－0.015mm，內(nèi)徑17－0.20mm，內(nèi)孔兩端17H7（與鋼管密封塞及測(cè)桿夾頭相配），其余涉及參數(shù)見圖2。

圖2 高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿簡(jiǎn)圖

2.2.3 高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿誤差分析 考慮到加長(zhǎng)測(cè)桿及側(cè)頭由于重量及剛度影響，會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)新的系統(tǒng)誤差，故需要對(duì)加長(zhǎng)測(cè)桿進(jìn)行剛性分析，進(jìn)而分析由于測(cè)桿的加長(zhǎng)而產(chǎn)生的檢測(cè)誤差。

加長(zhǎng)測(cè)桿由于受自重力和測(cè)頭重力的作用會(huì)產(chǎn)生變形，其受力及由此產(chǎn)生的撓度見圖3。

圖3 測(cè)桿受力及由此產(chǎn)生的撓度

1）求fA1

由圖3（a）所示，設(shè)測(cè)桿單位長(zhǎng)度載荷為均布載荷q，查表知：不銹鋼密度ρ＝7.75×103kg／m3；可求出單位長(zhǎng)度體積：

單位長(zhǎng)度測(cè)桿質(zhì)量

7.75 ×103×8.718×10－5＝0.6756kg／m單位長(zhǎng)度測(cè)桿均布載荷

由材料力學(xué)知識(shí)［1］可知，一端固定簡(jiǎn)支梁在均布載荷作用下的撓度

由手冊(cè)［3］知：不銹鋼彈性模量空心鋼管慣性矩；所以

2）求fA2

由設(shè)計(jì)計(jì)算知測(cè)頭質(zhì)量為28g，可得加長(zhǎng)測(cè)桿重力

所以

3）求fA

綜合考慮加長(zhǎng)測(cè)桿的均布載荷和側(cè)頭集中載荷的影響，在加長(zhǎng)測(cè)桿端部綜合撓度

由加長(zhǎng)測(cè)桿的剛性分析，其撓度影響的檢測(cè)理論誤差最大值為6.4μm，滿足該曲拐徑檢測(cè)要求。

3 測(cè)桿測(cè)試實(shí)驗(yàn)

對(duì)高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以研究其使用性能是否合乎要求，測(cè)試步驟為：

1）將加長(zhǎng)測(cè)桿安裝后，按照微電腦高度儀使用要求，使用分度值0.1N的測(cè)力表，調(diào)整浮動(dòng)懸吊系統(tǒng)量測(cè)壓力，使測(cè)量壓力達(dá)到出廠要求1.2N；

2）浮動(dòng)懸吊系統(tǒng)平衡調(diào)整：按照微電腦高度儀使用要求，用3mm內(nèi)六角扳手調(diào)整平衡荷重之軸心，即移動(dòng)平衡荷重的左右位置，用分度值0.1N的測(cè)力表進(jìn)行測(cè)試，使上下方向測(cè)壓力均在1.2N；

3）用雙零級(jí)標(biāo)準(zhǔn)量塊對(duì)微電腦高度儀量測(cè)精度進(jìn)行測(cè)試，按照下式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳見測(cè)試記錄（表1）。

式中：Sn（）X為重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度。

表1 測(cè)桿測(cè)試性能參數(shù)表

由表1可知，隨著被測(cè)尺寸的加長(zhǎng)，該加長(zhǎng)測(cè)桿測(cè)量誤差逐漸減小，最大重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度為2.05 μm，滿足細(xì)長(zhǎng)曲軸拐徑及偏心距尺寸的檢測(cè)要求。

4 結(jié)論

通過(guò)測(cè)試，該微電腦高度儀加長(zhǎng)測(cè)桿符合技術(shù)要求，靈敏度高，檢測(cè)精度高，彌補(bǔ)了由于測(cè)桿長(zhǎng)度不完整而給工作帶來(lái)困難的缺陷，滿足料細(xì)長(zhǎng)曲軸的曲拐檢測(cè)要求，也為后續(xù)其他大型細(xì)長(zhǎng)曲軸的檢驗(yàn)工作帶來(lái)方便。

［1］ 翟 華，張宏梅，鐘華勇，等.自重?fù)隙葘?duì)大型曲軸校直機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)的影響［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2011（19）：22－25.

［2］ 俞紅祥.曲軸連桿頸圓度在線檢測(cè)與補(bǔ)償研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2012（10）：36－41.

［3］ 王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.