王　浩

(西安應(yīng)用光學研究所，西安 710065)

0　引言

曲軸又叫彎地軸或拐軸，是一種偏心工件，是內(nèi)燃機車及汽車等行業(yè)中連接發(fā)動機的關(guān)鍵零件。有一個偏心軸頸的曲軸，也有多個偏心軸頸的曲軸，各偏心軸頸在空間相交所成的角度不同，即曲軸相位角，如兩偏心軸頸空間相交成90°和180°的曲軸。而正六拐曲軸就是三個偏心軸頸空間相交成120°的曲軸，即相位角為120°。曲軸相位角精度是曲軸的一項重要技術(shù)指標，關(guān)系到發(fā)動機功率、平穩(wěn)性等。隨著發(fā)動機性能的不斷提高，對相位角的精度要求也在提高，中華人民共和國汽車行業(yè)標準QCT 481—2005《汽車發(fā)動機曲軸技術(shù)條件》規(guī)定：曲軸各連桿軸頸中心線對第一連桿軸頸中心線的角度偏差不大于±15′。在曲軸加工過程中，相位角波動幅度較大，若不能全檢或檢測誤差大，對其質(zhì)量控制和管理極為不利。

實際上，兩個偏心軸的曲軸檢驗比較容易，但是對三個或三個以上偏心軸的曲軸，檢測起來就比較困難。目前，國內(nèi)外先進曲軸生產(chǎn)線普遍采用曲軸綜合測量儀進行自動測量，而很多中小企業(yè)由于資金問題仍采用手工測量。本文介紹一種采用通用量具，手工測量正六拐曲軸相位角的檢測方法，檢測時需要一套檢測工具，通過嚴格的計算即可進行測量。

1　檢測方法

如圖1、圖2所示。把正六拐曲軸兩端主軸頸放在一對等高的V形鐵上，用千分表檢查其最高點，然后調(diào)整兩端，使兩端主軸頸外圓母線最高點對平板Q等高。再用高度等于A的墊塊墊在一個偏心軸頸上，使它與兩主軸頸中心連線對平板水平面成30°，而此時需要檢測的另一個偏心軸頸與兩主軸頸中心連線對平板水平面的夾角為θ。

圖1　正六拐曲軸架在等高V形鐵和墊塊上

圖2　高度等于A的墊塊和夾角為θ的偏心軸頸

要想使一個偏心軸頸與兩主軸頸中心連線對平板水平面成30°，就必須計算出墊塊A的精確高度。

1.1　墊塊A的高度

見圖2，墊塊A的精確高度可以用下面的公式計算：

A=M-D/2-N-d/2

N=esin30°=e/2，則

A=M-D/2-e/2-d/2

=M-(D+e+d)/2

(1)

式中，M為主軸頸最高點與平板之間的距離(mm)；D為主軸頸的實際直徑(mm)；d為偏心軸頸的實際半徑(mm)；e為偏心距(mm)。

1.2　相位角等于120°

墊塊墊上以后，用千分表檢查或用深度千分尺測量出h1和h的高度。如果h1=h，說明另一偏心軸頸中心與水平面也成30°，也就是兩個偏心軸頸中心夾角為120°，即相位角120°。

2　計算方法

如果h1≠h，說明夾角120° 有誤差。誤差的大小可以用下面的公式計算。

1)相位角大于120°時的計算

當h1>h，θ角小于30°時，見圖3。

圖3　曲軸相位角大于120°情況

sinθ=[e/2-Δh]/e

=[e/2-(h1-h)]/e

=[e-2(h1-h)]/2e

θ=arcsin[e-2(h1-h)]/2e

角度誤差Δθ=30°-θ

Δθ=30°-arcsin[e-2(h1-h)]/2e

(2)

這時兩個偏心軸頸中心夾角大于120°，即相位角大于120°。

2)相位角小于120°時的計算

當h1

圖4　曲軸相位角小于120°情況

sinθ=[e/2+Δh]/e

=[e/2+(h-h1)]/e

=[e+2(h-h1)]/2e

θ=arcsin{[e+2(h-h1)]/2e}

角度誤差Δθ=θ-30°

Δθ=arcsin{[e+2(h-h1)]/2e}-30°

(3)

這時兩個偏心軸頸中心夾角小于120°，即相位角小于120°。

3　檢測誤差

采用通用量具檢測曲軸偏心軸頸相位角過程中，存在著各種誤差。本文不考慮計量器具、溫度等產(chǎn)生的誤差，只討論檢測方法的誤差：

1)這種測量方法比較簡單且能達到要求的測量精度，但它屬于間接測量法。因為它無法直接檢測角度，必須先測量與角度(被測之量)有函數(shù)關(guān)系的各類高度尺寸，然后經(jīng)過換算，才能得出角度的大小，所以要將角度換算成各類線性高度值方能檢測。

2)測量時需要使用很多參數(shù)，為了減小工作量，均使用與曲軸相關(guān)的基本尺寸進行計算，而實際尺寸與基本尺寸相差較大，如曲柄半徑公差為±0.05～±0.1mm，6個曲柄半徑實際尺寸的差別也可能較大，必然帶來較大的檢測誤差；主軸頸的直徑偏差以及各連桿頸的偏心距均使相位角產(chǎn)生誤差。

3)用軸頸外圓母線代替軸線，產(chǎn)生了基準轉(zhuǎn)換誤差。主軸頸和連桿頸的軸心是測量基準，無法直接使用，檢測時以外圓母線代替軸心，軸心位置隨直徑大小而上下變動，帶來了基準位置轉(zhuǎn)換誤差。

4)六拐曲軸較長，剛性差，受加工應(yīng)力影響，產(chǎn)生塑性變形，形成彎曲跳動；緊支承兩端主軸頸，曲柄中部因自重向下彎曲，撓度值一般在0.04～0.08mm之間，這兩種彎曲撓度也造成各拐的相位誤差，中間的兩拐誤差值最大。

4　補償措施

1)采用實際尺寸來計算測量參數(shù)。

2)只有當被測角度要素處于與平臺平行時才能最大限度地排除其它參數(shù)誤差的影響，提高檢測精度。

3)檢測連桿軸頸夾角偏差時都以對稱度的方法進行，這樣效率更高。

4)為了避免基準轉(zhuǎn)換誤差，可以在V形鐵底面加可調(diào)支承，再把六拐曲軸兩端主軸頸放在V形鐵上，事先測量好兩端主軸頸大小，根據(jù)兩端主軸頸實際大小之誤差，計算出兩端相差的高度值，用千分表檢查其最高點，然后調(diào)整支承兩端，使兩端主軸頸軸線對平板等高。這樣就不用軸頸外圓母線代替軸線，避免了基準轉(zhuǎn)換誤差。

5)對于剛性較差的的長曲軸，必要時采用可調(diào)支撐消除其撓度誤差后再測量。在中間主軸頸加3點支承，使兩端和中間主軸頸軸線等高，采取措施后絕大部分誤差便可消除或減小。實際曲軸在缸體中，每個主軸頸均有軸瓦支撐，并受軸承蓋的限制，上述撓度大部分可以消除。很顯然曲軸在檢測相位時的狀態(tài)，與其工作時的狀態(tài)差別較大。

5　結(jié)論

一般曲軸數(shù)量越多發(fā)動機帶動汽缸越多，功率越大，但曲軸增多后對曲軸加工精度要求就越高，當曲軸相位角誤差很大時不僅影響整機輸出功率，還會影響整機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，增大振動和噪聲，縮短使用壽命，帶來不安全隱患。目前大規(guī)模生產(chǎn)廠均選用曲軸相位自動檢測儀進行檢測，而許多民營企業(yè)不具備以上條件，常用的人工檢測方法很難保證產(chǎn)品質(zhì)量，為此作者根據(jù)自己實踐提出這種采用通用量具對正六拐曲軸相位角的檢測方法，能提高檢測精度，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，有一定的推廣應(yīng)用價值。

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