李松，李崇劍，黎宏塊，薛志光

（中廣核研究院有限公司，北京 100086）

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)上的軸瓦分兩種，一種是連桿軸瓦，安裝在連桿大頭與曲軸連桿頸處；另一種是主軸瓦，安裝在缸體曲軸孔與曲軸主軸頸處。軸瓦起軸承作用，防止曲軸直接與機(jī)體摩擦[1]。新型的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大都采用輕量化設(shè)計(jì)，有些汽車生產(chǎn)廠用鋁合金代替鋼制的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，由于鋁合金的材質(zhì)比較軟，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中，難免會(huì)有鋁屑產(chǎn)生，如果這些鋁屑落在曲軸里，在曲軸旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)對(duì)軸瓦造成劃傷，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和使用壽命產(chǎn)生重大影響。本文設(shè)計(jì)的包絡(luò)線檢測(cè)系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)地測(cè)量出軸瓦和連桿瓦安裝狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了軸瓦故障在回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量中的全過程監(jiān)測(cè)。

2 曲軸回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)的目的

劃傷是發(fā)動(dòng)機(jī)常見的失效模式之一，它直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功能性和耐久性[2]。在發(fā)動(dòng)機(jī)零件加工、組裝過程中，經(jīng)常出現(xiàn)清潔度差、切屑、焊渣、型砂等積存與主油道及鉆孔中的死角處未清理干凈，配件毛刺未清除，在裝配中脫落而混入潤(rùn)滑油，操作工漏裝主軸瓦片或連桿瓦片。為了防止上述裝配事故發(fā)生，需要一套靈敏且準(zhǔn)確的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過多年的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠商都采用在安裝主軸瓦后進(jìn)行漏裝檢測(cè)，活塞連桿裝配結(jié)束后，進(jìn)行活塞連桿總成回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)。通過回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)能在一定程度上降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢品廢件率。

圖1 瓦片劃傷與磨損圖

3 曲軸回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)現(xiàn)狀

現(xiàn)在曲軸回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)的內(nèi)容包括：曲軸和活塞連桿總成啟動(dòng)力矩，曲軸活塞連桿最大回轉(zhuǎn)力矩，曲軸活塞連桿平均回轉(zhuǎn)力矩。采用聯(lián)軸器將扭矩傳感器和伺服電機(jī)連接在一起，設(shè)置適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率和通訊協(xié)議，伺服電機(jī)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)測(cè)量扭矩值,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC或工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。在傳統(tǒng)的鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)殼體裝配線上，這種測(cè)量方法能夠在一定程度上檢測(cè)出裝配質(zhì)量情況，但是在某發(fā)動(dòng)機(jī)廠采用新型的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的試驗(yàn)中，我們經(jīng)過對(duì)比測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸瓦上的鋁屑直徑小于2000μm時(shí)，測(cè)量啟動(dòng)力矩、最大回轉(zhuǎn)力矩和平均回轉(zhuǎn)力矩的測(cè)量方法都不能檢測(cè)出鋁屑的劃傷故障。

4 包絡(luò)線檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦故障方面的應(yīng)用

4.1 包絡(luò)線原理

包絡(luò)線是與該曲線族的每條線都有至少一點(diǎn)相切的一條曲線，公式為(A-s)x+sy=(A-s)(s)。包絡(luò)線可以全程記錄發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)間曲線，通過模擬故障試驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，可以設(shè)置合理的安全閾值，保障發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦故障的成功檢測(cè)。

4.2 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置由升降裝置和旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成，升降裝置主要采用伺服電機(jī)帶動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)托盤到位后，二次定位升起，升降裝置下落，將發(fā)動(dòng)機(jī)固定后，回轉(zhuǎn)力矩測(cè)試裝置伸出，封堵到位，旋轉(zhuǎn)電機(jī)此時(shí)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)力矩按設(shè)置的角度旋轉(zhuǎn)。

4.3 回轉(zhuǎn)力矩測(cè)試與顯示裝置

圖2 包絡(luò)線回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置

包絡(luò)線回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置由扭矩傳感器以及扭矩—時(shí)間曲線顯示器組成。扭矩傳感器將實(shí)時(shí)扭矩?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給顯示器，通過自身算法，在屏幕上顯示出活塞由上止點(diǎn)到下止點(diǎn)反復(fù)6次的包絡(luò)線。根據(jù)大量樣本，可以設(shè)置不同機(jī)型的包絡(luò)線合格范圍，如果檢測(cè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)上、下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡超過的預(yù)設(shè)的合格范圍，設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警，升降裝置退回到原位后，放行到返修段。

圖3 包絡(luò)線顯示界面

從圖3可以看出包絡(luò)線分成四個(gè)部分，包絡(luò)線的設(shè)置范圍是根據(jù)上千臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)后得到的，與傳統(tǒng)的最大值、最小值和平均值的測(cè)量方法好的地方就是，包絡(luò)線的檢測(cè)更細(xì)化，瓦片微小的損傷都可以通過此套系統(tǒng)檢測(cè)出來。

4.4 包絡(luò)線檢測(cè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

由于軸瓦和連桿瓦上的鋁屑過小，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法包括啟動(dòng)力矩，最大回轉(zhuǎn)力矩，平均回轉(zhuǎn)力矩只能檢測(cè)出較大的異物劃傷，對(duì)細(xì)小的扭矩變化檢測(cè)不夠。新型的包絡(luò)線檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)上千臺(tái)合格發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到一個(gè)合格判定曲線（如圖3所示），不僅包含了傳統(tǒng)的三種測(cè)量方法，而且將全過程監(jiān)控劃分成四個(gè)區(qū)域，能夠在扭矩和時(shí)間曲線里全過程監(jiān)測(cè)曲軸力矩變化，當(dāng)檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞由上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的力矩時(shí)間曲線超過設(shè)定的曲線范圍時(shí)，可以判定軸瓦或連桿瓦安裝故障，需要進(jìn)行返修處理。

5 結(jié)語

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展以及新型材料的不斷應(yīng)用，裝配檢測(cè)技術(shù)也要不斷地進(jìn)行更新，本文所設(shè)計(jì)的新型的發(fā)動(dòng)機(jī)包絡(luò)線回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)技術(shù)能夠識(shí)別出細(xì)小的軸瓦或連桿瓦故障，很好地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦和連桿瓦劃傷和磨損的檢測(cè)問題,并且在某發(fā)動(dòng)機(jī)廠裝配線上進(jìn)行了成功驗(yàn)證，有效地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的質(zhì)量控制水平。