摘要：為了提高曲軸中心距檢測效率及檢測精度，根據(jù)V形支承定位理論，設(shè)計新型曲軸中心距檢具，并進(jìn)行實際曲軸中心距測量驗證。新型曲軸中心距檢具由V形支承、橫梁、表座、百分表、圓柱銷、菱形銷、中空螺栓、定位柱組成。實際測量結(jié)果表明：設(shè)計的曲軸中心距檢具的測量誤差在±0.01 mm以內(nèi)，滿足現(xiàn)有產(chǎn)品公差不超過±0.1 mm的要求，測量結(jié)果波動小，與數(shù)控檢測機床檢測結(jié)果的最大偏差為0.005 mm，操作簡單、檢測效率高、適用范圍廣。

關(guān)鍵詞：曲軸；中心距；V形支承

中圖分類號：TK436文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-6397（2024）06-0020-06

引用格式：姜玉璽，王華龍，張濤，等.燃?xì)鈾C曲軸中心距檢具設(shè)計［J］.內(nèi)燃機與動力裝置，2024，41（6）：20-25.

JIANG Yuxi， WANG Hualong， ZHANG Tao， et al. Design of the measuring tool for the center distance of the crankshaft of gas engine［J］.Internal Combustion Engine amp; Powerplant， 2024，41（6）：20-25.

0 引言

曲軸是燃?xì)獍l(fā)動機的重要部件之一，曲軸的尺寸精度和表面質(zhì)量直接決定了發(fā)動機運行時的穩(wěn)定性、磨損和噪聲，是影響發(fā)動機性能的關(guān)鍵因素^[1-2]。曲軸主軸頸與連桿軸頸中心距的尺寸精度公差通常為±0.1 mm。中心距過大或過小都直接影響活塞在氣缸內(nèi)的行程，進(jìn)而影響壓縮比，造成單缸或多缸輸出功率不穩(wěn)定，因此，曲軸中心距的尺寸精度對控制燃?xì)鈾C組的工作穩(wěn)定性尤為重要^[3-4]。

目前，曲軸中心距的控制方法為：曲軸各主軸頸在外圓磨床上粗磨、半精磨完成后，在曲軸磨床上對一組或幾組連桿軸頸試磨，然后吊裝轉(zhuǎn)運至檢驗平臺，檢驗人員使用百分表配合高度游標(biāo)卡尺檢測中心距。這一過程重復(fù)多次，直至檢測合格后方可正常磨削，且無法檢測磨削過程中中心距的變化，完工后中心距檢驗超差無法補救。曲軸中心距的檢測方法為：在檢驗平臺上，利用V型鐵支撐3個主軸頸，調(diào)平軸頸上母線，使用百分表平推確定連桿軸頸最高點，采用高度游標(biāo)卡尺測出連桿頸和主軸頸的上母線示值，再通過計算得到中心距^[3-4]。該方法點位確定不精確，手動測量誤差大、效率低。

本文中設(shè)計制造一種新型中心距檢具，采用該檢具，可實現(xiàn)點位確定唯一、使用快捷準(zhǔn)確、降低檢驗人員勞動強度的目的，不僅用于完工檢驗，還可以實現(xiàn)磨削過程控制。

1 曲軸中心距檢具定位設(shè)計理論及工作原理

1.1 定位設(shè)計理論

不同類型曲軸主軸頸的工序尺寸、完工尺寸不同。為適應(yīng)不同類型主軸頸的尺寸變化，將中心距檢具的測量定位設(shè)計為角度為90°的V形支承。當(dāng)V形支承放置在主軸頸外圓表面時，軸頸變化與V形支承上升距離的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知：V 形支承以直徑為d1的軸頸定位時，其V形頂點為A點；以直徑為d2的軸頸定位時，其V形頂點由A點位移至B點。在等腰直角△AOB中，

LAB= 2LOA= 2 （d2/2-d1/2）=0.707（d2-d1），

式中：LAB、LOA分別為線段AB、OA的長度，mm。

LAB即為中心距檢具測量過程中，因主軸頸工序尺寸與完工尺寸的差異引起的V形支承沿曲軸主軸頸、連桿軸頸中心連線的位移^[5]。

實際應(yīng)用中，d1對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)軸主軸頸實測直徑，d2對應(yīng)工序磨削連桿軸頸時主軸頸實測直徑。若d2gt;d1，曲軸產(chǎn)品正常加工，工序檢測時V形支承上升；若d2lt;d1，曲軸大修修復(fù)，主軸頸降級磨削，工序檢測時V形支承下降。

1.2 工作原理

中心距檢具使用前，首先將百分表示值在標(biāo)準(zhǔn)軸上對“0”（標(biāo)準(zhǔn)軸主軸頸及連桿軸頸均己精磨至完工尺寸，其中心距已通過曲軸數(shù)控檢測機床測定）。完工檢驗時，直接將中心距檢具放置于曲軸上，手動旋轉(zhuǎn)檢具體，百分表頭通過連桿軸頸上母線所引起的偏移量即為中心距誤差（百分表觸頭受壓上升，表針右偏，右偏為+；百分表觸頭卸壓下降，表針左偏，左偏為-）。工序檢驗時，因主軸頸和連桿軸頸均留有磨量，曲軸磨床對連桿軸頸的磨削過程中，可隨時檢測中心距。

1.2.1 粗、精磨連桿軸頸時曲軸中心距誤差計算步驟

1）V形定位支承位移

X=0.707（d2-d1）。（1）

2）工序磨削過程中，曲軸相對于標(biāo)準(zhǔn)軸連桿軸頸在半徑方向上的加工余量

Y=0.5（d4-d3），（2）

式中：d4為工序中連桿軸頸磨削后的實測直徑，mm；d3為標(biāo)準(zhǔn)軸連桿軸頸實測直徑，mm。

曲軸產(chǎn)品正常加工時，X、Y為正。標(biāo)準(zhǔn)軸主軸頸、連桿軸頸均采用高精磨削，其上、下偏差為微米級，可以忽略。為方便計算，式（1）（2）中，d1、d3均取基本尺寸。

3）檢具檢測連桿軸頸上母線理論顯示值

Z=-X+Y，

Z與百分表實測值的差，即為中心距誤差。

1.2.2 粗磨連桿軸頸前曲軸中心距預(yù)估誤差

粗磨連桿軸頸前，因連桿軸頸精車后外圓母線跳動較大，可用檢具提前預(yù)估磨后中心距。

1）采用百分表測出連桿軸頸外圓母線總跳動M，采用檢具測出連桿軸頸上母線最大示值N。

2）計算檢具測量中心距理論偏差，即連桿軸頸旋轉(zhuǎn)中心點與理論點的偏移量

C=N-0.5M-Z，

C為正，中心距大；C為負(fù)，中心距小。在不同的磨削階段，依據(jù)Z、C的計算結(jié)果，若中心距超出規(guī)定公差范圍，可隨時在磨削前對曲軸進(jìn)行糾正和補償。

1.2.3 圖示分析

現(xiàn)結(jié)合圖示分析曲軸中心距的計算原理。百分表在標(biāo)準(zhǔn)軸上對“0”示意圖如圖2所示，圖中LOO′為理論中心距。由圖2可知，百分表對“0”后，Z=0。

連桿軸頸磨削完成，中心距計算示意圖如圖3所示。由圖3可知，連桿軸頸磨削完成，檢具以留有磨量的主軸頸定位檢測，與圖2相比，檢具上升，采用式（1）計算X，X使百分表觸頭卸壓下降，表針左偏。此時Y=0，Z=-X。

連桿軸頸磨削過程中，中心距計算示意如圖4所示。由圖4可知，連桿軸頸磨削過程中，檢具以留有磨量的主軸頸定位檢測，與圖3相比，檢具未升降，采用式（2）計算Y，Y使百分表觸頭受壓上升，表針右偏，此時Z=-X+Y。

粗磨前，中心距偏差預(yù)估計算示意圖如圖5所示。由圖5可知：連桿軸頸磨削回轉(zhuǎn)中心點E偏移理論中心點O′，偏移量為C ；粗磨前跳動連桿軸頸中心點F偏移回轉(zhuǎn)中心點E，偏移量為0.5M。

2 曲軸中心距檢具設(shè)計方案

2.1 整體設(shè)計

根據(jù)V形支承定位理論，設(shè)計新型曲軸中心距檢具。新型曲軸中心距檢具由V形支承、橫梁、表座、百分表、圓柱銷、菱形銷、中空螺栓、定位柱組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

通過橫梁聯(lián)接兩V形支承，將表座安裝在檢具橫梁上，百分表緊固于表座，橫梁與V形支承采用圓柱銷和菱形銷定位，通過中空螺栓聯(lián)接，在V形支承一端安裝定位柱，在檢具做圓周擺動時，可貼緊曲臂端面防止檢具軸向竄動，保證百分表示值唯一^[6-10]。

2.2 V形支承設(shè)計

V形支承設(shè)計如圖7所示。V形支承的角度為90°±3′，V形貼合面及頂面的表面粗糙度為Ra0.8，V形面、頂面、頂面兩處定位銷孔一次裝夾完成加工，保證相關(guān)位置精度，兩V 形面一體加工完成后切割分離，與橫梁聯(lián)接時，按分體前方向裝配，保證兩V形面獲得精確的同軸度^[11-13]。V形支承加工完成后進(jìn)行氮化處理，HRC硬度應(yīng)不小于50，使其具有較高的耐磨性^[14]。

2.3 橫梁及表座設(shè)計

橫梁設(shè)計如圖8所示。橫梁可采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，焊接完成后進(jìn)行熱處理去應(yīng)力工序，以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；也可選用鑄鋁材料，輕便且變形小。作為精密檢具，本設(shè)計選擇鑄鋁材料。橫梁一側(cè)面與表座裝配，精加工后其表面粗糙度為Ra0.8，并以此面為基準(zhǔn)加工兩端定位銷孔及螺孔，中間兩處加強筋板均鑄有3處去重孔，可使操作人員使用更加輕便。

表座設(shè)計如圖9所示。表座采用部分中空，以便減輕重量，百分表孔與表座底部端面尺寸K應(yīng)嚴(yán)格保證裝配后百分表頭位于檢具中心位置。

3 應(yīng)用效果分析

在曲軸磨床磨削連桿軸頸，利用V形支承使主軸頸定位，將曲軸中心距檢具沿圓周方向擺動，使其安裝在橫梁上的百分表頭接觸連桿軸頸上母線獲取讀數(shù)，該讀數(shù)與理論計算所得中心距的差即為中心距誤差。

隨機抽取5根12缸V型燃?xì)鈾C曲軸進(jìn)行中心距檢測，理論中心距為（105±0.10） mm，檢測兩次，檢測結(jié)果如表1、2所示。由表1、2可知：百分表結(jié)合高度游標(biāo)卡尺所測得的中心距誤差最大，且相對于數(shù)控檢測機床中心距測量結(jié)果的最大偏差達(dá)到0.095 mm；曲軸中心距檢具的檢測誤差在±0.01 mm以內(nèi)，測量波動小，且相對于數(shù)控檢測機床檢測結(jié)果的最大偏差僅為0.005 mm，滿足現(xiàn)有產(chǎn)品公差小于±0.10 mm的要求。

傳統(tǒng)百分表結(jié)合高度游標(biāo)卡尺測量中心距誤差的方法，每根曲軸的檢驗都要通過調(diào)整V型鐵，找正主軸頸上母線，百分表反復(fù)平推找出連桿軸頸最高點，再輔以計算，費時費力，一個工作日僅可檢測8～12根曲軸。本文中設(shè)計制造的新型曲軸中心距檢具可隨時實現(xiàn)完工、工序數(shù)據(jù)采集，無須專檢。經(jīng)過半年的實際應(yīng)用，該檢具具有較高檢驗精度和測量穩(wěn)定性，工作效率較傳統(tǒng)檢測方法獲得大幅提高，勞動強度、檢驗轉(zhuǎn)交頻次顯著降低。

4 結(jié)束語

新型曲軸中心距檢具由夾角為90°的V形支承、橫梁、表座、百分表、圓柱銷、菱形銷、中空螺栓、定位柱組成，具有以下特點：

1）對于其適用范圍內(nèi)不同主軸頸尺寸的曲軸均可檢測，檢測范圍廣；

2）兼顧完工、工序檢驗，尤其可實現(xiàn)工序過程控制及磨前預(yù)估，并可提前糾正；

3）測量精度為0.01 mm，測量結(jié)果穩(wěn)定，完全滿足現(xiàn)有產(chǎn)品公差不超過±0.1 mm的要求；

4）使用輕便、快捷，檢測效率高。

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Design of the measuring tool for the center distance of

the crankshaft of gas engine

JIANG Yuxi， WANG Hualong， ZHANG Tao， ZONG Jun

Shengli Oilfield Shengli Power Machinery Group Co.，Ltd.， Dongying 257092，China

Abstract： In order to improve the efficiency and accuracy of crankshaft center distance inspection， a new type of measuring tool for the crankshaft center distance is designed based on the V-shaped support positioning theory， and actual crankshaft center distance measurement verification is carried out. The new measuring tool for the crankshaft center distance consists of a V-shaped support， crossbeam， gauge seat， dial gauge， cylindrical pin， diamond pin， hollow bolt， and positioning column. The actual measurement results show that the measurement error of new measuring tool for the crankshaft center distance is within ± 0.01 mm， which meets the requirement of existing products with an error not exceeding ± 0.10 mm. The measurement results have small fluctuations， and the maximum deviation compared to the detection results of CNC testing machines is only 0.005 mm. The measureing tool is easy to operate，has high detection accuracy， and can detect the center distance of various types of crankshafts.

Keywords： crankshaft; center distance; V-shaped support

（責(zé)任編輯：臧發(fā)業(yè)）