發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)平衡

1、1、 是否加平衡軸，而不是平衡塊！不平衡量如何規(guī)定較為理想經(jīng)濟(jì)！起原則是什么，有如何界定？2、 2、，不平衡量意義是什么？半徑具體是如何推算的？3、 答：不平衡量實(shí)際應(yīng)指不平衡力矩，也就是轉(zhuǎn)子的質(zhì)量(g)轉(zhuǎn)子實(shí)際質(zhì)量中心與理論中心的偏心距（cm），動(dòng)平衡的值實(shí)際就是控制質(zhì)量中心的許用偏心距。4、 確定許用偏心距就是根據(jù)曲軸的轉(zhuǎn)速以及要求的動(dòng)平衡精度來對照表格選取，相同精度下轉(zhuǎn)速越高許用偏心距越小，所以曲軸的動(dòng)平衡數(shù)值（g.cm）應(yīng)該與曲軸重量及轉(zhuǎn)速相關(guān)，而國內(nèi)有些發(fā)動(dòng)機(jī)廠對不同的曲軸設(shè)定一個(gè)固定的較小的動(dòng)平衡值，而不管曲軸大小及轉(zhuǎn)速，這從技術(shù)上的說不通的。2 j6 J0 n* i. g3 I,

2、 f( G3 d5、 如果不平衡值以g為單位，那么實(shí)際的不平衡值應(yīng)該是g去重部位的回轉(zhuǎn)半徑，對于曲軸就是平衡塊的半徑。 曲軸定心與動(dòng)平衡1 不平衡量的確定 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中高速回轉(zhuǎn)部件，而曲軸由于不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比。振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致軸承承受的負(fù)載增加、消耗的功率增加并降低軸承的壽命；振動(dòng)增加工作時(shí)的噪聲，使零件從總成上松動(dòng)并產(chǎn)生疲勞失效等。對高速旋轉(zhuǎn)的零件進(jìn)行動(dòng)平衡的目的是消除或減小振動(dòng)。因此，曲軸平衡精度的高低對發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn)性及壽命都有很大的影響。 在加工軸頸前，曲軸需要進(jìn)行端面和中心孔的加工。因?yàn)橹行目资呛罄m(xù)加工工序的主要工藝基準(zhǔn)，它的精度對后續(xù)工序特別是對動(dòng)平衡工序和

3、各加工表面余量分布產(chǎn)生很大影響。 幾何軸線是由支撐旋轉(zhuǎn)體的兩個(gè)軸頸的幾何中心點(diǎn)所決定的軸線。如圖la所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體完全對稱時(shí)，質(zhì)心將位于其軸線的中點(diǎn)，與幾何中心重合，如果旋轉(zhuǎn)體不受軸承限制，將圍繞其幾何軸線旋轉(zhuǎn)；如圖1b所示，在旋轉(zhuǎn)體的中心部位上放置重塊w，質(zhì)心將發(fā)生改變，質(zhì)量軸線將與幾何軸線平行，但徑向偏移一個(gè)距離，如果旋轉(zhuǎn)體不受軸承約束，將繞質(zhì)量軸線旋轉(zhuǎn)；如圖lc所示，如果重塊w置于旋轉(zhuǎn)體的一端，質(zhì)心在徑向和軸向均會(huì)發(fā)生偏移，偏移量與重塊W的質(zhì)量成比例關(guān)系。在自由狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)體將繞質(zhì)量軸線旋轉(zhuǎn)（圖lc）。 不僅要求曲軸靜平衡，而且要求其動(dòng)平衡。所謂靜平衡就是當(dāng)質(zhì)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力合力等于零

4、，即系統(tǒng)的質(zhì)心（重心）位于旋轉(zhuǎn)軸線上。但當(dāng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不在同一平面時(shí)，靜平衡不足以保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。只有當(dāng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)慣性力合力及合力矩均為0時(shí)才完全平衡，這樣的平衡叫動(dòng)平衡。內(nèi)燃機(jī)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系統(tǒng)必須保證動(dòng)平衡，否則將引起很大振動(dòng)，并使軸承和支承過載。 當(dāng)曲軸處于不平衡狀態(tài)時(shí)，其質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合。而動(dòng)平衡工序就是在不平衡的曲軸上，通過去除材料或重新分配質(zhì)量使其達(dá)到平衡狀態(tài)。 對于一個(gè)給定物體的不平衡量，可以用一個(gè)給定半徑的確定質(zhì)量來表示。如圖2所示，設(shè)物體的附加重物W的質(zhì)量為G，它與質(zhì)量軸線的距離為R，則不平衡量為： M=GR （1） 當(dāng)處理動(dòng)態(tài)不平衡時(shí)，必須增加一個(gè)限制條件，以便精確地定義

5、平衡極限。 如圖2a所示，重塊W置于旋轉(zhuǎn)體上，其重心與旋轉(zhuǎn)體軸線的距離為半徑R，與旋轉(zhuǎn)體中點(diǎn)的距離為2X。圖2b中重塊與旋轉(zhuǎn)體中點(diǎn)的距離為X。 在不平衡量為GR的情況下，如果僅按式（1），則圖2所示的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體對于給定的不平衡條件一致。但是這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體明顯有一個(gè)不同的平衡條件，所以必須規(guī)定一個(gè)進(jìn)一步的限制條件。在確定動(dòng)態(tài)平衡極限時(shí)，有2種方式定義限制條件：一是確定修正位置（修正點(diǎn)的軸向位置）；二是確定動(dòng)態(tài)不平衡量。 如果所考慮的旋轉(zhuǎn)體不平衡量為GR，且在距中點(diǎn)2X的平面上，則圖2a所示情況將滿足條件，但圖2b不滿足。因此，確定修正平面以及允許的修正極限將完全定義動(dòng)態(tài)不平衡量。如果動(dòng)態(tài)不平衡量定

6、義為GR -4X （gcm2），則圖2a所示的旋轉(zhuǎn)體將滿足條件，圖2b將不滿足，因?yàn)樗膭?dòng)態(tài)不平衡量是GR2X,如果沒有確定專門的修正平面，那么動(dòng)態(tài)不平衡量將精確地定義允許的動(dòng)態(tài)不平衡極限，進(jìn)行動(dòng)平衡工序的人員可通過自己的判斷在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行修正。更為常見的方法是盡可能在零件的兩個(gè)端頭選擇兩個(gè)修正平面，以減小必要的修正量。 2 曲軸定心工藝 2.1傳統(tǒng)工藝 以曲軸兩端主軸頸外圓定位所鉆出的中心孔為幾何中心孔，形成的軸線為曲軸的幾何軸線。如果在動(dòng)平衡-鉆中心孔機(jī)床上.先找出曲軸的質(zhì)量軸線，按其所處位置鉆出的中心孔則為質(zhì)量中心孔。曲軸可以分別按照幾何中心孔和質(zhì)量中心孔來定心。 在產(chǎn)品多變的情況下，

7、采用幾何定心法可適應(yīng)多品種生產(chǎn)且機(jī)床利用率高、經(jīng)濟(jì)性好。采用質(zhì)量定心加工曲軸的主要優(yōu)點(diǎn)是：減少曲軸動(dòng)平衡時(shí)的去重量，提高動(dòng)平衡的合格率等。但是質(zhì)量定心機(jī)床比普通鉆幾何中心孔機(jī)床的價(jià)格要高很多。采用哪種定心方法更合理，這必須根據(jù)曲軸的形狀、加工表面積、毛坯質(zhì)量、加工要求和可能修正的不平衡量等因素來決定。 曲軸的加工表面積與不平衡量的關(guān)系如圖3所示。一般認(rèn)為，當(dāng)曲軸的加工表面積小于40時(shí)采用質(zhì)量定心法，大于40時(shí)采用幾何定心法能夠滿足要求。2.2曲軸定心工藝的發(fā)展?fàn)顩r 最初曲軸采用幾何定心方式時(shí)，由于毛坯精度、曲軸的結(jié)構(gòu)以及幾何中心孔位置精度等原因，使幾何軸線偏離質(zhì)量軸線，造成曲軸在動(dòng)平衡時(shí)去重較

8、多，廢品率較高。隨后，質(zhì)量定心引人到曲軸生產(chǎn)中，動(dòng)平衡前的不平衡量大大降低，但質(zhì)量定心機(jī)床價(jià)格比較昂貴。隨著毛坯質(zhì)量的提高，軸頸加工技術(shù)也得到發(fā)展，可以在很短的生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)完成曲軸的主軸頸、連桿軸頸、沉割、軸肩及平衡塊外圓的加工。又由于曲軸的外表面均需加工，加工表面積不斷增大，因此幾何定心又得以大量采用。也就是說，毛坯質(zhì)量的改進(jìn)和軸頸加工技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)觀念的改變及定心技術(shù)的發(fā)展，曲軸的定心工藝也經(jīng)歷了從幾何定心-質(zhì)量定心-幾何定心這樣一個(gè)過程。 同時(shí)，作為輔助手段，在曲軸加工前有3種方式可以控制曲軸動(dòng)平衡前的的初始不平衡量：采用在線質(zhì)量平衡機(jī)；采用離線平衡測量機(jī)，采集、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，手動(dòng)調(diào)

9、整中心孔位置；根據(jù)最終的動(dòng)平衡機(jī)采集數(shù)據(jù)，調(diào)整中心孔位置。但是，由于最終動(dòng)平衡工序是在整個(gè)曲軸工藝過程的最后，所以采用第3種方法不能及時(shí)調(diào)整中心孔的位置，容易出現(xiàn)一批工件難于進(jìn)行動(dòng)平衡修正，即出現(xiàn)廢品現(xiàn)象。 如圖4（零件質(zhì)量約為15kg，最大半徑為240gcm）所示，用不平衡分布圓表示不平衡量，即在統(tǒng)計(jì)圖中采用極坐標(biāo)形式，以半徑表示不平衡量大?。╣cm），以角度表示不平衡量位置，圖中每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)不平衡量測量值。不平衡圓的圓心與原點(diǎn)的距離是一組工件不平衡矢量的平均值。零件為K13B四缸鍛鋼曲軸，采用幾何定心，在動(dòng)平衡前的不平衡量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所列。從以上數(shù)據(jù)可以看出，兩端動(dòng)平衡前的初始不平衡量

10、均小于200 gcm,能夠滿足一般產(chǎn)品的要求。3 影響動(dòng)平衡去重量的因素 3.1鉆削深度 在配重（平衡）塊上鉆孔是一種常用的平衡曲軸的方法。圖5所示為鉆削深度與不平衡去重量的關(guān)系曲線。由圖5可知，不平衡去重量隨鉆削深度的增加而增大，但是線段的曲率越來越小。也就是說，在鉆孔的初級(jí)階段，去重量與鉆削深度成正比；但當(dāng)鉆削到一定深度時(shí)，即鉆頭接近曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)，去重的效果越來越不明顯，此時(shí)應(yīng)考慮鉆多個(gè)孔。 3.2去重方向利用鉆孔去重來修正不平衡量與鉆孔點(diǎn)的位置有很大關(guān)系。當(dāng)去重方向與不平衡量方向一致時(shí)，修正不平衡量的效果最好；若鉆孔方向偏移不平衡方向，則修正效果較差。為了保證工件的強(qiáng)度，在產(chǎn)品圖紙上

11、應(yīng)規(guī)定平衡塊表面鉆孔的深度。因此，為了達(dá)到要求的不平衡量，必須在不平衡方向的附近再去重，但修正不平衡量的效果將較差。 3.3鉆孔數(shù)量 當(dāng)不平衡量比較大時(shí)，受鉆孔深度的限制，必須在不平衡量方向附近鉆孔，鉆孔數(shù)量越多，與不平衡量方向的偏離越大，則修正不平衡量的效果就越差。而且鉆孔深度的控制、鉆點(diǎn)角度和孔徑的誤差將由于鉆孔數(shù)量的增多而增大；額外的分度時(shí)間也增加了工序的費(fèi)用。 要在平衡極限內(nèi)修正零件，修正角應(yīng)定位在與真實(shí)角度（忽略其它誤差）一定的范圍內(nèi)。如果修正點(diǎn)與不平衡量間夾角超過此范圍，殘余不平衡量將大于極限，其所在角度將在修正區(qū)域以外。 4 平衡孔的數(shù)量與生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算 在動(dòng)平衡工序，由于零件的不

12、同平衡孔數(shù)量不同，導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍不一致。如K13B曲軸采用幾何定心方式，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，其平衡孔的數(shù)量如圖6所示。從圖6可看出，90曲軸的平衡孔數(shù)量小于9個(gè)。在曲軸動(dòng)平衡工序，加工時(shí)間由于平衡孔的數(shù)量不同而不同，應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律按加權(quán)平均法計(jì)算生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間。 5 不同定心法生產(chǎn)實(shí)例比較 根據(jù)式（1），平衡塊外圓對不平衡量的影響最大。因此，很多廠家采用與平衡塊外圓一起加工連桿軸頸的方法，大大減小了動(dòng)平衡工序前的初始不平衡量。如4G1曲軸和480曲軸均采用高速外銑加工連桿軸頸及平衡塊外圓，采用車-車?yán)庸ぶ鬏S頸及曲拐側(cè)臂，采用幾何定心方法時(shí)效果較好。但是，如果曲軸的平衡塊外圓等表面不加工，即曲軸的加工表面積比較小，如EA827的1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，則采用質(zhì)量定心效果較好。 目前，以大眾公司為代表的生產(chǎn)廠家基本采用質(zhì)量定心工藝。而隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)廠家趨向于采用幾何定心工藝。兩種定心方法生產(chǎn)實(shí)例比較如表2所列。 從表2可以看出，在大批量生產(chǎn)情況下，無論采用幾何定心還是質(zhì)量定心，只要在動(dòng)平衡工序前工件初始不平衡量小于一定值，則經(jīng)過動(dòng)平衡工序，均可以達(dá)到同樣的不平衡量并滿足產(chǎn)品要求。 6 結(jié)束