曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的研發(fā)與設(shè)計(jì)

錢(qián)寶石

（大連智云自動(dòng)化裝備股份有限公司 ，遼寧 大連 116039）

曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的研發(fā)與設(shè)計(jì)

錢(qián)寶石

（大連智云自動(dòng)化裝備股份有限公司 ，遼寧 大連 116039）

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸回轉(zhuǎn)力矩和軸向間隙是兩個(gè)較為關(guān)鍵的質(zhì)量參數(shù)，本文介紹了曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙在線自動(dòng)測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，對(duì)測(cè)量技術(shù)研究人員具有一定的參考價(jià)值。

曲軸；回轉(zhuǎn)力矩；軸向間隙；發(fā)動(dòng)機(jī)；裝配

CLC NO.:U464.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-45-02

背景

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸(曲軸、凸輪軸等)部件、活塞工裝配質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大，其影響的重要指標(biāo)之一就是主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力矩的大小。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，在主軸部件和活塞部件組裝后都設(shè)有主軸摩擦力矩檢測(cè)工位。如果曲軸回轉(zhuǎn)力矩過(guò)大或過(guò)小，說(shuō)明裝配存在缺陷，可能造成曲軸卡死或空轉(zhuǎn)對(duì)整機(jī)裝配造成嚴(yán)重影響。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的軸向限位裝置為兩個(gè)半圓形的止推墊片，分別安裝

在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體第四道主軸承座的兩側(cè)，并支承載軸承蓋上。如果曲軸的軸向竄動(dòng)量過(guò)大，可能會(huì)造成曲軸、氣缸體、軸承蓋等處急劇擦傷，產(chǎn)生不正常的響聲。如不及時(shí)地檢查和調(diào)整，不但止推片的磨損速度會(huì)急劇增加，而且止推片還會(huì)掉入油底殼中，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。

國(guó)內(nèi)某公司在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的過(guò)程中，多次出現(xiàn)曲軸旋轉(zhuǎn)力矩值超差現(xiàn)象，直接影響到了整機(jī)的裝配質(zhì)量和裝配進(jìn)度，并引發(fā)大量用戶索賠的現(xiàn)象。因此研發(fā)與設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中曲軸回轉(zhuǎn)力矩和軸向間隙的實(shí)時(shí)在線測(cè)量機(jī)，具有重要意義。

1、曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的功能概述

曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的基本功能是自動(dòng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有裝配活塞時(shí)的曲軸回轉(zhuǎn)力矩以及曲軸的軸向間隙。機(jī)床自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷，并把檢測(cè)結(jié)果顯示在工控機(jī)上。

如圖1，托盤(pán)帶著工件進(jìn)入本工位，經(jīng)托盤(pán)定位裝置定位后，升降裝置下降到指定高度，夾緊缸體，依次自動(dòng)測(cè)量曲軸回轉(zhuǎn)力矩和軸向間隙（自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷），將缸體松開(kāi)，升降裝置上升到原位，托盤(pán)定位裝置退回，托盤(pán)放行。

2、曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)各部分構(gòu)成及工作原理

曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的主要部件有：

基礎(chǔ)定位部分：底座、立柱、托盤(pán)定位裝置。

功能部分：升降裝置、力矩測(cè)量裝置、間隙測(cè)量裝置。

輔助部分：潤(rùn)滑裝置、防護(hù)、氣動(dòng)設(shè)備、電氣設(shè)備等。

2.1 基礎(chǔ)定位部分

底座、立柱：作為各部件安裝的基礎(chǔ)。底座底部安裝調(diào)整設(shè)備用的調(diào)整地腳；當(dāng)工件較大，機(jī)床較大時(shí)，要慎重考慮機(jī)床基礎(chǔ)的剛性。

托盤(pán)定位裝置：托盤(pán)定位裝置安裝在底座上，托盤(pán)帶著工件進(jìn)入本工位，經(jīng)托盤(pán)定位裝置實(shí)現(xiàn)托盤(pán)的精確定位。

2.2 功能部分的工作原理

2.2.1 升降裝置

升降裝置主要由驅(qū)動(dòng)部分和導(dǎo)向部分組成。當(dāng)載荷較小時(shí)，優(yōu)先采用氣缸驅(qū)動(dòng)。當(dāng)載荷較大時(shí)，優(yōu)先選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。升降裝置需要停止的位置數(shù)大于2時(shí)，可采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)載荷較大時(shí)要考慮在升降裝置上增加平衡氣缸，一般在立柱左右兩側(cè)各安裝一個(gè)平衡氣缸（氣缸升降時(shí)不加平衡氣缸）。選取平衡氣缸時(shí)要估算載荷重量，原則上平衡氣缸要能平衡掉所有載荷重量。平衡氣缸要配精密減壓閥，調(diào)試時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥的壓力，使升降電機(jī)用很小的力就能驅(qū)動(dòng)升降裝置。

導(dǎo)向部分采用直線導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠傳遞動(dòng)力（電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)）。

2.2.2 回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量裝置

力矩測(cè)量裝置一般有兩種方式：電動(dòng)扳手回轉(zhuǎn)，測(cè)量；伺服電機(jī)回轉(zhuǎn)，扭矩傳感器測(cè)量。兩種方式比較詳見(jiàn)表1。

表1

本文以伺服電機(jī)回轉(zhuǎn)方式進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，用伺服電機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，用聯(lián)軸器將電機(jī)軸和扭矩傳感器聯(lián)在一起，扭矩傳感器和回轉(zhuǎn)盤(pán)之間通過(guò)扭矩限制器進(jìn)行聯(lián)接。扭矩限制器的作用是保護(hù)扭矩傳感器和伺服電機(jī)，當(dāng)回轉(zhuǎn)力矩大于扭矩限制器的保護(hù)值（保護(hù)值可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定）時(shí)，扭矩限制器內(nèi)部自動(dòng)脫落，電機(jī)空轉(zhuǎn)，從而起到保護(hù)作用。人工復(fù)位后扭矩限制器正常工作。

2.2.3 間隙測(cè)量裝置

間隙測(cè)量裝置采用位移傳感器進(jìn)行測(cè)量。缸體夾緊的前提下，左（力小的一端，暫定為左側(cè)）推靠氣缸先推靠曲軸，位移傳感器有一個(gè)讀數(shù)A；右（力大的一端，暫定為右側(cè)）推靠氣缸（力量比左推靠氣缸大）推靠曲軸（左推靠氣缸一直處于推靠狀態(tài)），位移傳感器有一個(gè)讀數(shù)B。B減去A所得的差即為曲軸的軸向間隙。

3、結(jié)論

隨著汽車企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)節(jié)拍不斷提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)裝配設(shè)備的研究越來(lái)越受到研發(fā)部門(mén)的重視。

本文所設(shè)計(jì)的曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)質(zhì)量及效率的要求，該設(shè)備使用PLC控制，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，工作效率高，對(duì)測(cè)出的技術(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理，不合格具有自動(dòng)報(bào)警提示，整個(gè)設(shè)備噪音低，安全可靠。該設(shè)備的使用，對(duì)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)的發(fā)展具有促進(jìn)作用。

[1] 鄭 軍，發(fā)動(dòng)機(jī)原理與汽車?yán)碚摗綧】.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[2] 李 軍，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修【M】.重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.

[3] 王荔巖，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)淺談【J】.黑龍江科技信息，2010（23）:49.

[4] 孫立琴等，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱自動(dòng)化裝配技術(shù)【J】.工藝與裝備，2009（3:）：59-62.

Design of crankshaft rotation torque and axial clearance measurement machine

Qian Baoshi
（Dalian Zhiyun Automation Equipment Co., Ltd., Dalian Liaoning 116039）

Engine crankshaft rotation torque and axial clearance are two key parameters in the process of engine assembly, This paper mainly introduces the key technologies of the crankshaft rotation torque and axial clearance on-line measurement automatically, as well as the matters needing attention in the process of design, it has a lot of reference value for designer who is researching the measurement technology.

crankshaft; rotation torque; axial clearance; engine; assembling

U 464.2

A

1671-7988(2014)08-45-02

錢(qián)寶石，就職于大連智云自動(dòng)化裝備股份有限公司。