柴油機曲軸磨削用隨動滾環中心架

■ 陜西柴油機重工有限公司 （興平 713105）

楊 忻 何猛剛 楊武剛 張曉崗

曲軸是柴油機的關鍵零件之一。它將活塞的往復運動轉變成旋轉運動，柴油機的全部功率都通過曲軸傳遞給功率消耗者。曲軸在周期性不斷變化的氣體壓力、往復運動質量慣性力，旋轉運動離心力以及力矩共同作用下，產生交變應力從而引起疲勞破壞，以及導致曲軸扭轉振動和彎曲振動的產生；曲軸各軸頸在很高的比壓下高速運動，將使軸頸和軸承強烈磨損。柴油機曲軸是典型的細長偏心軸，圓柱度要求IT5級，在機械加工磨削曲柄頸時，零件兩端夾緊，普通中心架支撐位置有限，曲軸自重造成的撓度及彎曲變形量在磨削過程中無法消除，導致零件尺寸和形位公差超差。

1. 零件結構特性分析

以某型6缸柴油機為例，曲軸零件材料為30CrMo12，毛坯為模鍛件，毛坯重約12t，成品重約6t。曲軸總長度為（5 495±0.7）m m，主軸頸、曲柄銷直徑φ315h6－0－0.032mm，表面粗糙度值Ra=0.4μm；偏心距（230±0.2）m m ； 主 軸 頸 跳 動： 相 鄰φ0.04mm，全長φ0.10mm；主軸頸、曲柄銷圓柱度0.02mm。

2. 曲軸磨削工藝分析

磨削曲軸曲柄頸夾緊方式：兩端夾緊、普通中心架只能支撐一擋，磨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ曲柄頸時，中心架分別支撐Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ曲柄頸，在磨削Ⅰ、Ⅵ拐、Ⅱ、Ⅴ拐過程中，由于曲軸自重產生撓度，導致圓柱度嚴重超差。圖樣要求圓柱度為0.02mm，實際圓柱度只能勉強達到0.10mm，嚴重超差，不符合圖樣要求。

3. 隨動滾環中心架方案設計

曲軸磨削工藝為，先對曲軸主軸頸進行磨削，提高曲軸與隨動滾環中心架的定位精度。設計時應滿足以下基本要求。

（1）該偏心軸加工用隨動滾環中心架結構簡單、使用范圍廣，通過改變上蓋和下座的結構形式或者調整聯接螺栓位置即可適用于不同偏心軸的應用。

（2）該偏心軸加工用隨動滾環中心架為開式設計，兩側均有起重螺桿，非常便于安裝和調節。

（3）該偏心軸加工用隨動滾環中心架設計在一側調節絲杠，單人即可完成操作。

（4）該偏心軸加工用隨動滾環中心架結構簡單、制造成本低，可有效解決偏心軸在任意位置的支撐問題。

隨動滾環中心架結構如圖1所示。上蓋6和下座7分別為哈夫式結構，裝在曲軸軸頸上后用螺栓壓緊，它們組成的內孔與曲軸軸頸為間隙配合，將主軸頸固定在滾環5內，使用時將滾環預先套在曲軸上，滾環放置于滾輪11上，滾輪通過滾動軸承4和軸12聯接，軸分別安裝在左支架3、右支架13上，左右支架分別通過螺母8、絲杠14帶動調節滾輪11與滾環5之間的間隙，用百分表調直曲軸，絲杠14通過深溝球軸承9固定于中心架底座2上，中心架底座安裝在機床導軌10上。

4. 使用說明

使用原理如圖2所示，曲軸主軸頸中心A，曲軸曲柄頸中心B，將曲軸主軸頸定位固定在與B同心的滾環內，利用滾動軸承實現滾環的旋轉滾動。這樣，磨削曲柄銷頸時，隨著曲軸的旋轉帶動滾環的旋轉滾動，在曲軸主軸頸處就形成了輔助中心架支撐，通過底座的絲杠絲母調整滾動軸承與滾環的間隙，達到調整曲軸自重造成的撓度及彎曲變形的目的。絲杠絲母固定在中心架底座上，安裝在機床導軌上。由于滾環與曲軸軸頸位置固定，曲軸旋轉時，滾環始終在滾輪上轉動。

圖1 隨動滾環中心架結構示意圖

5. 效果驗證

如圖3所示，磨削曲軸曲柄銷頸時，兩端夾緊，磨曲柄銷頸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ時，中心架分別支撐Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ曲柄頸，隨動滾環中心架分別輔助支撐Ⅱ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅵ擋主軸頸，通過試磨、臨床檢測曲柄頸側母線直線度，用絲杠14、螺母8調整滾環5與滾輪11的運動間隙，調整曲軸自重造成的撓度及彎曲變形在合理范圍內。曲軸磨削后，經檢驗，曲柄銷頸圓柱度全部在公差范圍內，滿足圖樣要求。

圖2 隨動滾環中心架方案圖

圖3 隨動滾環中心架磨削曲軸曲柄頸

6. 結語

通過設計隨動滾環中心架，實現了在普通磨床上隨動磨削曲軸的工藝方法，拓展了設備潛力，降低了曲軸曲柄銷頸的圓柱度誤差，提出了曲軸曲柄銷磨削的新思路，并經實踐驗證效果較好。