柴油機曲軸磨削用隨動滾環(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(huán)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(huán)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(huán)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(diào)整聯(lián)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(huán)中心架為開式設計，兩側均有起重螺桿，非常便于安裝和調(diào)節(jié)。

（3）該偏心軸加工用隨動滾環(huán)中心架設計在一側調(diào)節(jié)絲杠，單人即可完成操作。

（4）該偏心軸加工用隨動滾環(huán)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(huán)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(nèi)孔與曲軸軸頸為間隙配合，將主軸頸固定在滾環(huán)5內(nèi)，使用時將滾環(huán)預先套在曲軸上，滾環(huán)放置于滾輪11上，滾輪通過滾動軸承4和軸12聯(lián)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(diào)節(jié)滾輪11與滾環(huán)5之間的間隙，用百分表調(diào)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(huán)內(nèi)，利用滾動軸承實現(xiàn)滾環(huán)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(huán)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(diào)整滾動軸承與滾環(huán)的間隙，達到調(diào)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(huán)與曲軸軸頸位置固定，曲軸旋轉時，滾環(huán)始終在滾輪上轉動。

圖1 隨動滾環(huán)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(huán)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(diào)整滾環(huán)5與滾輪11的運動間隙，調(diào)整曲軸自重造成的撓度及彎曲變形在合理范圍內(nèi)。曲軸磨削后，經(jīng)檢驗，曲柄銷頸圓柱度全部在公差范圍內(nèi)，滿足圖樣要求。

圖2 隨動滾環(huán)中心架方案圖

圖3 隨動滾環(huán)中心架磨削曲軸曲柄頸

6. 結語

通過設計隨動滾環(huán)中心架，實現(xiàn)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(jīng)實踐驗證效果較好。