曲軸動平衡超差問題解決方案

郭海生　覃華

摘 要：曲軸原本就是發動機非常重要的高速旋轉部件，其平衡的精度對發動機的振動、運行平穩性及壽命都有很大的影響。還有曲軸毛坯主要是通過鑄造得來的，造成曲軸加工存在很多不確定的因素。基于上述情況，我們根據曲軸動平衡原理，通過對曲軸在平衡機上測量不平衡量分布的角度和大小進行分析，調整中心孔位置

達到降低動不平衡量，提高生產效率。關鍵詞：動平衡；中心孔 ；初始不平衡量 ；質量中心孔

1 動平衡定義

曲軸有一根質量軸線（慣性軸線）和一根幾何軸線，當曲軸的質量軸線與其幾何軸線發生偏移時即產生了不平衡。幾何軸線是由支撐旋轉體的兩個軸頸的幾何中心點所決定的軸線。當旋轉體完全對稱時，質心將位于其軸線的中點，與幾何中心重合，如果旋轉體不受軸承限制，將圍繞其幾何軸線旋轉；在旋轉體的中心部位上放置重塊 w，質心將發生改變，質量軸線將與幾何軸線平行，但徑向偏移一個距離，如果旋轉體不受軸承約束，將繞質量軸線旋轉；如果重塊 w置于旋轉體的一端，質心在徑向和軸向均會發生偏移，偏移量與重塊 w的質量成比例關系。在自由狀態下，旋轉體將繞質量軸線旋轉。

對于一個給定物體的不平衡量，可以用一個給定半徑的確定質量來表示。如圖所示，設物體的附加重物 W的質量為 G，它與質量軸線的距離為 R，則不平衡量為：M=GR

2 軸向尺寸對不平衡的影響

銑兩端面工序加工的法蘭端面中心孔是后工序的軸向定位基準，其對后工序軸向加工余量均有極大的影響。加工主軸頸和連桿頸軸向偏離，工件的重心會隨著曲拐分布不同位置，導致動平衡不穩定。

3 曲軸動平衡改善措施

首先對曲軸進行了分模（該曲軸毛坯共有 3個模號）上線，分別記錄各個模號曲軸的動不平衡量，經過分析總結，發現 2號模與 3號模曲軸的動不平衡角度大體相近， 1號模的動不平衡角度與它們相差較大，平均孔數為 13個，曲軸的 3個模號分別在如下的平衡角度上： 1號模曲軸法蘭端不平衡角度主要集中在 160°～ 240°之間，芯軸端不平衡角度集中在 160°～ 240°之間， 2號模曲軸法蘭不平衡角度主要集中在 340°～ 40°之間芯軸端不平衡角度集中在 335°～ 40°之間， 3#模法蘭端不平衡角度主要集中在 330°～ 30°度之間，芯軸端不平衡角度主要集中在 330°～ 30°。從以上分析可以看出 1號模與 2號、3號模的不平衡角度是分離的。

從該曲軸的分析中可以得出 1、2、7、8平衡縱可以去除 180°方向上的不平衡量，而 3、4、5、6平衡縱用來去除 0°方向上的不平衡量。且 2號、3號模相對集中在同一個區域。基于以上原因，因 1、2、7、8平衡縱對力偶不平衡量處理的效果較大，且 1號模毛坯的數量較少，以調整 2#與 3#模為主。將 2號與 3號模曲軸數據進行整理，得出法蘭端調整不平衡量 105.7464，98.95，-11.66，

芯軸端調整不平衡量 115.1914，108.23，13.82（三個數據分別為平衡機上 X方向和 Y方向上總的不平衡量）。

最終算出總的偏心距ε=（105.7464+115.1914）/10000 ≈ 0.022（cm） =0.22mm。

即曲軸的軸線移動 0.22mm。同理，對曲軸兩端中心孔 X方向與 Y方向的具體移動位置進行計算，參照現有的鉆孔方式，最終將機床鉆孔數據調整如下：法蘭端（ -0.2，0.1），芯軸（ -0.2，0.1），調整后 2號模與 3模去除的不平衡量明顯降低，平均孔數僅為 7.3個。

4 結論

由于加工曲軸中心孔位置度與質量中心孔相差太大，工件的不平衡量分布不均，導致無法去除不平衡量產生報廢。通過對曲軸在平衡機上的初始不平衡量分析，根據曲軸動平衡數據優化中心孔的位置，可以減少曲軸加工中的初始動平衡量，同時減少了機床加工時間。

作者簡介

郭海生：（1981.08—），男，大專，廣西興安人，現于上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事生產現場質量控制和設備效率提升的工作。