汽車發(fā)動機檢測工裝設(shè)計

姜向京

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

一臺完整的汽車由許多不同的零部件和內(nèi)飾件組成，每個零部件檢測試驗合格后才能裝車售賣，其外形尺寸、材質(zhì)、性能、可靠性都是考核的試驗項目，最后再裝車調(diào)試。汽車內(nèi)所有部件檢測試驗中，發(fā)動機試驗為重中之重，危險隱患也最大，如工裝設(shè)計考慮不周全，就會引起安全隱患。試驗中有汽油、高溫、高速，所以整套工裝設(shè)計很復(fù)雜，各項專業(yè)技能互相配合，才能實現(xiàn)一項完整的發(fā)動機檢測工裝，每次都需現(xiàn)場劃線、鉆孔、安裝，還要對試驗環(huán)境做改善、對裝配精度定要求等。以下是每項專業(yè)技能的介紹和心得。

1 畫線

畫線最重要的是基準的選擇，選好基準后，仔細分析圖紙尺寸，選好基準面固定。下一步需要放置工件調(diào)好平行，一般選擇精度高的鐵平臺，校準好工件的中心線、加工面跟平臺平行。樣件形狀不規(guī)則的，必要時借助方箱、螺紋調(diào)節(jié)頂?shù)裙ぞ邅硇；鶞省．嬀€校基準是工件加工前重要的一個工序，操作要細心，車上經(jīng)常有一些大工件，由于安裝受限，不能通過萬能分度頭儀器輔助，只能通過幾何知識來作業(yè)，完成后參照著圖紙一一檢查驗證，整個工作要仔細多檢查[1]。

2 鉆孔

鉆孔是一項常用技能，操作不當鉆頭很容易斷裂，不熟練也容易鉆偏，鉆孔時先檢查鉆頭是否合要求，選擇好鉆頭的類型，麻花鉆是用來鉆金屬的，此種類型的鉆頭硬度很高，切削散熱快，作業(yè)時雙手扶穩(wěn)，垂直加力，多清除廢屑，多添加冷卻液[1]。

3 裝配

裝配看似簡單，覺得裝上去壓緊螺絲就行了，其實不是，因為工件安裝后，還有一個內(nèi)應(yīng)力要考慮，如果不分析清楚，這樣的零部件壽命可能很短，可能很快就會磨損斷裂。裝配圖拿到后首先分析設(shè)計者的思路，注意技術(shù)要求，分析圖紙視圖，分析結(jié)構(gòu)的形狀, 分析關(guān)鍵尺寸，最后綜合分析整圖。第2步就是檢測工件的尺寸，這個工序不能忽視。雖然只有合格的零件才入庫房，但是工件加工都是有公差的，一個固定孔有上偏差和下偏差，在公差范圍內(nèi)的零件都是合格產(chǎn)品。一個銷也一樣有公差，如果一個下偏差的銷，被安裝到一個上偏差的孔里，則間隙很大，短時間內(nèi)沒有問題，但會導(dǎo)致機器使用壽命不長。雖然公司都有品檢員，但是他們只檢查工件是否在圖紙設(shè)計公差范圍內(nèi)。所以裝配時一定要細心，多實踐，不但要考慮尺寸公差，還要考慮形位公差、哪些安裝要過渡配合、哪些安裝要過盈配合等，保證每個工件裝配的質(zhì)量[1]。

作者從事發(fā)動機檢測工作，主要負責發(fā)動機試驗時的工裝夾具設(shè)計。發(fā)動機是汽車的動力裝置，人們通常把發(fā)動機比作汽車的心臟[3]，由此可見發(fā)動機在汽車里的重要性。發(fā)動機機械效率是影響汽車運行效果的重要因素，探討提高汽車發(fā)動機機械效率的使用措施具有非常重要的研究意義[4],所以整車廠對發(fā)動機的機械設(shè)計、性能和可靠性也尤為關(guān)注，需要大量的試驗數(shù)據(jù)來分析改善。

4 發(fā)動機試驗的檢測環(huán)境

環(huán)境條件都要模擬汽車的真實工況才能得到準確數(shù)據(jù)，因為汽車冬天有可能行駛在寒冷的東北，夏天在新疆戈壁灘、西藏的高原等，這些數(shù)據(jù)需要通過檢測設(shè)備試驗得出，試驗間在通風、隔音、防爆的前提下，還有室溫、水溫、油溫、大氣壓力等都需要調(diào)節(jié)監(jiān)控。

5 發(fā)動機試驗的檢測轉(zhuǎn)速

汽車正常行駛狀態(tài)，路面行駛速度不大于120 km/h，掛上5擋，儀表顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速約3 500 r/min。但是發(fā)動機試驗狀態(tài)，速度最高要做到6 300 r/min，油門設(shè)定為100%，運行500～1 200 h，在這種高工況下試驗結(jié)束后，廠家取回數(shù)據(jù)進行分析。

6 發(fā)動機試驗前的工裝設(shè)計

發(fā)動機工裝設(shè)計有幾種形式，有一種屬于批量安裝試驗。這種工裝的特點是：針對同型號、同尺寸的發(fā)動機，設(shè)計一個對中小車，直接通過軌道推進去對中安裝并試驗。 還有一種是檢測標準試驗發(fā)動機殼體裝配到位的工裝。檢測工裝為圓盤狀，該檢測工裝的外徑與殼體的外徑相同。檢測工裝下表面為與發(fā)動機殼體配合的定位面。在定位面的外邊緣有軸向凸出的定位臺，該定位臺的外徑與位于殼體端面的止口內(nèi)徑相同，該定位臺為圓環(huán)形，在檢測工裝定位面中心有圓形凹槽，該凹槽的直徑與芯模直筒段的外徑相同，該檢測工裝下表面圓形凹槽的中心有通孔，該通孔與芯模頂端的定位桿配合。該檢測工裝具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠快速、準確地對發(fā)動機殼體裝配進行檢測[5]等優(yōu)點。還有一種是非批量的發(fā)動機，每次尺寸都不同，這種因為是初次設(shè)計，經(jīng)驗數(shù)據(jù)少，所以發(fā)動機試驗前的工裝設(shè)計要很嚴謹，設(shè)計工裝時要全面考慮軸心校中、動平衡、形位公差，因為發(fā)動機在高速旋轉(zhuǎn)下，如果出現(xiàn)問題，加上汽油的噴射，后果很嚴重。發(fā)動機測試主要是通過專業(yè)連接軸和測功機相連接，然后啟動轉(zhuǎn)速，通過油耗儀、測功機、傳感器來測試其油耗、功率、扭矩等。圖1所示為非批量工裝。

圖1 測功機、連接軸與發(fā)動機的組合圖

(1)設(shè)計支撐架工裝。接到試驗樣機時，先認真分析重力點，通過向廠家詢問和交流，找出支撐點的位置，開始設(shè)計前后支撐架，標注好垂直度、角度和平行度，支撐架工裝不能影響發(fā)動機的平衡，強度要能承受發(fā)動機3倍扭力。支撐架和平臺連接處要設(shè)計專業(yè)減震座，設(shè)計高度要在中心高調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，要為螺栓孔設(shè)計定位銷，使用12.9強度螺栓、螺母、彈簧墊。

(2)設(shè)計發(fā)動機飛輪盤工裝。飛輪盤的設(shè)計和加工精度直接影響發(fā)動機轉(zhuǎn)動的動平衡和同軸度，影響發(fā)動機的曲軸旋轉(zhuǎn)力矩，影響測功機的檢測數(shù)據(jù)等，所以要嚴謹對待。首先測量樣機飛輪的定位止口、螺栓孔距檢查分布力點，然后根據(jù)測量結(jié)果開始設(shè)計圖紙，標注好使用的材料厚度、硬度、同軸度、平行度、垂直度、對稱度，避免高速旋轉(zhuǎn)時，動平衡和對中出現(xiàn)問題，引起安全隱患。

(3)設(shè)計發(fā)動機樣機和檢測設(shè)備之間的管道對接。選擇的管道需要耐高溫、耐油浸泡，爆破壓力不小于5 MPa，每使用1 000 h后，需要更換新的，防止高速作業(yè)時，管道老化噴油出現(xiàn)險情。連接處用螺紋連接，做好防松動標記,在管道最高處安裝自動排氣安全閥，在發(fā)動機的進出油口安裝溫度、壓力傳感器。

7 總結(jié)

針對發(fā)動機工裝設(shè)計總結(jié)了幾點經(jīng)驗：

(1)多和廠家交流、因為每個廠家發(fā)動機型號很多，在設(shè)計前需要多跟他們的工程師溝通，可以節(jié)省很多時間，設(shè)計的工裝的合理性也會提高。通過和廠家工程師的交流總結(jié)出的寶貴意見，久而久之就變成了經(jīng)驗。

(2)高速旋轉(zhuǎn)的機器減震一定不能忽視。高速旋轉(zhuǎn)的機器會產(chǎn)生各種頻率的震動，如果減震設(shè)計做得不好，螺栓和法蘭很容易松動，然后對發(fā)動機總成傷害也很大。轉(zhuǎn)速越高，震動越大，越危險。目前氣墊減震器效果最好，可以各個方向減震降噪。

(3)油路安全。發(fā)動機試驗，需要使用汽油等甲類危化品，高速高負荷試驗時，油耗很大，約50 L/h，如果出現(xiàn)油管爆裂等事故，后果不堪設(shè)想，很多隱患都要提前排除，每天試驗前的點檢要實實在在嚴格執(zhí)行。

8 結(jié)束語

工裝設(shè)計入門很快，但是技術(shù)學精學扎實不容易，因為設(shè)計員熟悉掌握水、電、氣、液壓、制冷這些知識后，設(shè)計時才能得心應(yīng)手，設(shè)計的工裝才合理。一名好的設(shè)計員學習的路很長，書就是老師，實干才出經(jīng)驗，需要慢慢積累一步一步提升。

參考文獻:

[1]姜向京.鉗工技術(shù)與測功機故障的維修[J].汽車零部件,2010(3):83-85.

JIANG X J.Benchwork Technique and Dynamometer Maintenance[J].Automobile Parts,2010(3):83-85.

[2]顏國仁.關(guān)于汽車檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].時代汽車,2017(2):55,57.

[3]蓋彥青.汽車發(fā)動機的總體構(gòu)造[J].科技傳播,2011(18):138-139.

[4]熊標.提高汽車發(fā)動機機械效率的使用措施[J].中國機械,2013(15):163.

[5]郭蓓,惠亞軍,梁艷華,等.一種用于標準試驗發(fā)動機殼體裝配的檢測工裝:CN103575179A[P].2014-02-12.