多拐曲軸的相位角檢測

■ 中車資陽機車有限公司 （四川 641301） 代金金 丑洋洋

我公司目前生產的曲軸涉及4～10拐系列。曲軸的相位角是影響柴油機燃燒性能的主要因素。精確檢測相位角能夠降低柴油機發生質量問題的概率。曲軸相位角的設計要求公差一般為±10′，為此在檢測方式及方法上要綜合考慮支撐及測量的各種誤差，以滿足相位角的精確檢測。

1. 曲軸相位角檢測基準

在測量曲軸相位角時，只有當被測角度要素與平臺平行時，才能最大限度地排除其他參數誤差的影響，達到檢測精度高的目的。因此在測量相位角之前，應使主軸頸中心處于水平狀態。

測量時，將曲軸放置于檢測平臺上，兩端基準軸頸采用固定支承，中間軸頸采用一點或多點浮動支承（見圖1）。曲軸在檢測支承上必須保持平衡、轉動靈活，支承潤滑充分。在測量前，將各支承主軸頸中心調整在公共軸線上，其中心高度差≤0.005mm，排除支承軸頸直徑尺寸誤差。

2. 專用檢具檢測法

采用高度游標卡尺或二維測高儀及專用檢具分度盤（多面體）進行檢測。

（1）選取第1曲柄銷為被測基準軸頸，旋轉曲軸調整第1曲柄銷中心與主軸頸中心在同一水平面內，該平面中心高度H為測量基準值。

圖1

（2）根據曲軸的曲柄銷數量，將與相位夾角分布對應的分度盤（多面體）裝夾在曲軸一端。采用高度游標卡尺或二維測高儀將分度盤（多面體）中的一個基準面調整至水平，并將分度盤固定。

（3）旋轉曲軸，將分度盤（多面體）中的其余工作面，依次找至水平，每找平一個工作面，用高度千分尺或二維測高儀測出相對應的曲柄銷上側實際高度值h1、h2、h3，…，hi，按照公式（1）計算得出被測曲柄銷中心與測量基準的高度差ΔYi（注意正負值）。

式中，ΔYi為高度差；hi為各曲柄銷上側實際高度值；di為各曲柄銷直徑；i為曲柄銷號；H為測量基準平面中心高度。

（4）圖樣設計要求相位誤差用高度差表示的，直接記錄高度差。

（5）圖樣設計要求用角度值表示的，則通過公式（2）計算得出對于基準曲柄銷的偏差角度θi（見圖2）。

圖2

式中，θi為對于基準曲柄銷中心的偏差角度；ΔYi為高度差；ri為對應的1/2沖程（曲拐半徑）。

3. 高度尺直接測量法

（1）相位角呈90°以外的曲軸檢測：①選取第1曲柄銷為被測基準軸頸，旋轉曲軸調整第1曲柄銷中心與主軸頸中心在同一水平面內（相位角呈90°的曲軸除外），該平面中心為測量基準值。②測量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離并做記錄，按照公式（3）計算出各曲柄銷對于水平位置的實際角度（見圖3）。

式中，βi為曲柄銷與水平位置的實際角度；hi為曲柄銷中心到主軸頸中心的垂直距離；ri為對應曲柄銷的曲拐半徑。

（2）相位角呈90°的曲軸檢測：①當測量相位角呈90°曲軸時，將作為基準的第1曲柄銷中心調整到與主軸頸中心成45°夾角的位置（見圖4）。②測量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離，按照公式（3）計算出各曲柄銷對于水平位置的實際角度。

圖3

4. 曲軸相位角檢測結果判定

（1）專用檢具檢測法結果判定：①圖樣設計要求相位角誤差用高度差表示的，高度差值應符合圖樣設計要求。②圖樣設計要求相位角誤差用角度值表示的，計算得出的被測曲柄銷與基準曲柄銷（第1曲柄銷）之間的偏差角度θ應符合圖樣設計的角度公差要求。

（2）高度尺直接測量法結果判定：①圖樣設計要求相位角誤差用高度差表示的，每一被測曲柄銷中心到主軸頸中心的垂直高度與圖樣要求的理論高度值之差應在圖樣設計要求的偏差值范圍內。②圖樣設計要求相位角誤差用角度值表示的，被測曲柄銷與第1曲柄銷之間的實際夾角β應在圖樣設計要求的夾角及公差范圍內。

5. 結語

經過技術人員及檢驗人員對于曲軸相位角檢測方式的驗證，用高度儀直接測量法能夠完全排除各種檢測誤差并得到各船級社的認可。

圖 4

[1] 陳宏均. 實用機械加工工藝手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1997.

[2] 楊叔子. 機械加工工藝師手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2001.

[3] 李新勇，趙志平. 機械制造檢測技術手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2012.

專家點評

文章針對曲軸相位角的檢測難點，對多拐曲軸進行系統分類，首先使主軸頸中心處于水平位置，通過專用檢具和高度尺直接測量法排除各種檢測誤差，為精準測量曲軸相位角提供了結果判定。

公式化解決多拐曲軸的相位角檢測方法是文章的創新之處，用高度尺直接測量各曲柄銷中心到主軸頸中心的距離，按照公式即可換算出相對于水平位置的實際角度，對技術和檢驗人員的幫助很大。