汽車發動機曲軸磨削振紋分析及改進

吳光正

摘 要：振紋是汽車發動機曲軸磨削中非常常見的一種缺陷，為了對汽車發動機曲軸磨削振紋進行分析和改進，本文主要根據曲軸區域的圓度以及表面的粗糙度來對振紋進行探測。關于汽車發動機曲軸磨削振紋的消除主要是從機床的硬件、加工的方法以及來料的方式進行詳細的研究。本文最終通過對汽車發動機的絲杠備件進行更換，并且在汽車發電機上增加上正壓系統，在此之后，汽車發動機曲軸磨削振紋基本消失。

關鍵詞：曲軸;磨削振紋;汽車;發動機

0 引言

汽車發動機曲軸是發動機非常重要的部件之一，曲軸磨削振紋是其極為常見的因素，主要是出現在汽車發動機曲軸的圓周方向。磨削振紋會使得汽車動機的曲軸表面的質量下降以及表面的粗糙度增加，與此同時，可能會造成汽車發動機的運行噪聲變大以及可能會產生汽車發動機的異常振動。但是由于目前的文件當中，沒有具體的界限來判斷是否有振紋，一般而言，大都通過眼睛進行評判，所以精確度十分有限。

1 振紋的形狀分布

汽車發動機曲軸磨削振紋的形狀分布是不同振動所產生的不同表現形式，比較典型的是磨削后所產生的直條形狀的磨削振紋，并且振紋與汽車發動機的曲軸軸頸中心線相平行，如圖1所示。這里的連桿頸的直徑為40毫米，砂輪的直徑為500毫米。由此可知，連桿頸的直徑是遠遠小于砂輪的直徑的。因此，當磨床上直徑為500毫米的砂輪在筆直向前做輕微振動的時候，在汽車發動機曲軸磨削所留下的振紋面幾乎為平面。所以，磨削所產生的振紋平面，也就是繞著整體的圓周方向，由許許多多的微小平面組合出來的振紋平面。

2 振紋的評價方式

2.1 通過區域圓度來評價磨削振紋

由于磨削所產生的振紋平面，是由繞著整體的圓周方向，許許多多的微小平面組合而成的振紋平面，所以汽車發動機曲軸磨削的振紋分布方式主要是圓周的方向。由此，考慮通過區域圓度的方式來對磨削振紋進行衡量和評價。通過區域圓度來對磨削振紋進行評價的主要方法是計算軸頸一周的最大半徑以及軸頸一周的最小半徑，求得差值進行衡量評價。相比于用眼睛直接對汽車發動機曲軸磨削振紋的識別和評價，通過區域圓度來對磨削振紋進行評價的方式，能夠有效減少誤差，有利于指標的量化和評價。

2.2 通過平面粗糙度來評價磨削振紋

由于磨削產生的振紋平面是由許許多多的微小平面組合而成的振紋平面，所以可以通過平面的粗糙度來對汽車發動機曲軸磨削的振紋進行衡量和評價。通過對比分析具有振紋的工件的表面粗糙度以及正常工件的比表面粗糙度的數據，進行歸納分析可以得出差距較為明顯，因此可以通過工件磨削平面的粗糙度來對于磨削的振紋進行量化和評價。

3 振紋的產生原因

汽車發動機曲軸磨削振紋的產生主要是包括機床的硬件、加工的方法以及來料的方式這三個部分。機床的硬件主要包括液壓系統、尾夾、頭架、砂輪架等多種因素。加工的方法主要包括砂輪修整的整體參數以及機床加工的整體參數等多種因素。來料的方式主要取決于汽車發動機曲軸本身的剛性等多種因素。接下來對這些因素對于汽車發動機曲軸磨削振紋的影響，進行研究分析和數據驗證。

3.1 機床硬件

首先，對生產加工汽車發動機的機床進行檢查，依次從機床的精度，頭架和尾架以及砂輪架進行檢查，根據整體的檢查出來的結果可以得出，所檢查的部分都是滿足機床的標準要求的。

其次，當靜壓絲杠這一部分出現問題的時候，將會導致汽車的發動機曲軸在磨削振動的時候，曲軸的磨削平面產生振紋。靜壓絲杠的簡化圖如圖1所示，它主要應用于機床上。為了防止靜壓絲杠與靜壓絲杠的絲杠螺母之間直接產生摩擦，通常來說，通過整體機床的負載情況并且采用流量控制器來對靜壓絲杠的進油量進行調節和控制。最終通過檢查的數據結果表明，使用流量控制器會產生一定的雜質堵塞流量控制器，而雜質的主要來源則是其中的液壓油水分的含量。因此，在靜壓絲杠中增添一個正壓系統，將有效的避免靜壓絲杠中進入水蒸氣，導致液壓油水分的含量增高，所以也能有效的避免類似的問題發生。

最后，砂輪的磨料一旦殘存在機床的砂輪上，會導致機床的刀口因此鈍化。當刀口鈍化之后，就不能進行有效的磨削工作，將其轉化為刀口與工件的擠壓作用，這對于汽車發動機曲軸磨削振紋的出現有著非常大的影響。因此，在進行磨料選擇的時候，需要選取沖擊韌度較低的磨料。

3.2 加工方法

加工的方法主要包括砂輪修整的整體參數以及機床加工的整體參數等多種因素。其中，關于砂輪修整的整體參數最關鍵的包括砂輪線的運動速度、砂輪線的橫移速度、金剛輪的線速度以及整體的修正量，可以通過改變這些參數來使得曲軸的磨削平面的平面粗糙度和機床的磨削性能有一定程度上的改善和提高。

如表1所示，砂輪的修整參數對于磨削振紋的影響進行了詳細的數據記錄。可以得到，對砂輪的橫移速度和砂輪每刀的修整量進行調整，對于汽車發動機曲軸的磨削振紋的影響很小。但是，對輪線速度進行調整和修改，對于汽車發動機曲軸的磨削振紋的改善和磨削平面粗糙度的提高有著一定程度上的改善。

3.3 來料方式

如若汽車發動機曲軸本身的剛性不好，那么大概率會引發曲軸磨削時候的自激振動現象。為了防止汽車發動機曲軸在磨削時候所發生的自激振動現象，可以使用中心支架對主軸頸進行支柱。這樣，即使曲軸在磨削過程中自身的剛性差，也能起到很好的抗振效果。

4 結論

汽車發動機曲軸磨削振紋部分相對于正常部分的表面，其粗糙度較大，所以可以通過對汽車發動機曲軸的表面粗糙度進行測量，進而將其作為判斷衡量振紋的重要指標之一。通過實驗的結果表明，更換砂輪的磨料、調整機床加工的相關參數以及調整砂輪修整的相關參數都會對汽車發動機曲軸磨削振紋抑制有著一定程度上的作用，但是在更換絲杠之后，汽車發動機曲軸磨削振紋基本消失。所以最終可能的原因應該是液壓油整體程度上的含水量偏高，導致靜壓絲杠螺母受到一定程度上的磨損。為了能夠從根本上解決這一問題，減少同樣的問題再次發生的概率，在靜壓絲杠當中增加一個正壓系統，這樣能夠有效降低液壓油整體程度上的含水量，振紋將會得到有效抑制。

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