某增壓器的整機動不平衡量偏大的工藝改進

劉石源，王小寧，全學鰲，劉麟，徐曉波，許貢

（1.湖南天雁機械有限責任公司，湖南衡陽421005；2.湖南省湘西土家族苗族自治州汽車運輸總公司161車隊，湖南吉首416000）

某增壓器的整機動不平衡量偏大的工藝改進

劉石源1，王小寧1，全學鰲2，劉麟1，徐曉波1，許貢1

（1.湖南天雁機械有限責任公司，湖南衡陽421005；2.湖南省湘西土家族苗族自治州汽車運輸總公司161車隊，湖南吉首416000）

通過對某四缸柴油機用增壓器的整機動平衡通過率低的原因分析，找到影響整機動平衡的主要原因，通過工藝參數的調整，使整機動平衡達到設計要求。

增壓器；動平衡；改進

1 概述

渦輪增壓器的應用范圍越來越廣，目前增壓器向小型化、高壓比、高轉速、高可靠性等方向發展。由于轉子不平衡會引起轉子軸的撓曲和內應力，使增壓器產生振動和噪聲，加速軸承和密封零件的磨損，降低增壓器的機械效率，嚴重時會引起葉輪和殼體相碰，導致渦輪轉子系統的損壞。由轉子的結構特點和工作狀態，決定了增壓器轉子必須具備很高的動平衡精度。

目前，動平衡技術可分為工藝平衡法、現場整機平衡法及自動在線平衡法。平衡是相對的，而不平衡是絕對存在的；平衡的結果只是把不平衡減小到不會影響產品總體性能的程度。在生產線某四缸柴油機用增壓器在整機動平衡工序通過率較低，合格率只有70%，嚴重影響裝配整機的進度，導致整機返修率增加，生產效率降低，同時增加了產品出廠后的可靠性風險。

2 引起整機動不平衡量大的原因

引起整機動不平衡量的原因很多，主要有以下方面：渦輪轉子、壓氣機葉輪及渦輪轉子上的其它單件動不平衡量偏大；整機裝配后渦輪轉子軸發生變形；動平衡去重的位置及方法不對；裝配人員的裝配方法不對；動平衡設備不穩定等原因造成的。

2.1 渦輪轉子動不衡量研究

針對以上引起整機動不平衡量偏大的原因，主要研究渦輪轉子在機加過程中，機加工誤差對增壓器整機動不平衡的影響。

圖1為渦輪與轉子軸焊接后的機加工圖，渦輪轉子的關鍵尺寸有：φD和φd兩軸連接處圓角R；螺紋MH-左螺紋中徑相對基準軸φD的同軸度誤差；d軸相對基準軸φD的同軸度誤差。

圖1 渦輪轉子機加工圖

圖2為渦輪轉子總成裝配圖，此種平衡方法是通過渦輪轉子組件平衡后，裝配整機時需要拆開再重新裝配，對整機的動平衡有很大的影響，在現代高速渦輪增壓器上，已經被淘汰，但是可以驗證轉子總成的靜不平衡量是否符合設計要求。

圖2 渦輪轉子總成裝配圖

圖3是增壓器芯部零件裝配圖。整機動平衡是采用外氣源吹動渦輪高速旋轉，達到工藝要求時轉速，檢測此時的動不平衡量及角度，在相應的位置通過去掉一部分渦輪轉子上的零件部分重量來降低動不平衡量。

圖3 渦輪增壓器芯部總成裝配圖

2.2 原因分析

由于增壓器的所有旋轉件都是裝配在渦輪轉子軸上，渦輪轉子又是由渦輪與渦輪軸焊接而成，然后再機加工，所以渦輪轉子對整機動不平衡量的影響最大，因此對渦輪轉子進行分組抽樣，檢測渦輪轉子在機加工過程中的零件尺寸是否符合圖紙設計要求或者機加過程中存在變差。

（1）選取第一組用冷拉圓鋼加工的渦輪轉子檢測。檢測內容如下，數據如表1所示。①檢測零件關鍵尺寸是否合符設計要求，是否對裝配后的整機動平衡有影響。②在光學輪廓投影儀上測量渦輪轉子的螺紋底徑跳動的是否在公差范圍內。③使用同一組螺母、葉輪、密封套、止推片增壓器的芯部零件對不同編號的渦輪轉子進行組合，使用千分表在偏擺儀上檢測φD軸部跳動x3，目的是檢測螺紋底徑跳動對轉子總成跳動的影響。④抽取10件某四缸柴油機用增壓器整機動不平衡偏大的增壓器，更換渦輪轉子，使用千分表在偏擺儀上檢測φD軸部跳動見圖2中壓端檢查面與渦端檢查面，目的是檢測轉子總成其它旋轉部分零件對轉子總成跳動的影響。⑤將渦輪轉子總成上的零件逆時針旋轉90°后旋緊鎖緊螺母，在偏擺儀上使用千分表檢測φD軸部跳動（同檢測4中的部位），目的是檢測轉子總成上其它零件裝配對轉子總成的影響。⑥對檢測4中的轉子總成進行整機動平衡檢測，然后進行整機動平衡，統計去重次數，目的是檢測轉子總成跳動對整機動平衡的影響。

表1 檢測結果統計表

（2）選取第二組用冷拉圓鋼加工的渦輪轉子檢測。檢測內容如下，數據如表2所示。①在光學輪廓投影儀上測量螺紋底徑跳動，并按編號進行實測值記錄。②使用V型塊和千分表檢測φd軸相對基準軸φD的同軸度誤差。

表2 檢測結果統計表

（3）選取第三組用熱模鍛轉子軸加工的渦輪轉子檢測。檢測內容同第一組轉子軸，數據如表3所示。

表3 檢測結果統計表

2.3 檢測結果分析

（1）第一組檢測結果分析。第一組檢測結果分析可以看出以下4點：①轉子總成跳動對整機動平衡影響較大。②芯部零件裝配方式對轉子總成跳動影響較小。③芯部零件（止推片、隔套、密封套、鎖緊螺母）主要影響渦輪轉子總成跳動。④渦輪轉子螺紋底徑跳動主要影響轉子總成跳動。

第三，新形勢下的統戰工作存有相當程度失衡現象。有許多統戰工作人員，其工作的制度存在缺陷，工作的力度存有不足，其在統戰工作中作為干部的作用未能確實發揮出來。除此之外，還有相當一部分統戰社團的凝聚力相對較弱，也沒有在工作過程中開展一些有利于統戰工作的活動。[7]

（2）第二組檢測結果分析。①渦輪轉子螺紋底徑跳動影響整機動平衡。②渦輪轉子φd軸相對基準軸φD的同軸度誤差存在超差現象，超差率占50%。

（3）第三組檢測結果分析。①轉子總成跳動影響整機動平衡。②芯部零件裝配方式對轉子總成跳動影響較小。③芯部零件（止退片、隔套、密封套、鎖緊螺母）影響渦輪轉子總成跳動.④渦輪轉子螺紋底徑跳動影響轉子總成跳動。

2.4 影響因子

通過三次檢測數據可以得出，渦輪轉子總成裝配跳動是影響四缸柴油機用增壓器整機動平衡的主要因素，然而影響渦輪轉子總成裝配跳動（轉子總成跳動應≤0.02mm）的因素包括以下部分。

（1）渦輪轉子總成零件：止推片、隔套、密封套、鎖緊螺母零件的精度及渦輪轉子螺紋跳動精度要求。

（2）渦輪轉子加后的內應力釋放導致渦輪轉子φd軸相對基準軸φD的同軸度超差。按照“6σ”模式對上述影響因子進行因果矩陣分析見表4，影響程度按照“0、1、3、9”進行分配，其中“0”表示影響程度最小，“9”表示影響程度最大。

表4 “6σ”模式分析結果統計表

從27個輸入因子中進行降序排列，從中篩選出了10個影響程度不良的輸入因子，下一步將對其“9”分以上輸入因子：①渦輪轉子螺紋跳動，②止推片端面平行度，③止推片端面平面度，④隔套端面平行度，⑤隔套端面平面度，⑥密封套端面平行度，⑦密封套端面平面度，⑧鎖緊螺母螺紋要素，⑨鎖緊螺母端面平面度，⑩鎖緊螺母端面跳動；再進行FMEA分析，找出影響上述10個因子最關鍵的影響因子。

由于轉子總成中的其它零件采取全尺寸檢測，都符合設計要求，同時通過對其進行PFEMA分析，其影響因素小于渦輪轉子的影響；因此對渦輪轉子的螺紋跳動進行PFMEA分析，找出潛在影響因素，如表5所示。

表5 渦輪轉子機加工PFEMA分析表

表6 高頻淬火后回火保溫H1分鐘后，螺紋底徑跳動變化表

表7 高頻淬火后回火保溫H2分鐘后，螺紋底徑跳動變化表

從表6可以看出，高頻淬火回火時間為Hmin時，螺紋底徑跳動變化范圍在0～0.025，其中變差在0.01以上的約占50%；從表7可以看出，高頻淬火回火時間為H2min時，螺紋底徑跳動變化范圍在-0.005～0.015，其中變差在0.01以上的約占12%；從表6、7可以看出，數控車工序螺紋底徑跳動基本控制在0.02mm，但仍然存在個別超差現象。

3 改善效果

通過控制某四缸柴油機用增壓器的渦輪轉子螺紋底徑的跳動值，某四缸柴油機用增壓器的整機動平衡合格率大大提高，通過連續跟蹤十一批次如表8合格率基本穩定在93.5%以上，但仍有約5%的廢品率，后期還需繼續進行改善。

表8 整改后的整機動平衡統計表

4 結語

（1）嚴格控制加工零件尺寸變差，降低渦輪轉子的單件動不平衡量，能夠降低整機的動不平衡量，減少在整機動平衡工序時的去重次數，提高工作效率。

（2）螺紋中徑跳動主要影響渦輪增壓器整機動不平衡量值。

（3）高頻淬火回火工藝參數影響螺紋中徑跳動誤差，不合理的回火工藝參數會導致高頻淬火應力無法完全消除，產生螺紋變形，影響渦輪增壓器整機動平衡G值。

［1］朱大鑫渦輪增壓與渦輪增壓器［M］.北京:機械工業出版社，1992.

［2］周仁睦.轉子動平衡—原理、方法、標準［M］.北京:化學工業出版社，1992.

［3］宮志國，魏名山.渦輪增壓器動平衡技術研究［J］.車用發動機，2005，（12）：46-48.

［4］王延生，黃佑生.車輛發動機廢氣渦輪增壓器［M］.北京：國防工業出版社，1984.

A Turbocharger of the Whole Maneuver Unbalanced Large Process improvement

LIU Shi-yuan1，WANG Xiao-ning1，QUAN Xue-ao2，LIU Ling1，XU Xiao-bo1，XU Gong1
（1.Hunan Tianyan Machinery Co.，Ltd.，Hengyang，Hunan 421005，China；2.Hunan Province Xiangxi Tujia and Miao Autonomous Prefecture Motor Transport Corporation 161 fleet，Hunan，Jishou 416000，China）

Based on the analysis of the reasons of the low dynamic passing rate of a turbocharger for a four-cylinder diesel engine，the main reason for the dynamic balance of the whole machine is found.Through the adjustment of the process parameters，the whole dynamic balance is designed.

supercharger；dynamic balance；improvement

TH877

A

2095-980X（2017）03-0065-03

2017-02-18

劉石源（1978-），男，工程師，大學本科，主要從事渦輪增壓器設計與應用工作。