曲軸制造定位誤差的分析計(jì)算

李紅娟　孟剛

摘要：文章論述了曲軸加工定位時(shí)，產(chǎn)生定位誤差的原因。對(duì)曲軸加工定位誤差進(jìn)行了分析，同時(shí)介紹了用簡便計(jì)算方法計(jì)算定位誤差。提出了減少定位誤差的措施。

關(guān)鍵詞：曲軸；定位誤差；分析；簡便計(jì)算

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的機(jī)件之一。它承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，然后通過飛輪輸出[1]。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中曲軸承受周期變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。這就要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，各工作表面要耐磨。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，在汽車制造業(yè)中，加工曲軸不僅產(chǎn)量大，而且加工精度高。這就要求在加工中嚴(yán)格控制加工誤差。影響加工誤差的因素很多，本文僅對(duì)制造加工中定位所造成的定位誤差進(jìn)行分析計(jì)算。

一、曲軸的主要技術(shù)要求

（一）主軸頸、連桿軸頸本身的精度

曲軸主軸頸、連桿軸頸的直徑尺寸公差等級(jí)通常為IT6～I(xiàn)T7；主軸頸的直徑極限偏差為0.15～+0.05mm；曲拐半徑極限偏差為±0.05mm；曲軸的軸向尺寸極限偏差為±0.15～±0.50mm[2]。

（二）軸頸長度及形狀精度

軸頸長度公差等級(jí)為IT9～I(xiàn)T10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度公差應(yīng)控制在尺寸公差的1/2之內(nèi)。

（三）曲軸的位置精度

曲軸的位置精度包括：主軸頸與連桿軸頸的平行度，一般為100mm之內(nèi)不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為0.025mm，中大型低速發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為0.03～0.08mm；各連桿軸頸的位置度不大于±30[2]。

二、曲軸產(chǎn)生定位誤差的原因

當(dāng)用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，工件是通過機(jī)床夾具固定在加工設(shè)備上的，工件在機(jī)床夾具上的定位過程中，工件的工序基準(zhǔn)沿工序尺寸方向上發(fā)生的最大偏移量稱為定位誤差。

產(chǎn)生定位誤差的原因有兩個(gè)：一是工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，引起基準(zhǔn)不重合誤差；二是定位基準(zhǔn)（基面）與定位元件本身存在制造誤差和最小配合間隙，使定位基準(zhǔn)偏離其理想位置，產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差。

三、曲軸加工定位誤差的分析與計(jì)算

（一）曲軸加工定位誤差的分析

曲軸在加工時(shí)，用主軸頸在V型塊或半圓上定位。連桿軸頸的加工是用偏心夾緊機(jī)構(gòu)。在定位過程中，兩定位支撐點(diǎn)A、B的中心連線O1O2是定位基準(zhǔn)，同時(shí)也是加工時(shí)的工序基準(zhǔn)。因此，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)不重合誤差等于零。由此可知，只需計(jì)算出基準(zhǔn)位移誤差，就可得到定位誤差值。

基準(zhǔn)位移誤差包括兩類：一是沿軸線方向的縱向定位誤差；二是基準(zhǔn)O1O2偏離理想位置的轉(zhuǎn)動(dòng)的基準(zhǔn)位移誤差。應(yīng)著重考慮轉(zhuǎn)動(dòng)的基準(zhǔn)位移誤差。

對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的基準(zhǔn)位移誤差，如圖1所示。設(shè)中心O1在O′1和O"1之間變動(dòng)，因此，中心線O1O2有兩種極端變動(dòng)：一種是從O′1O′2變到O"1O"2；另一種是從O′1O"2變動(dòng)到O"1O′2。計(jì)算定位誤差時(shí)，首先應(yīng)分析哪一種情況會(huì)引起工序基準(zhǔn)產(chǎn)生最大位移，以最大位移部位來計(jì)算定位誤差。

（二）定位誤差的計(jì)算

1.加工部位位于兩定位點(diǎn)之間

當(dāng)加工部位位于兩定位點(diǎn)之間時(shí)，如圖2所示。加工部位M1位于兩定位支點(diǎn)A、B間的X點(diǎn)，此時(shí)，工序尺寸E的基準(zhǔn)位移量FG最大。其特點(diǎn)是F、G兩點(diǎn)分別在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的兩腰上。

加工部位位于兩定位點(diǎn)之外時(shí)，如圖3所示。加工部位M2位于兩定位支點(diǎn)之外的X點(diǎn)，此時(shí)工序尺寸H的基準(zhǔn)位移量QS最大。其特點(diǎn)是Q、S兩點(diǎn)分別在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的兩對(duì)角線O′1O"2、O"1O′2的延長線上。

曲軸加工中，工序尺寸H的定位誤差用簡便方法計(jì)算為：

ΔX+ΔALAX=ΔB+ΔALAB

ΔXLAB=ΔALBX+ΔBLAX

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB（式2）

四、定位誤差值的確定

如前所述，曲軸軸頸以V型塊定位，兩端V型塊A、B定位時(shí)定位誤差分別為：

ΔA=TdA2sinα2（式3）

ΔB=TdB2sinα2（式4）

式中：ΔA、ΔB—分別為A、B點(diǎn)V型塊定位的定位誤差；

TdA、TdB—分別為定位點(diǎn)處曲軸軸頸的公差；

α—為V型定位塊斜面夾角（常用α=90°）

（1）若加工部位位于兩定位點(diǎn)之間時(shí)：

設(shè)TdA=0.04mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=200mm，α=90°。則定位誤差計(jì)算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔBLAX+ΔALXBLAB=0.033×200+0.028×400600=0.030（mm）

（2）若加工部位在兩定位點(diǎn)之外時(shí)：

設(shè)TdA=0.040mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=800mm，α=90°。則定位誤差計(jì)算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB=0.028×200+0.033×800600=0.053（mm）

五、結(jié)語

綜上所述曲軸定位誤差的分析與簡化計(jì)算的結(jié)果來看，工序尺寸位于兩定點(diǎn)之外時(shí)，引起的定位誤差較大。因此，為了減小定位誤差，可采取如下措施：

（1）提高定位元件和軸頸的尺寸精度；

（2）增大兩定位點(diǎn)的中心距，應(yīng)盡量使兩定位點(diǎn)布置的遠(yuǎn)些；

（3）盡量使加工部位位于兩定位點(diǎn)之間。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，70.

[2]曾東建.汽車制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版，2008.

作者簡介： 李紅娟（1989 ），女，寧夏人，碩士，助教，機(jī)電系統(tǒng)智能控制，從事汽車服務(wù)工程教學(xué)工作。