試議發動機軸瓦裝配的防錯技術和方法

王 波

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

軸瓦是滑動軸承和軸頸接觸的部分，形狀為瓦狀的半圓柱面，非常光滑，其主要作用是減小軸頸的摩擦阻力及減小軸頸的磨損。發動機軸瓦主要有兩種，一種是主軸瓦，安裝在缸體主軸承孔以及曲軸主軸頸之間；一種是連桿瓦，安裝在連桿大頭孔與曲軸連桿頸之間。一般4缸機主軸瓦10片，連桿瓦8片，主軸瓦分上下瓦，上下瓦一般不通用（即不能裝反），連桿瓦分上下瓦，上下瓦一般通用。同時為保證曲軸軸瓦間隙，大部分產品設計時，軸瓦需進行分組裝配。以上這些特性，造就了軸瓦正確裝配的重要性，因此，軸瓦防錯裝、漏裝就顯得尤為重要。

1 軸瓦裝配主要失效模式及后果

1.1 軸瓦漏裝

如果軸瓦漏裝，軸頸的油壓無法建立，機油無法到達軸頸形成油膜，易導致曲軸、連桿等運動件摩擦損壞，且由于運動件間異常摩擦形成雜質積累，最終導致發動機抱死無法工作。軸瓦嚴重磨損后，運動件間的間隙變大，運動時晃動量增大，導致拉缸、曲軸連桿斷裂、發動機報廢等嚴重質量問題。

1.2 上下主軸瓦裝反

一般發動機主軸瓦的上下瓦不通用，產品設計時，一般上主軸瓦（裝在缸體主軸承孔上的軸瓦）加工有油孔和油槽，下主軸瓦（裝在主軸承蓋上的軸瓦）未加工有油孔和油槽，如圖1所示。上主軸瓦有油孔、油槽，其目的是讓缸體主油道的潤滑油通過油孔、油槽進入曲軸進行潤滑。若主軸上、下瓦裝反，即將沒有帶油孔、油槽的下瓦裝到缸體主軸承孔上，將導致缸體主油道的潤滑油不能通往曲軸進行潤滑，產生的后果與漏裝軸瓦基本一樣。

圖1 主軸上、下瓦

1.3 軸瓦組別號裝錯（針對軸瓦需分組裝配的情況）

目前大部分的產品設計中，發動機軸瓦裝配需要進行分組裝配。軸瓦分組裝配主要目的是保證合適的曲軸徑向軸瓦間隙。如果軸瓦組別號裝錯，會造成間隙過大或過小，如果間隙過大，油壓降低，潤滑油膜難以建立和保持，長期使用可能燒瓦，同時間隙過大，曲軸容易徑向竄動，加速零件磨損、疲勞，并產生噪音。如果間隙過小，零件受熱后膨脹容易造成卡死，同時間隙過小，油壓升高，潤滑油膜也不易建立，潤滑不足造成軸承磨損，嚴重時燒瓦。

2 軸瓦裝配的關鍵工藝要求

2.1 軸瓦的選配關系

以某型號發動機的裝配要求為例，主軸下軸瓦的選配關系如圖2所示。

圖2 主軸下瓦選配關系

2.2 傳統選配軸瓦的工藝方法及工藝控制能力

采用人工口算和記憶來選配軸瓦，通過人工目視化檢查來確認軸瓦的裝配正確性。傳統工藝雖然成本最低，但是無法有效避免軸瓦錯裝、漏裝，特別是大批量生產時，人為因素導致錯裝、漏裝的風險比較大。為降低甚至消除人為因素帶來的失控風險，一般生產線都會投入相關設備或裝置來達到控制要求。下文闡述的幾種軸瓦裝配防錯技術和方法，可以有效做到軸瓦防錯裝、漏裝的控制要求，其中氣檢防錯技術為本文重點闡述內容。

3 發動機軸瓦裝配的防錯技術和方法

3.1 取料防錯

一般配置軸瓦智能料架來實現取料防錯，如圖3所示。智能料架的功能是通過零件二維碼信息掃描輸入，系統根據軸瓦選配關系自動計算或匹配要選配的軸瓦組別號，并在智能料架上按軸瓦裝配順序（缸號順序）燈光顯示提示操作者依序進行取料，若操作者未按料架每個料道的燈光顯示順序進行取料，料架將進行聲光報警；若操作者未按要求次數進行取料，系統識別后將對線體進行鎖住不放行。此智能料架的防錯功能有：

（1）可有效避免分組號裝錯；

（2）可有效防止漏裝軸瓦；

（3）可以對軸瓦選配的相關分組信息進行保存和追溯。

圖3 軸瓦智能料架

此智能料架防錯是軸瓦選配組裝過程中的一個有效的工藝方法，但是并不能100%杜絕軸瓦錯裝、漏裝，因為仍可能存在一些人為因素，比如在操作者按軸瓦料架顯示的順序取料后，操作者因人為原因并沒有按順序將軸瓦組裝到對應的軸瓦安裝位置，那就有可能導致軸瓦裝錯或者漏裝。所以此工序后面，一般還需配置軸瓦安裝后的檢測防錯工藝。

3.2 工位布置防錯

此方法可應用在主軸瓦安裝工序。生產線工序布置時，正常情況下，上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝一般都布置在同一個工位。上下瓦同時在一個工位安裝，若工序沒有做到很好的防錯功能，光靠人為識別來選配和安裝，必然會增加上、下瓦互相裝錯的風險，即有可能上瓦裝到下瓦的位置，下瓦裝到上瓦的位置。針對此裝錯風險，在不影響組裝順序和不影響節拍的情況下，可以將上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝作業布置在不同工位，這樣可以在一定程度上避免上、下瓦混裝的可能，從而降低上下瓦裝錯的風險。

3.3 傳感器工裝防錯

發動機軸瓦一般為金屬材料，可以采用金屬傳感器感應軸瓦是否安裝在工裝上。如圖4所示，軸瓦安裝工裝上安裝有金屬傳感器，操作者從軸瓦料架取下軸瓦后，安裝到該工裝上，傳感器感應到了有軸瓦，系統才正常，若沒有感應到軸瓦，系統則識別為漏裝。當所有軸瓦安裝到工裝上后，再通過工裝整體安裝到發動機上。若在該工裝上識別出漏裝軸瓦，系統則報警并鎖定線體不許放行，從而達到防漏裝的目的。

圖4 軸瓦防錯傳感器工裝

3.4 相機拍照防錯

當已裝好軸瓦的工件移到相機拍照區域內，相機在軸瓦上方進行拍照，當漏裝軸瓦或者裝反軸瓦，其外觀與正常裝配外觀有差異，通過與正確的基礎圖進行對比，可以識別軸瓦是否漏裝或上下瓦裝反。此技術主要應用在軸瓦安裝到工件后，代替人工目視化檢查軸瓦安裝情況，可以100%檢測到軸瓦漏裝、上下瓦裝反的失效模式，但此防錯技術成本一般比較高。

目前有三維拍照技術，不但可以識別是否漏裝、上下瓦裝反，還可以識別軸瓦是否裝到位。

3.5 氣檢防錯

氣檢防錯的原理：將壓縮空氣與工件相連接，然后加壓，加壓到某一值后，停止加壓進行壓力或流量檢測，在檢測中，如果壓力或流量變化大，則說明泄露量大，有可能漏裝軸瓦，如果壓力或流量變化小，說明泄露率小或者無泄露，屬于正常裝配狀態[1]。以下以某發動機利用某氣檢儀器進行檢測為例進行闡述：

3.5.1 檢測標準

如圖5所示，以自動檢出被檢查物內部發生的流量或壓力變化的上限值來判定合格與否。

圖5 檢測判定標準

3.5.2 工件檢測狀態

發動機缸體已組裝好曲軸、活塞連桿、軸瓦等零部件即可，即一般布置在曲軸連桿組件安裝完成后的一兩個工位。

3.5.3 氣檢裝置的結構組成

主要由專用氣檢儀器、氣管路、封堵工裝、曲軸手搖工裝組成。其中氣檢儀器主要是用來檢測壓力或流量變化的設備裝置；封堵工裝主要是用來封堵缸體上相關主油道孔以實現密閉空間；手搖工裝主要是實現曲軸轉動，使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。圖6為某產品采用的手動封堵檢測設備。

3.5.4 專用氣檢儀器

（1）儀器的選型規格：氣檢儀器不管是流量式的還是壓差式的，其原理基本一致，都是檢測變化值。

（2）儀器的內部結構及原理圖，如圖6、7所示。

工廠空壓源通過過濾器、氣檢儀器調壓閥調成測試壓后，進入儀器層流管，層流管上安裝壓力傳感器，層流管一路氣源通往工件和流量校準儀，另一路通往壓力傳感器以及儀器電氣部分、面板。

圖6 儀器的內部結構

圖7 氣檢過程原理圖

3.5.5 氣檢過程

在設定相關的檢測條件后（比如測試壓力、加壓時間、檢測時間等），按以下幾個步驟進行檢測：

（1）封堵（充氣）工裝

將缸體各表面的主油道孔用封堵工裝封堵（充氣），一般在缸體上缸蓋安裝面和缸體前端各有一個主油道孔。封堵工裝封堵后，缸體內部主油道、曲軸、連桿、軸瓦就形成一個相對密閉的空間，如圖8所示（深黑色代表主油道）。

圖8 工件檢測密閉空間示意圖

（2）加壓充氣

安裝封堵工裝后，按下啟動按鈕，儀器開始加壓充氣，直到加壓到設定值壓力為止，一般會設置合適的加壓時間，時間到，加壓充氣結束。

（3）檢測過程：加壓結束時，用轉動工裝開始平穩轉動曲軸，儀器開始進行檢測壓力或流量變化，記錄壓力或流量值。檢測過程中，轉動曲軸的目的是為了使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。

（4）判定過程

若檢測出的最大流量值大于設定的流量值（正常情況下的流量值），即亮紅燈報警，則認為判定組裝有異常，需拆解排查返修，若檢測出的最大流量值小于設定的流量值，即亮綠燈，則判定軸瓦組裝正常。

3.5.6 氣檢失效模式的驗證過程

表1為正常、異常（漏裝）的情況下的流量檢測結果（展示部分數據）。

表1 各氣檢失效模式驗證過程數據記錄表

以上表1只是列出部分數據，實際經過反復驗證得出的大量數據，證明軸瓦漏裝的越多，泄露量相對于正常情況的泄露量變化越大，即設定好正常情況的泄露量上限后，如果在檢測過程中泄露量超出設定值，說明軸瓦組裝存在異常，通過此方法，可以檢測軸瓦漏裝。

3.5.7 氣檢的注意事項

對一臺檢測設備來說，最大的問題就是誤判。誤判會使本來不合格的產品當成合格產品流入下工序，也會是本來合格的產品當成不合格的產品來進行排查返修，造成諸多浪費。所以檢測設備必須要做好防止誤判的各項工作，防止誤判的方法有：

（1）前期設備安裝調試投入使用前，必須充分做好各種失效模式的驗證，得到充分的驗證后，才能投入使用。驗證期間，須設定合適有效的參數范圍值。

（2）制作標件，定期通過標件，驗證設備、工裝、程序、環境等工作正常，防止發生批量質量事故。

（3）定期做好設備的維護保養，特別是傳感器等部件，須定期校準、標定。

（4）定期檢查各密封件是否正常，是否有損壞、泄露現象。

4 總結

對軸瓦組裝防錯技術和方法，以表2進行總結。

表2 軸瓦組裝防錯技術和方法的對比情況

目前也有部分發動機廠通過配置回轉力矩檢測設備和冷試設備對軸瓦漏裝進行檢測，但是根據相關工廠工藝驗證，這兩種方法的檢測能力不足、探測率低，效果不佳[2]。上表的幾種防錯技術和方法，在軸瓦組裝及檢測工藝上應用比較廣泛，其中，氣檢防錯技術性價比比較高，工廠可根據企業自身條件、投入成本、故障發生率等實際情況來確定生產工藝。

5 結束語

軸瓦裝配采用人工控制出現漏裝、錯裝不可避免，通過智能料架、工位布置、工裝傳感器、拍照技術、氣檢技術等防錯技術和方法，優化了現有的裝配工藝，解決了軸瓦漏裝、錯裝風險，改進了軸瓦漏裝、錯裝依靠人工目視防錯的理念，降低了在線返修率，降低了售后返修成本，節約了大量的時間和成本，提高了在線質量控制水平，提高了售后水平。