基于Adcole測量機(jī)的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法研究

趙國邑

摘 要：本研究旨在基于Adcole測量機(jī)開發(fā)一種高精度的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法。通過對曲軸圓度的準(zhǔn)確測量和分析，評估發(fā)動機(jī)的加工質(zhì)量和性能，為改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和制造過程提供依據(jù)。采用Adcole測量機(jī)作為主要工具，通過將發(fā)動機(jī)曲軸放置在Adcole測量機(jī)上，并使用探針進(jìn)行測量，獲取曲軸的徑向跳動和圓度數(shù)據(jù)。通過對一系列發(fā)動機(jī)曲軸的測量和分析，Adcole測量機(jī)能夠高精度地測量發(fā)動機(jī)曲軸的圓度，測量結(jié)果具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性?；贏dcole測量機(jī)的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法具有高精度和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)曲軸的準(zhǔn)確評估，為改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)、提高整體發(fā)動機(jī)性能提供重要參考。

關(guān)鍵詞：Adcole測量機(jī) 發(fā)動機(jī) 曲軸圓度檢測

1 引言

發(fā)動機(jī)曲軸作為發(fā)動機(jī)的主要部件之一，對發(fā)動機(jī)的性能和運(yùn)行穩(wěn)定性起著重要作用。而曲軸圓度是評估曲軸加工質(zhì)量和性能的一個重要指標(biāo)。因此，開發(fā)一種高精度的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法對于改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和制造過程具有重要意義。通過開發(fā)一種高精度的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法，可以進(jìn)一步了解曲軸的加工精度和性能，從而為發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和制造過程的改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)。

2 Adcole測量機(jī)在發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測中的應(yīng)用優(yōu)劣勢與檢測問題

2.1 Adcole測量機(jī)的主要用途

Adcole測量機(jī)是全球領(lǐng)先的曲軸、凸輪軸和活塞測量機(jī)的供應(yīng)商，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于汽油和柴油發(fā)動機(jī)制造商等行業(yè)。自公司成立以來，Adcole一直致力于研發(fā)和制造高精度的測量設(shè)備，并取得了顯著的成就。

Adcole測量機(jī)主要用于以下方面：第一，Adcole測量機(jī)可以準(zhǔn)確測量曲軸的徑向間隙、圓度、平整度等關(guān)鍵參數(shù)；第二，凸輪軸測量，Adcole測量機(jī)可以測量凸輪軸的相位、凸臺形狀和公差；第三，活塞測量，Adcole測量機(jī)可以測量活塞的直徑、平度和圓度。

雖然Adcole測量機(jī)在發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測中擁有廣泛的應(yīng)用，但也存在一些局限性：首先，Adcole測量機(jī)需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和熟練操作才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。這需要額外的人力和時(shí)間投入。其次，Adcole測量機(jī)限于特定尺寸和類型的產(chǎn)品，不同型號的Adcole測量機(jī)適用于特定尺寸和類型的曲軸、凸輪軸和活塞等圓柱形部件。對于超出范圍的產(chǎn)品，可能需要額外的定制或其他測量設(shè)備。

2.2 發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測存在問題

連桿頸圓度超差是發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測中的一個重要問題，對發(fā)動機(jī)的性能和使用壽命都有著直接影響[1]。這種問題的存在可能導(dǎo)致連桿頸與連桿軸瓦之間接觸不良，進(jìn)而在長期運(yùn)行過程中引起異常磨損，降低發(fā)動機(jī)的使用壽命。

此外，曲軸的磨損和老化也可能導(dǎo)致連桿頸圓度超差。隨著發(fā)動機(jī)使用時(shí)間的增加，曲軸表面可能會出現(xiàn)磨損、疲勞裂紋等問題，從而影響連桿頸的圓度。因此，為了解決連桿頸圓度超差問題，需要從制造過程的精度控制、設(shè)備維護(hù)、曲軸的磨損規(guī)律等方面進(jìn)行深入研究和分析。降低連桿頸圓度超差的發(fā)生率。

3 針對發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測問題的解決對策

3.1 工藝控制優(yōu)化

加強(qiáng)工藝控制是有效降低連桿頸圓度超差的關(guān)鍵[2]。首先，對于曲軸的加工過程，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作，確保工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。ADCOLE設(shè)備測量評價(jià)曲軸桶面度的原理是基于確定直線度掃描起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的高度。測量曲軸桶面度的前提條件為建立曲軸零件數(shù)據(jù)文件。

這個文件包括主軸頸和連桿頸數(shù)量、各軸頸中截面位置、直徑公差、幾何量公差、零件軸向基準(zhǔn)到儀器0點(diǎn)的位置、軸向掃描長度及徑向掃描截面數(shù)量等信息。通過ADCOLE的零件數(shù)據(jù)文件公用程序Part.Dat，建立EB2DTS曲軸零件數(shù)據(jù)文件EB2DTS.Dat。其次，建立曲軸桶面度測量程序。測量機(jī)會按照指令清單的順序執(zhí)行各個指令。測量程序的建立是通過ADCOLE的Seqbuild公用程序編輯器來完成的。該程序會調(diào)用零件數(shù)據(jù)文件中的信息（如上面建立的EB2DTS曲軸零件數(shù)據(jù)文件EB2DTS.Dat），按照用戶的檢測規(guī)劃及設(shè)置自動生成標(biāo)準(zhǔn)測量程序。

如上表1所示，其中主軸頸共有6個，分別命名為T1、T2、T3、T4，并給出了它們在曲軸上的截面位置。同樣地，連桿頸有4個，命名為C1和C2，并給出了相應(yīng)的截面位置。直徑公差和幾何量公差則指定了每個軸頸的公差范圍。對于建立曲軸桶面度測量程序，可以使用ADCOLE的Seqbuild公用程序編輯器來完成。該編輯器可以根據(jù)用戶的檢測規(guī)劃和設(shè)置，調(diào)用零件數(shù)據(jù)文件中的信息，自動生成標(biāo)準(zhǔn)測量程序。通過順序執(zhí)行指令清單，測量機(jī)會按照設(shè)定的步驟進(jìn)行相應(yīng)的測量操作。

測量桶面度時(shí)，測頭沿著零件軸線進(jìn)行線性掃描，依據(jù)EB2DTS曲軸產(chǎn)品功能圖上的桶面度技術(shù)要求，線性掃描長度一般為14mm。

最后，針對EB2DTS曲軸零件全尺寸及桶面度的測量需求（主軸頸/連桿頸桶面度公差要求 lpm

3.2 設(shè)備維護(hù)改進(jìn)

定期對加工設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確度。特別是對磨床、車床等加工設(shè)備，要注意刀具的磨損情況、緊固件的狀態(tài)、潤滑系統(tǒng)的正常運(yùn)行等方面，及時(shí)調(diào)整和更換不合格的零部件，通過與已知標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對來實(shí)現(xiàn)。校準(zhǔn)過程中，需要根據(jù)設(shè)備的操作說明書和相應(yīng)的校準(zhǔn)工具進(jìn)行調(diào)整和校驗(yàn)。確保設(shè)備的讀數(shù)和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，并記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以備后續(xù)分析和比對。

如上表2所示，ADCOLE1310設(shè)備在測量直徑、直徑偏差和桶面度方面存在一些誤差。需要進(jìn)一步分析校準(zhǔn)過程中的可能問題，以確定校準(zhǔn)設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

綜上所述，為了保證其穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確測量結(jié)果，需要進(jìn)行定期的清潔、校準(zhǔn)、保養(yǎng)和維護(hù)工作。這樣才能確保ADCOLE1310設(shè)備長期穩(wěn)定地為中汽成配裝配式車間綜檢工序提供準(zhǔn)確的曲軸測量數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測產(chǎn)品是否符合精密度要求。

3.3 曲軸磨損控制

注意曲軸的使用和保養(yǎng)對于確保其正常運(yùn)行至關(guān)重要，特別是需要避免過度磨損和老化導(dǎo)致連桿頸圓度超差[3]。為了保持曲軸的良好工作狀態(tài)，有以下幾點(diǎn)需要注意。

首先，檢查應(yīng)包括主軸頸和連桿軸頸的磨損情況。主軸頸和連桿軸頸的磨損呈橢圓形，且最大磨損部位相互對應(yīng)。

其次，對于曲軸的裂紋也需要進(jìn)行檢驗(yàn)。裂紋多數(shù)發(fā)生在曲柄臂與軸頸之間的過渡角處，以及油孔處。這些裂紋可能會導(dǎo)致曲軸斷裂，因此需要重點(diǎn)關(guān)注。

裂紋的檢測可以使用磁力探傷法或浸油敲擊法進(jìn)行。磁力探傷法利用探測儀器將曲軸磁化，并在可能產(chǎn)生裂紋的部位撒上磁粉，從而顯現(xiàn)出裂紋的部位和大小。浸油敲擊法則是將清洗干凈的曲軸浸泡在油中，然后撒上白粉并用手錘敲擊，如果有明顯裂紋狀油跡出現(xiàn)，則表明存在裂紋。

為了應(yīng)對切削余量大、切削力較大的情況，需采取以下措施以增強(qiáng)剛性、減小變形和振動，并確保高剛度的機(jī)床刀具及夾具，中間托架可以提供額外的支撐，增強(qiáng)工件和刀具系統(tǒng)的整體剛性，以抵御切削力產(chǎn)生的變形和振動。

此外，柴油發(fā)電機(jī)曲軸存在明顯的彎曲，則需要采取相應(yīng)的校正措施。常見的校正方法包括表面敲擊法和冷壓校正法。表面敲擊法適用于彎曲量不大的情況，使用球形手錘和風(fēng)動錘進(jìn)行敲擊。冷壓校正法則是利用壓床將曲軸進(jìn)行適度的壓彎，然后通過時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力。冷壓校正法的具體公式和計(jì)算方法會因?yàn)椴煌那闆r而略有差異。冷壓校正法公式如下：

式中，彎曲角度是曲軸在冷壓校正過程中被壓彎的角度（單位可以是弧度或度）；F 是應(yīng)用于曲軸進(jìn)行冷壓校正的力（單位是N）；L 是曲軸上測量到應(yīng)用力的位置到曲軸端點(diǎn)的距離（單位是m）；E 是曲軸材料的彈性模量（單位是pa）；I是曲軸截面的慣性矩（單位是m4）。實(shí)際的冷壓校正過程設(shè)計(jì)材料的強(qiáng)度、變形特性等多個因素，需要嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程來進(jìn)行，確保對曲軸造成適度的壓彎，并在時(shí)效處理過程中消除內(nèi)應(yīng)力。

3.4 質(zhì)量檢驗(yàn)加強(qiáng)

建立完善的質(zhì)量檢驗(yàn)體系，對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測。發(fā)動機(jī)曲軸是發(fā)動機(jī)中的核心部件之一，關(guān)系著發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和性能[4]。為了對發(fā)動機(jī)曲軸的圓度進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的檢測，采用光學(xué)測量儀器，光學(xué)測量儀器可以使用激光或傳感器等技術(shù)原理來測量曲軸的圓度。通過將測量儀器置于曲軸上，并使用激光或傳感器掃描曲軸表面，可以獲取曲軸各個點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并繪制出圓度圖。

上表3為通過光學(xué)測量儀器對曲軸進(jìn)行掃描和測量后獲得的結(jié)果。其中，光學(xué)測量儀器提供了曲軸表面各個點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)（X和Y坐標(biāo)），用于評估圓度質(zhì)量。這些數(shù)據(jù)可以用于評估曲軸的圓度質(zhì)量，通過對比所測量的數(shù)據(jù)與理想的曲軸形狀，評估曲軸的圓度情況。

3.5 數(shù)據(jù)分析與改進(jìn)

為了全面監(jiān)測和分析曲軸加工及其對發(fā)動機(jī)性能的影響，需要建立數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)，從工藝流程的各個環(huán)節(jié)開始收集數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)分析模型，將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析?？梢允褂媒y(tǒng)計(jì)學(xué)方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來識別關(guān)鍵的因素和變量，并進(jìn)一步分析曲軸加工的影響因素。曲軸性能公式如下所示：

式中，曲軸性能是希望預(yù)測或分析的目標(biāo)變量，例如曲軸的振動水平、噪聲水平等；β0， β1， β2， ...， βn 是回歸系數(shù)，表示每個自變量對目標(biāo)變量的影響權(quán)重；變量1， 變量2， ...， 變量n 是自變量或特征變量，可能包括曲軸的幾何參數(shù)、工藝參數(shù)、材料特性或其他相關(guān)因素；ε是誤差項(xiàng)，表示模型無法解釋的隨機(jī)變動。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以使用統(tǒng)計(jì)軟件或數(shù)據(jù)分析工具（如Python中的NumPy、Pandas和Scikit-learn等）來進(jìn)行回歸分析，通過建立模型來預(yù)測曲軸的性能指標(biāo)，比如振動水平、噪聲水平等。受到這些性能指標(biāo)的影響，建立模型來預(yù)測曲軸性能指標(biāo)通常需要考慮多個因素，并使用數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。以下舉例一種預(yù)測曲軸振動水平的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中，K 是一個經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，用于衡量曲軸設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量對振動水平的影響；曲軸轉(zhuǎn)速是曲軸旋轉(zhuǎn)的速度；曲軸質(zhì)量不平衡度是指曲軸上質(zhì)量分布的不均勻性，通常用質(zhì)量不平衡度或等效質(zhì)量不平衡度來表示。

根據(jù)上表4所示，根據(jù)給出的數(shù)據(jù)中的桶面度數(shù)值，可以看出各個項(xiàng)目（例如1L、IC、1U等）的桶面度測量結(jié)果都處在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證工藝優(yōu)化后的桶面度測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在粗糙度儀上測量該零件各個軸頸的表面形貌。這與ADCOLE測量結(jié)果僅差0.1μm。說明工藝優(yōu)化后的零件加工結(jié)果桶面度合格，滿足了產(chǎn)品的技術(shù)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，Adcole測量機(jī)的發(fā)動機(jī)曲軸圓度檢測方法能夠提供高精度的測量結(jié)果，讓工作人員準(zhǔn)確評估發(fā)動機(jī)曲軸的圓度，并識別任何可能存在的缺陷或偏差，能夠?yàn)榘l(fā)動機(jī)制造業(yè)提供重要的技術(shù)支持，為發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和制造的持續(xù)改進(jìn)提供有力的依據(jù)和指導(dǎo)。

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