新聞主題	連桿、曲軸、大小瓦和軸承孔的配合間隙測量法

 

引言：曲柄連桿機構是一種常見(jiàn)的機械傳動(dòng)裝置，廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域中。它由曲柄、連桿和活塞組成，通過(guò)曲柄的旋轉運動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給連桿，再從連桿傳遞給活塞，實(shí)現機械運動(dòng)。其中，連桿、曲軸、軸承以及軸瓦之間的配合間隙是一項非常重要的裝配參數，在柴油發(fā)電機裝配前一定要進(jìn)行間隙測量，才能保證柴油發(fā)電機更好的運行。康明斯發(fā)電機廠(chǎng)家在本文將對曲柄連桿機構的組成和功用、配合間隙以及其他裝配精度測量方法進(jìn)行全面、詳細、完整且深入地探討。

 

一、曲柄連桿機構組成和作用

 

      曲柄連桿機構是發(fā)動(dòng)機實(shí)現工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動(dòng)零件，其整體外觀(guān)如圖1所示。曲柄連桿機構的主要零件可以分為活塞連桿組和曲軸飛輪組，如圖2所示。

1、主要部分組成

（1） 曲柄

      曲柄通常是一個(gè)軸狀零件，具有一個(gè)曲軸和一個(gè)連桿小頭的連接孔。曲軸是曲柄的主要部分，它是一個(gè)具有曲線(xiàn)輪廓的軸，在旋轉過(guò)程中可以將旋轉運動(dòng)轉化為往復運動(dòng)。

（2）連桿

      連桿是曲柄連桿機構的核心組成部分，它連接曲柄和活塞。連桿分為大頭和小頭兩端，其中小頭與曲柄連接，大頭與活塞連接。連桿的長(cháng)度和角度對機構運動(dòng)的性能具有重要影響。

（3）活塞

      活塞是曲柄連桿機構的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它位于連桿和曲柄的連接點(diǎn)?；钊ǔＪ且粋€(gè)圓柱形零件，與氣缸配合，負責往復運動(dòng)?；钊倪\動(dòng)使氣缸內的壓縮空氣或燃氣產(chǎn)生往復運動(dòng)，從而實(shí)現能量的轉化。

（4） 軸承

      軸承在曲柄連桿機構中起到支撐和減少摩擦的作用。曲柄和連桿頭連接處的軸承稱(chēng)為大頭軸承，曲柄和連桿小頭連接處的軸承稱(chēng)為小頭軸承。軸承的質(zhì)量和選用對機構的運動(dòng)性能和壽命具有重要影響。

2、功用

（1）轉換運動(dòng)形式

      曲柄連桿機構將曲軸的旋轉運動(dòng)轉換為連桿的往復運動(dòng)，使得機械系統能夠進(jìn)行往復運動(dòng)。往復運動(dòng)在許多領(lǐng)域中都有廣泛應用，例如內燃機中活塞的往復運動(dòng)使得氣缸內的氣體能夠通過(guò)氣門(mén)進(jìn)出，實(shí)現燃燒和能量的轉化。

（2）提供連桿變速比例

      曲柄連桿機構中，曲柄的長(cháng)度和連桿的長(cháng)度決定了連桿變速比例。通過(guò)調節連桿的長(cháng)度，可以實(shí)現不同的變速比例。連桿變速比例的調節對于一些需要不同運動(dòng)速度的機械系統非常重要，例如汽車(chē)中的變速器就是通過(guò)改變連桿變速比例來(lái)實(shí)現不同檔位的換擋。

（3）平衡力的垂直傳遞

      曲柄連桿機構還可以實(shí)現力的平衡，將平行于曲柄的力垂直傳遞。在某些應用中，需要將平行力轉換為垂直力進(jìn)行傳遞，曲柄連桿機構可以實(shí)現這一轉換。例如在發(fā)動(dòng)機的曲軸箱中，由于連桿的設計，曲柄連桿機構可以將活塞的上下往復力轉換為垂直向上的動(dòng)力輸出。

（4）提供周期性運動(dòng)

      曲柄連桿機構可以提供周期性的運動(dòng)，適用于一些需要周期性運動(dòng)的機械系統。例如，在組裝線(xiàn)上，連桿機構可以用于實(shí)現物體的往復運動(dòng)，從而實(shí)現自動(dòng)化的生產(chǎn)。

 

圖1  柴油機曲柄連桿機構

圖2  連桿和曲軸組件零件外形圖

 

二、連桿技術(shù)檢查內容

 

1、連桿軸頸直徑測量

      用外徑千分尺測量連桿軸頸直徑。在油道孔與兩邊曲柄的中間位置（圖1位置Ⅰ和位置Ⅱ）進(jìn)行測量，兩個(gè)平面A向和B向各測得一個(gè)尺寸。這樣每個(gè)軸頸得到4個(gè)測量值。

2、連桿孔內徑測量

      如圖2所示，將柴油發(fā)電機連桿軸瓦裝入連桿大頭，擰緊連桿螺栓。在瓦片中央A、B、C三個(gè)方向測得3個(gè)內徑尺寸值。

 

圖1  連桿軸頸的測量圖

圖2  連桿軸承的測量圖

 

3、軸瓦間隙檢測量

      測得連桿軸頸尺寸和軸瓦尺寸后，以連桿軸頸最大值來(lái)計算軸承間隙。檢測出的軸瓦間隙最小值應大于下限值；最大值應小于上限值。一般發(fā)動(dòng)機連桿軸承標準間隙值為0.059～0.135mm，如果測得間隙最小值小于0.059mm，或間隙最大值大于0.135mm，則都需要維修（換瓦片或修磨曲軸）。

4、連桿軸向間隙測量

      用塞尺測量連桿與曲軸間的軸向間隙。測量軸向間隙時(shí)，將連桿沿軸向壓向曲軸的任何一側，然后在另一側測量間隙。如果連桿軸向間隙超過(guò)規定值，應更換連桿或曲軸或兩者一起更換。發(fā)動(dòng)機連桿軸向間隙一般為0.13~0.38mm。

5、連桿大端間隙測量

     將塑料間隙規安裝在連桿軸頸上。注意塑料間隙規不能放在油孔上。用規定的扭矩擰緊連桿蓋，注意不要轉動(dòng)連桿或曲軸。然后拆下連桿蓋，檢查扁平塑料間隙規最寬點(diǎn)的寬度。如果該寬度對應的連桿軸頸間隙超過(guò)規定的極限值，則曲軸連桿軸頸應研磨。發(fā)動(dòng)機連桿軸承間隙一般為0.012~0.09mm。

 

圖3  柴油機連桿軸瓦配合間隙

圖4  連桿軸向間隙測量方法

 

 三、曲軸的技術(shù)檢查內容

 

1、曲軸軸向間隙測量

      柴油發(fā)電機曲軸軸向間隙測量，如圖5所示，應在曲軸主軸頸裝配完畢時(shí)進(jìn)行，測量步驟如下。

（1）將磁力百分表座固定于合適位置，百分表觸頭與曲柄平面相接處（也可以將磁力百分表固定于機體的前、后平面，百分表觸頭頂在曲軸前端面或后端面進(jìn)行測量）。

（2）用撬棍或一字螺釘旋具前后撬動(dòng)曲軸。讀取百分表擺動(dòng)量，即為曲軸軸向間隙值。如康明斯柴油機曲軸軸向間隙值為0·052、0·255mm，若曲軸軸向間隙過(guò)大，則需要更換止推墊片。

2、主軸頸的錐度和變形程度檢測

      如圖6所示，根據圖示位置測量主軸頸直徑，檢查各主軸頸的錐度和變形程度。最大錐度和變形程度為0.004mm（0.0002 in）。

 特別提示：對曾經(jīng)大修過(guò)的柴油發(fā)電機的曲軸軸頸進(jìn)行測量時(shí)，軸頸尺寸有時(shí)會(huì )小于標準值0.25mm以上，這是修磨曲軸所致。一般軸頸每減小0.25mm為一個(gè)修理尺寸級別，最多可以有0.25mm、0.50mrn、0.75mm、1.0等4個(gè)修理尺寸級別，瓦片對應也有0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.0mm等4種修理尺寸。是否有修理尺寸，以及有幾個(gè)修理尺寸級別，會(huì )因機型不同而不同。同一臺發(fā)動(dòng)機曲軸主軸頸和連桿軸頸的修理尺寸級別可以不同，但同一臺柴油發(fā)電機的連桿軸頸修理尺寸級別一定相同，同一臺發(fā)動(dòng)機的主軸頸修理尺寸級別也一定相同。

3、曲軸曲柄銷(xiāo)檢測

（1）用螺旋測微器測量各曲柄銷(xiāo)的直徑。標準直徑為43.992～44.000 mm（1.7320~1.7323 in），如果直徑不符合規定，則檢查連桿油膜間隙或更換連桿。

（2）檢查各曲柄銷(xiāo)的錐度和變形程度。最大錐度和變形程度為0.004 mm（0.0002 in），如果錐度和變形程度大于最大值，則更換曲軸。

4、曲軸徑向跳動(dòng)值檢測

      用百分表和V形塊測量徑向跳動(dòng)值。最大徑向跳動(dòng)為0.03 mm（0.0012in），如果錐度和變形程度大于最大值，則更換曲軸。

 

圖5  曲軸軸向間隙的測量

圖6  曲軸主軸頸錐度和變形程度測量

 

四、主軸承座孔檢查內容

 

1、曲軸主軸承座孔的檢查

（1）軸承孔的圓度與圓柱度

      首先將主軸承蓋（包括調整墊片）按原位裝回氣缸體主軸承座上，并按規定力矩擰緊軸承蓋緊固螺母。然后用內徑千分尺沿同一斷面測量3～5個(gè)點(diǎn)的直徑，并沿軸線(xiàn)測量三個(gè)斷面，如圖5所示。測出各軸承孔的圓度誤差與圓柱度誤差。主軸承座孔的圓度誤差與圓柱度誤差，對于鑄鐵氣缸體，均應不大于0.01mm；對于鋁合金氣缸體，均應不大于0.015mm。

（2）主軸承座孔同軸度檢測

       主軸承座孔同軸度誤差的檢測，如圖6所示。將心棒（心棒的直徑比主軸承孔直徑的最小尺寸略?。┓湃?，然后從中間開(kāi)始逐個(gè)將主軸承蓋裝好，按規定擰緊主軸承蓋螺栓，一邊擰緊螺栓，一邊轉動(dòng)心棒，找出各主軸承孔的同軸度誤差，遇到擰緊主軸承螺栓后心棒不能轉動(dòng)，則此孔的同軸度誤差就大。同軸度誤差在全長(cháng)范圍內應不大于0.15mm。

（3）軸承與軸承孔之間的配合間隙檢測

      配合緊度由軸承的自由彈性開(kāi)口和剩余表面高度保證。根據測量剩余表面高度的方法：按照規定安裝軸承，在閥蓋螺栓緊固到指定扭矩后松開(kāi)其中一個(gè)螺栓，并用插頭尺測量軸承蓋接口處的間隙，其值應在0.05≤0.15 mm范圍內。

      氣缸體主軸承座孔因變形產(chǎn)生圓度誤差、圓柱度誤差和同軸度誤差時(shí)，應視具體情況確定修理方法。如果是個(gè)別主軸孔失圓，失圓較小時(shí)可用修刮軸瓦厚度解決；失圓較大，或同軸度誤差較大時(shí)，可將軸承蓋兩端接觸面磨去少許，然后將軸承蓋裝好，按規定擰緊軸承蓋螺栓，重新鏜孔至規定尺寸。若主軸承座孔磨損變形沒(méi)有超出極限，則無(wú)需鏜削，微量誤差只需膛削主軸承就可解決。

 

圖7  主軸承孔磨損和變形的測量方法

圖8  主軸承座孔同軸度測量方法

 

2、氣缸軸心線(xiàn)與主軸承承孔軸心線(xiàn)垂直度的檢修

      氣缸與曲軸的垂直度指的是氣缸中心軸線(xiàn)與曲軸中心軸線(xiàn)之間的垂直距離。垂直度的要求一般由發(fā)動(dòng)機制造商根據設計和工藝要求確定，并在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行控制。理想情況下，氣缸與曲軸應該保持嚴格垂直的狀態(tài)，以確保氣缸內的活塞能夠順暢運動(dòng)，減少磨損和能源損失。影響氣缸與曲軸垂直度的因素比較復雜。從設計角度來(lái)看，曲軸主軸的強度、扭曲剛度和氣缸布置等因素都會(huì )對垂直度產(chǎn)生影響。此外，加工工藝、裝配精度和磨削技術(shù)等因素也會(huì )對垂直度產(chǎn)生一定的影響。因此，在制造過(guò)程中需要采取一系列控制措施來(lái)確保氣缸與曲軸的垂直度滿(mǎn)足設計要求。

 

      為了保證氣缸與曲軸的垂直度，可以采取以下控制方法：

（1）在加工過(guò)程中要注意選擇合適的夾具和工藝參數，確保氣缸與曲軸在加工中的定位準確，如圖9所示。

（2）制造過(guò)程中要進(jìn)行嚴格的檢測和測量，采用先進(jìn)的測量?jì)x器和技術(shù)，及時(shí)發(fā)現和糾正加工誤差。方法如下：

      氣缸與主軸承承孔垂直度偏差一般不大于0.03/100，在全長(cháng)范圍內不大于0.05。檢測裝置如圖10所示，檢驗儀用定心套支撐在氣缸中，并用調整螺釘軸向支承定位于氣缸體的上平面。測量時(shí)，用手轉動(dòng)手柄，測量頭便水平轉動(dòng)與定心軸前、后兩點(diǎn)接觸，表針在兩觸點(diǎn)的指示差，即為氣缸軸線(xiàn)與主軸承承孔軸線(xiàn)的垂直度誤差。氣缸軸心線(xiàn)對主軸承承孔軸心線(xiàn)垂直度誤差超過(guò)規定值，可結合氣缸鏜削予以修復。

（3）裝配過(guò)程中要嚴格控制各個(gè)部件的尺寸和配合要求，確保氣缸與曲軸的裝配精度。

 

圖9  氣缸孔中心線(xiàn)與主軸孔中心線(xiàn)夾角

圖10  氣缸軸線(xiàn)對曲軸軸線(xiàn)垂直度檢驗儀

 

總結：

      曲柄連桿機構由曲柄、連桿、活塞和軸承組成，通過(guò)曲柄的旋轉運動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給連桿，再從連桿傳遞給活塞，實(shí)現機械運動(dòng)。曲柄連桿機構具有轉換運動(dòng)形式、提供連桿變速比例、平衡力的垂直傳遞和提供周期性運動(dòng)等功用。在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應用的曲柄連桿機構在機械傳動(dòng)中起到了至關(guān)重要的作用。

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