曲轴连杆颈轴线位置误差的测量研究

曲轴连杆颈轴线位置误差的测量研究
摘要:应用一个结构简单、操作方便的多功能曲轴分度器,既能对曲轴连杆颈轴线位置误差进行单项检测,
又能进行综合检测。实践证明,效果较好。
关键词:曲轴，连杆颈，位置误差，分度器，误差

曲轴是发动机中重要零件之一,其连杆颈轴线位置精度直接影响发动机的使用寿命,因此在检测中属
重要项目。目前,曲轴连杆颈轴线位置误差的检测方法较多,但大都是单项测量,速度慢、费时费工。根据调
查研究,我们制作了一个结构简单、操作方便的多功能曲轴分度器,使其既能对曲轴连杆颈轴线位置误差进
行单项检测,又能进行综合检测。
1 曲轴连杆颈轴线位置精度的概念
根据JB/T6727-1993《内燃机曲轴技术条件》,属于控制曲轴连杆轴线位置精度的有3个参数(如图1
所示,以六拐曲轴为例,连杆颈相位角为120 °):
1、在垂直于主轴颈轴线平面内,连杆颈中心到主轴颈中心距离e (以下简称回转半径)公差±δe.
2、在垂直于主轴颈轴线平面内,各连杆颈轴线和主轴颈轴线组成的平面对第一连杆颈轴线和主轴颈轴
线组成的平面的角度120 °(以下简称曲柄夹角)的公差±δα.
3、在主轴颈轴线方向,有连杆颈轴线对两端主轴颈公共轴线的平行度公差δ//.
图2所示的是曲轴连杆颈轴线位置公差带的几何框图。由图中可以看出:
1、第一连杆颈(基准)中心O1被限制在O1O线方向和以O1为中心的±δe线段内。
2、其它连杆颈中心(O1 、O3 ) ,分别被限制在各自的由±δe和±δα所组成的小扇形公差带内。
3、连杆颈轴线对两端主轴颈公共轴线的平行度公差带,为一直径是δ//,且平行于公共轴线的圆柱体。
反映在横向图上,则是一个直径是δ//值的圆。
4、对于第一连杆颈(基准)轴线,也同样存在平行度误差,所以也存在(3)中所述的投影圆,但由于在建立
公差带横向图时所选择的面是过去第一连杆颈轴线中点的截面,因此反映在图中O1的位置域为一线段。

2 多功能曲轴分度器
从分析曲轴连杆颈轴线公差带的几何框图可知,如果能实现曲轴置于平台上的几种特定角度的准确定
位,就可以实现连杆颈轴线三个位置参数误差的精确测定。本文推荐一种结构简单、操作方便的多功能曲轴
分度器,其结构如图3。其中零件2角度板为本分度器的功能件,由两个错位30°的正六边形组成,可以在件
1上旋转,也可以用螺钉(件6)使之紧固。
使用时,将分度器固定于曲轴前端齿轮轴颈上。
将曲轴两端基准主轴颈架在平台上的两个等高V形块上,利用带架百分表、高度尺就可以进行各位置误
差的测量。这是因为角度板与曲轴定位后,利用角度板的12个平面中,总有1 个正矩形体正置于平台,因而
可用百分表调平,实现曲轴30°整数倍的12个特定角的定位。

3 回转半径的检测
将被测连杆颈中心与主轴颈中心连线调成与平台平行,再用百分表将角度板上的一个平面与平台调整
平行后,将角度板紧固。如图4所示,用百分表将被测轴颈先后调成上、下垂直位置(通过调整分度器相应角
度而实现)。用高度尺测出对应高度a ,a′。
则回转半径e′=(a-a′)/2
评定时,|e′-e|≤δe为合格。

4 曲柄夹角的检测
从分析曲轴连杆颈轴线位置公差带的几何框图
可知:只有当被测角度要素处于与平台平行时,才能
最大限度地排除其它参数误差的影响,达到检测精度
高的目的。因此,对于不同分度的曲轴,检测时应使公
共平面相对于平台处于不同角度。以六拐曲轴(120°
分度)为例作一介绍(如图5所示):
先将公共平面、角度板上一平面调成与平台平
行后,将角度板紧固。通过分度器将公共平面调成与平台成下60°位置,用百分表测量被测轴颈O2(在水平
位置)表面最高位置,然后再将曲轴调成上60°位置,继续对被测轴颈进行上述测量,百分表所反映的差值Δ
a的半值,即为一、二连杆颈角度误差的线性值α1-2 。
评定时,Δa≤2esinδα为合格。

5 曲柄夹
角与回转半
径的综合检
测
（1）Δα-Δe依次检测
按曲柄夹角检测法调整公共平面与角度板的相
对位置,先进行各曲柄夹角误差的检测,并经判定合
格后,再进行回转半径的检测。
对第一曲柄(基准)回转半径,按前面所述回转半
径检测方法进行。对于其它连杆颈回转半径的检测,
可将公共平面先后调成上下30°位置(被测O2处于上、下两垂直位置)后
测定(如图6 所示),计算与评定办法与前面所述回转半径检测法相同。
这里需要说明的是,被测轴颈由于存在分度误差,测量其回转半径
时,不一定真正处于最高或最低位置,但因分度误差在公差范围内(≤2
0′)时,如图7所示,设其偏角为20′时,则Δa=(1-cosΔα)e=(1-cos2
0′)e=0.17×10-4e.对于一般中小型曲轴,e=60左右。则Δa=0.001 。相对于Δe来说,Δa值很小,可以忽略。
可见本检测方法已有足够精度,且方法简捷。

（2）坐标测定法
将公共平面与角度板一平面调整与平台平行后
进行。
1)将公共平面调成上垂直位置(如图8a):分别
测出被测轴颈o2、o3表面最高点高度值m2、m3后,将
工件旋转180°,调成下垂直状态(如图8b),并测出m
2′、m3′
。
则:Δm2=|m2′-m2|
Δm3=|m3′-m3|
2)将公共平面调成左平行位置(如图9a):分别测出被测轴颈O2、O3表面最高点高度值 n2、n3后,将工件
旋转180°,调成右平行状态(如图9b),并测出 n2′、n 3′。

则:Δn2=|n2′-n2|
Δn3=|n3′-n3|
3)计算出各被测轴颈回转半径和曲柄夹角:
被测轴颈O2:e2=[(Δn2)2+（Δm22）]1/2/2
α1-2=90°+arctg(Δm2/Δn2)

被测轴颈O3:e3=[(Δn3)2+（Δm32）]1/2/2
α1-3=90°+arctg(Δm3/Δn3)

6 连杆颈轴线平行度误差的检测
将曲轴被测连杆颈先后置于垂直、水平两个位
置,用百分表沿轴向测量轴颈两端处(距离为L,让开
过渡圆角)的最高表面,分别记下两种位置下的百分
表的差值Δy,Δx(如图10所示)。
则L长度内平行度误差为:
f//=[(Δy)2+(Δx)2]1/2
必要时,应排除连杆颈圆柱度误差f//的影响,这时:
f//′=[(Δ y)2+(Δ x)2]1/2±f
//

其中当f//增大方向与百分表测量值增大方向一致时,上式取“-”号,反之取“+”号。

7 误差分析
应用多功能曲轴分度器的特定角度测量曲轴连杆颈位置误差
时,用分度器内孔固定曲轴齿轮轴颈,曲轴齿轮轴颈轴线与分度器
上正六边形中心存在同轴度误差Δ,下面分析Δ对测量结果的影
响:
如图11所示,OO1=Δ,将正六边形上的一平面置于水平位置
(实线部分),O为中心,然后将曲轴绕O1转过一定角度∠OO1O2,使正
六边形相邻一面置于水平位置(虚线部分),O2为中心,很显然: ∠OO1O2=60°,因此Δ对测量结果没有影响。

8 结束语
(1)本文是以六拐曲轴(连杆颈相位角为120°)为例介绍曲轴连杆颈轴线位置误差的新型检测方法,对
于连杆颈相位角为90°和180°的曲轴,测量和评定方法与此相同。
    (2)应用多功能曲轴分度器,可方便快捷地测量连杆颈轴线位置误差,并能保证足够的
检测精度。