神龍汽車有限公司(湖北 襄陽 441004）葉宗茂

曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，為了適配渦輪增壓、缸內(nèi)直噴等發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)，從材質(zhì)到外形都發(fā)生了較大的變化，除了傳統(tǒng)的幾何尺寸精度保持不變外，又增添了許多新的技術(shù)要求，以軸頸的尺寸精度和形狀位置要求為例，同自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相比，曲軸產(chǎn)品功能圖新增了軸頸錐度及軸頸桶面度等技術(shù)要求，尤其是對(duì)曲軸振紋提出了較高的要求，振紋高度必須遵守曲線函數(shù)，且主軸頸與連桿頸振紋公差函數(shù)不同，這樣傳統(tǒng)的定性測(cè)量振紋的方法就無法滿足新產(chǎn)品的技術(shù)需要，如何在現(xiàn)有的檢測(cè)資源條件下，實(shí)現(xiàn)渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸軸頸的振紋高度的數(shù)字化測(cè)量，來驗(yàn)證工藝方法的執(zhí)行效果呢?

1.曲軸振紋技術(shù)要求簡(jiǎn)介

圖1為某款渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸功能圖，功能圖上明確標(biāo)注了振紋要求，具體為連桿頸振紋最大幅值不得超過曲線函數(shù) (1)，主軸頸振紋最大幅值不得超過曲線函數(shù) (2)，由函數(shù)公式 (1)計(jì)算出的公差限如圖2所示，由函數(shù)公式 (2)計(jì)算出的公差限如圖3所示。

圖1 渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸功能圖

連桿頸振紋公差

主軸頸振紋公差

式中，單位為μm，xi為振紋幅值，i為每周波紋數(shù)。

圖2 連桿頸振紋公差限圖

圖3 主軸頸振紋公差限圖

對(duì)曲軸振紋提出明確的技術(shù)要求，主要是為了提高曲軸的工藝性能，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，如果軸頸的磨削振紋過大，曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲，影響駕駛的舒適性。

2.曲軸振紋的數(shù)字化測(cè)量實(shí)踐與探索

為了解決渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸軸頸振紋測(cè)量難題，我們做了大量的測(cè)試試驗(yàn)與分析比對(duì)，最終找到了一種準(zhǔn)確高效、方便快捷的測(cè)量方法，并實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)設(shè)備上、一次裝夾、一個(gè)測(cè)量程序一次采樣測(cè)量，多次分析的全自動(dòng)CNC的數(shù)字化測(cè)量，測(cè)量一個(gè)零件僅需要5min，實(shí)現(xiàn)了對(duì)渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸產(chǎn)品制造工藝方法的驗(yàn)證及工藝方法執(zhí)行效果的驗(yàn)證，可有效監(jiān)控曲軸軸頸的加工過程質(zhì)量，進(jìn)而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(1)測(cè)量設(shè)備的選擇 針對(duì)渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸振紋技術(shù)要求的特點(diǎn)，我們選擇高精度，高效率的曲軸綜合測(cè)量儀ADCOLE1100來實(shí)現(xiàn)振紋的數(shù)字化的測(cè)量需求。美國艾帝科測(cè)量設(shè)備有限公司的ADCOLE1100產(chǎn)品性能特點(diǎn)為:頂尖定位，立式裝夾曲軸，專用測(cè)量分析軟件，評(píng)價(jià)功能強(qiáng)大，分析功能完善?？蓽y(cè)量的曲軸參數(shù)有:曲軸主軸頸和連桿徑的直徑、圓度、圓柱度、錐度、平行度、直線度、桶面度、中截面偏差、主軸頸徑向跳動(dòng)、偏心、連桿徑的角向位置、曲拐半徑、對(duì)稱度、位置度、曲軸止推面、法蘭端面、鏈輪端面跳動(dòng)和垂直度等等，具有振紋分析功能，并配以快速的數(shù)據(jù)處理及圖形顯示、打印等功能來滿足用戶不同曲軸測(cè)量分析的需要，該設(shè)備具有一次采樣多次分析的功能，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)CNC曲軸全尺寸測(cè)量功能;該設(shè)備主軸回轉(zhuǎn)精度 0.25μm、定位精度 1″，徑向測(cè)量精度0.5μm，分辨率0.1μm，軸向測(cè)量 Z軸的直線精度0.5μm/50mm，分辨率0.1μm，可完全滿足渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸振紋的測(cè)量需求。

(2)主軸頸/連桿頸振紋測(cè)量分析 ADCOLE振紋分析的原理是將軸頸一周360°的實(shí)際輪廓信息分解為傅立葉 (Fourrier)函數(shù)，通過“快速傅立葉變換”運(yùn)算將軸頸表面輪廓還原成一系列頻率的波形并計(jì)算每個(gè)頻率波形的振幅值，最后輸出由一系列不同頻率諧波的最大振幅組成的光譜圖，將分析出的振幅光譜圖與產(chǎn)品圖上定義的振紋曲線公差比較，如果測(cè)量分析的振幅光譜圖在曲線公差內(nèi)，判定該零件振紋符合產(chǎn)品要求，如果分析的振幅光譜圖任何一條線超出了曲線公差，就判定該零件振紋不符合產(chǎn)品要求，零件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程有產(chǎn)生噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。這一系列的分析過程均可在ADCOLE檢測(cè)設(shè)備上自動(dòng)完成，并可輸出振紋分析圖形報(bào)告。

渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸產(chǎn)品功能圖上給出了不同頻率 (UPR)振紋振幅公差的計(jì)算公式，因此我們首先應(yīng)該根據(jù)振幅公差計(jì)算公式計(jì)算出每個(gè)UPR的公差，建立一個(gè)主軸頸/連桿頸振紋公差文件;然后創(chuàng)建一個(gè)主軸頸/連桿頸振紋分析程序，將實(shí)際測(cè)量分析得到的每個(gè)UPR的最大振幅值與公差文件中的公差相比較，最后輸出主軸頸/連桿頸振紋分析圖形報(bào)告，從圖形報(bào)告上觀察實(shí)際振紋振幅是否低于公差限，若低于，則符合，否則為不符合。

主軸頸/連桿頸振紋公差文件的建立:由于渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸主軸頸/連桿頸振紋振幅公差計(jì)算公式不同，因此要分別建立主軸頸和連桿頸振紋公差文件，定義建立的連桿頸振紋公差文件為 lobing.rn1，主軸頸振紋公差文件為lobing.rn3。

主軸頸/連桿頸振紋分析程序的建立:主軸頸/連桿頸振紋分析程序用ADCOLE的Seqbuild公用程序編制，保存到ADCOLE1100文件根目錄c:gagedata下。

主軸頸振紋分析程序名稱為Chatter4Journals SquareRegions.S01，程序清單 (節(jié)選)如下:

連桿頸振紋分析程序名稱為Chatter3Rods SquareRegions.S01，程序清單如下:

主軸頸/連桿頸振紋分析結(jié)果的輸出主軸頸/連桿頸振紋分析步驟為:先執(zhí)行渦輪增壓缸內(nèi)直噴曲軸零件全尺寸測(cè)量程序，得到全尺寸測(cè)量報(bào)告，再執(zhí)行主軸頸振紋分析程序Chatter 4 Journals Square Regions.S01后，可得出如圖4所示的主軸頸振紋分析報(bào)告，再執(zhí)行連桿頸振紋分析程序Chatter3Rods Square Regions.S01后，可得出如圖5所示的連桿頸振紋分析報(bào)告，從這些振紋報(bào)告上就很容易判斷出該零件振紋的符合性。

3.結(jié)語

隨著全球燃油資源的趨于短缺，人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性的要求越來越高。發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)正在全力以赴的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，從可變氣門到渦輪增壓等最新技術(shù)被各個(gè)汽車企業(yè)不斷采用，與此同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造技術(shù)與工藝也得到了長足的發(fā)展，尤其是作為發(fā)動(dòng)機(jī)心臟的曲軸，其制造工藝得到了不斷的優(yōu)化和提高，增加了很多新的技術(shù)參數(shù)來提高產(chǎn)品的可靠性，新的技術(shù)參數(shù)的出現(xiàn)對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，促進(jìn)了檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步又促進(jìn)了制造技術(shù)的提升，兩者相輔相成，共同支撐了中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展。

圖4 主軸頸振紋分析報(bào)告

圖5 連桿頸振紋分析報(bào)告