新聞主題	連桿、曲軸、大小瓦和軸承孔的配合間隙測(cè)量法

 

引言：曲柄連桿機(jī)構(gòu)是一種常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給連桿，再?gòu)倪B桿傳遞給活塞，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。其中，連桿、曲軸、軸承以及軸瓦之間的配合間隙是一項(xiàng)非常重要的裝配參數(shù)，在柴油發(fā)電機(jī)裝配前一定要進(jìn)行間隙測(cè)量，才能保證柴油發(fā)電機(jī)更好的運(yùn)行。康明斯發(fā)電機(jī)廠家在本文將對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成和功用、配合間隙以及其他裝配精度測(cè)量方法進(jìn)行全面、詳細(xì)、完整且深入地探討。

 

一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成和作用

 

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件，其整體外觀如圖1所示。曲柄連桿機(jī)構(gòu)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)具有曲線輪廓的軸，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

（2）連桿

      連桿是曲柄連桿機(jī)構(gòu)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(zhǎng)度和角度對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的性能具有重要影響。

（3）活塞

      活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它位于連桿和曲柄的連接點(diǎn)。活塞通常是一個(gè)圓柱形零件，與氣缸配合，負(fù)責(zé)往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊倪\(yùn)動(dòng)使氣缸內(nèi)的壓縮空氣或燃?xì)猱a(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。

（4） 軸承

      軸承在曲柄連桿機(jī)構(gòu)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為大頭軸承，曲柄和連桿小頭連接處的軸承稱為小頭軸承。軸承的質(zhì)量和選用對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和壽命具有重要影響。

2、功用

（1）轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得機(jī)械系統(tǒng)能夠進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)在許多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，例如內(nèi)燃機(jī)中活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得氣缸內(nèi)的氣體能夠通過(guò)氣門(mén)進(jìn)出，實(shí)現(xiàn)燃燒和能量的轉(zhuǎn)化。

（2）提供連桿變速比例

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，曲柄的長(zhǎng)度和連桿的長(zhǎng)度決定了連桿變速比例。通過(guò)調(diào)節(jié)連桿的長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)不同的變速比例。連桿變速比例的調(diào)節(jié)對(duì)于一些需要不同運(yùn)動(dòng)速度的機(jī)械系統(tǒng)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(xiàn)不同檔位的換擋。

（3）平衡力的垂直傳遞

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)力的平衡，將平行于曲柄的力垂直傳遞。在某些應(yīng)用中，需要將平行力轉(zhuǎn)換為垂直力進(jìn)行傳遞，曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱中，由于連桿的設(shè)計(jì)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以將活塞的上下往復(fù)力轉(zhuǎn)換為垂直向上的動(dòng)力輸出。

（4）提供周期性運(yùn)動(dòng)

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以提供周期性的運(yùn)動(dòng)，適用于一些需要周期性運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。例如，在組裝線上，連桿機(jī)構(gòu)可以用于實(shí)現(xiàn)物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。

 

圖1  柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)

圖2  連桿和曲軸組件零件外形圖

 

二、連桿技術(shù)檢查內(nèi)容

 

1、連桿軸頸直徑測(cè)量

      用外徑千分尺測(cè)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(cè)量，兩個(gè)平面A向和B向各測(cè)得一個(gè)尺寸。這樣每個(gè)軸頸得到4個(gè)測(cè)量值。

2、連桿孔內(nèi)徑測(cè)量

      如圖2所示，將柴油發(fā)電機(jī)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(cè)得3個(gè)內(nèi)徑尺寸值。

 

圖1  連桿軸頸的測(cè)量圖

圖2  連桿軸承的測(cè)量圖

 

3、軸瓦間隙檢測(cè)量

      測(cè)得連桿軸頸尺寸和軸瓦尺寸后，以連桿軸頸最大值來(lái)計(jì)算軸承間隙。檢測(cè)出的軸瓦間隙最小值應(yīng)大于下限值；最大值應(yīng)小于上限值。一般發(fā)動(dòng)機(jī)連桿軸承標(biāo)準(zhǔn)間隙值為0.059～0.135mm，如果測(cè)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(cè)量

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

5、連桿大端間隙測(cè)量

     將塑料間隙規(guī)安裝在連桿軸頸上。注意塑料間隙規(guī)不能放在油孔上。用規(guī)定的扭矩?cái)Q緊連桿蓋，注意不要轉(zhuǎn)動(dòng)連桿或曲軸。然后拆下連桿蓋，檢查扁平塑料間隙規(guī)最寬點(diǎn)的寬度。如果該寬度對(duì)應(yīng)的連桿軸頸間隙超過(guò)規(guī)定的極限值，則曲軸連桿軸頸應(yīng)研磨。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿軸承間隙一般為0.012~0.09mm。

 

圖3  柴油機(jī)連桿軸瓦配合間隙

圖4  連桿軸向間隙測(cè)量方法

 

 三、曲軸的技術(shù)檢查內(nèi)容

 

1、曲軸軸向間隙測(cè)量

      柴油發(fā)電機(jī)曲軸軸向間隙測(cè)量，如圖5所示，應(yīng)在曲軸主軸頸裝配完畢時(shí)進(jìn)行，測(cè)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(jī)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(cè)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(jī)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(cè)

      如圖6所示，根據(jù)圖示位置測(cè)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(duì)曾經(jīng)大修過(guò)的柴油發(fā)電機(jī)的曲軸軸頸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，軸頸尺寸有時(shí)會(huì)小于標(biāo)準(zhǔn)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(jí)別，最多可以有0.25mm、0.50mrn、0.75mm、1.0等4個(gè)修理尺寸級(jí)別，瓦片對(duì)應(yīng)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(jí)別，會(huì)因機(jī)型不同而不同。同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸主軸頸和連桿軸頸的修理尺寸級(jí)別可以不同，但同一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的連桿軸頸修理尺寸級(jí)別一定相同，同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸頸修理尺寸級(jí)別也一定相同。

3、曲軸曲柄銷(xiāo)檢測(cè)

（1）用螺旋測(cè)微器測(cè)量各曲柄銷(xiāo)的直徑。標(biāo)準(zhǔn)直徑為43.992～44.000 mm（1.7320~1.7323 in），如果直徑不符合規(guī)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(cè)

      用百分表和V形塊測(cè)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(cè)量

圖6  曲軸主軸頸錐度和變形程度測(cè)量

 

四、主軸承座孔檢查內(nèi)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(diào)整墊片）按原位裝回氣缸體主軸承座上，并按規(guī)定力矩?cái)Q緊軸承蓋緊固螺母。然后用內(nèi)徑千分尺沿同一斷面測(cè)量3～5個(gè)點(diǎn)的直徑，并沿軸線測(cè)量三個(gè)斷面，如圖5所示。測(cè)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(duì)于鑄鐵氣缸體，均應(yīng)不大于0.01mm；對(duì)于鋁合金氣缸體，均應(yīng)不大于0.015mm。

（2）主軸承座孔同軸度檢測(cè)

       主軸承座孔同軸度誤差的檢測(cè)，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?。┓湃耄缓髲闹虚g開(kāi)始逐個(gè)將主軸承蓋裝好，按規(guī)定擰緊主軸承蓋螺栓，一邊擰緊螺栓，一邊轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)，則此孔的同軸度誤差就大。同軸度誤差在全長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)不大于0.15mm。

（3）軸承與軸承孔之間的配合間隙檢測(cè)

      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(jù)測(cè)量剩余表面高度的方法：按照規(guī)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(cè)量軸承蓋接口處的間隙，其值應(yīng)在0.05≤0.15 mm范圍內(nèi)。

      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(yīng)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(guī)定擰緊軸承蓋螺栓，重新鏜孔至規(guī)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(cè)量方法

圖8  主軸承座孔同軸度測(cè)量方法

 

2、氣缸軸心線與主軸承承孔軸心線垂直度的檢修

      氣缸與曲軸的垂直度指的是氣缸中心軸線與曲軸中心軸線之間的垂直距離。垂直度的要求一般由發(fā)動(dòng)機(jī)制造商根據(jù)設(shè)計(jì)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(yīng)該保持嚴(yán)格垂直的狀態(tài)，以確保氣缸內(nèi)的活塞能夠順暢運(yùn)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(fù)雜。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，曲軸主軸的強(qiáng)度、扭曲剛度和氣缸布置等因素都會(huì)對(duì)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(duì)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足設(shè)計(jì)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(shù)，確保氣缸與曲軸在加工中的定位準(zhǔn)確，如圖9所示。

（2）制造過(guò)程中要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和測(cè)量，采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)范圍內(nèi)不大于0.05。檢測(cè)裝置如圖10所示，檢驗(yàn)儀用定心套支撐在氣缸中，并用調(diào)整螺釘軸向支承定位于氣缸體的上平面。測(cè)量時(shí)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，測(cè)量頭便水平轉(zhuǎn)動(dòng)與定心軸前、后兩點(diǎn)接觸，表針在兩觸點(diǎn)的指示差，即為氣缸軸線與主軸承承孔軸線的垂直度誤差。氣缸軸心線對(duì)主軸承承孔軸心線垂直度誤差超過(guò)規(guī)定值，可結(jié)合氣缸鏜削予以修復(fù)。

（3）裝配過(guò)程中要嚴(yán)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  氣缸孔中心線與主軸孔中心線夾角

圖10  氣缸軸線對(duì)曲軸軸線垂直度檢驗(yàn)儀

 

總結(jié)：

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)由曲柄、連桿、活塞和軸承組成，通過(guò)曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給連桿，再?gòu)倪B桿傳遞給活塞，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)具有轉(zhuǎn)換運(yùn)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(yùn)動(dòng)等功用。在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械傳動(dòng)中起到了至關(guān)重要的作用。

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