劉軍　楊守軍　陳政弘　唐靈聰　王瑞平

（寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司）

為了滿足社會對車輛噪聲和振動的更高要求，設(shè)計師們采用了多種方案來使發(fā)動機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，讓車輛的行駛得更舒適。為此，平衡軸技術(shù)作為一項十分重要的技術(shù)在轎車上得到廣泛應(yīng)用。本文對某發(fā)動機(jī)平衡軸襯套壓裝設(shè)備的壓裝方案進(jìn)行剖析，對其存在的問題提出了解決方案。

發(fā)動機(jī)處在工作狀態(tài)時，活塞的運(yùn)動速度極快，且速度不均勻。活塞在發(fā)動機(jī)氣缸上下止點(diǎn)的運(yùn)動速度為零，在上下止點(diǎn)中間位置的速度則達(dá)到Z高。活塞在氣缸內(nèi)做高速往復(fù)直線運(yùn)動，因此會在活塞、活塞銷和連桿上產(chǎn)生較大的慣性力。在連桿上增加的配重可以有效等平衡這些慣性力，由于這部分增重只有部分參與直線運(yùn)動，另外一部分參與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此，除在上下止點(diǎn)外，其他狀態(tài)慣性力不能完全達(dá)到平衡狀態(tài)，故發(fā)動機(jī)產(chǎn)生振動。

活塞上下運(yùn)動一次，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動，因此發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)的振動頻率息息相關(guān)。在振動理論上，經(jīng)常使用多個諧波振動來描述發(fā)動機(jī)的振動。隨著振動頻率的增大，振幅逐漸減小，發(fā)動機(jī)二階以上的振動可以忽略不計。發(fā)動機(jī)70%以上的振動為一階振動，為了消除這些振動，設(shè)計者采用了很多方法，例如采用輕質(zhì)的活塞減少運(yùn)動件的質(zhì)量、提高曲軸的剛度以及采用“V”型布置發(fā)動機(jī)等。增加平衡軸也是解決發(fā)動機(jī)拉缸故障的辦法之一，其實(shí)質(zhì)是一個裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)的軸，利用偏心重塊所產(chǎn)生的反向振動力使發(fā)動機(jī)獲得良好的平衡效果。目前，此項技術(shù)在發(fā)動機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，可以大大降低發(fā)動機(jī)的振動和噪聲。

平衡軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.平衡軸的作用

平衡軸分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸利用齒輪傳動方式進(jìn)行工作，通過曲軸旋轉(zhuǎn)帶動固連的平衡軸驅(qū)動齒輪、平衡軸從動齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個振動比例相當(dāng)大的一階振動，使發(fā)動機(jī)的振動得到明顯改善。單平衡軸結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，因而廣泛應(yīng)用在單缸和小排量發(fā)動機(jī)中。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動方式帶動兩根平衡軸轉(zhuǎn)動，其中一根平衡軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)相同，能夠消除發(fā)動機(jī)的一階振動;另一根平衡軸的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機(jī)的兩倍，能夠消除發(fā)動機(jī)的二階振動，從而達(dá)到更加理想的減振效果。因?yàn)殡p平衡軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占用較大的發(fā)動機(jī)空間且成本較高，因此常用于大排量發(fā)動機(jī)上。另外，雙平衡軸還存在一種雙對旋布置方式，將兩個平衡軸與氣缸中心線呈對稱布置，兩平衡軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同但旋轉(zhuǎn)方向相反，用來平衡發(fā)動機(jī)的一階振動。

發(fā)動機(jī)安裝平衡軸后能夠較好地平衡和減少發(fā)動機(jī)的振動，從而實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動機(jī)噪聲、延長使用壽命和提升駕乘者舒適性的目的。

2.襯套的作用

在運(yùn)動部件中，因?yàn)殚L期的磨擦易造成零件的磨損，當(dāng)軸和孔的間隙磨損到一定程度時，軸或者軸座就會報廢。因此，在軸類配合運(yùn)動中很多設(shè)計者會在軸和軸座之間增設(shè)硬度較低、耐磨性較好的軸套或襯套，以減少軸和座的磨損，當(dāng)軸套或襯套磨損到一定程度時進(jìn)行更換，從而節(jié)約因更換軸或軸座的成本。發(fā)動機(jī)平衡軸在設(shè)計過程中考慮到此項技術(shù)，在發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)壓裝平衡軸襯套，以達(dá)到增加平衡軸及發(fā)動機(jī)缸體壽命的目的。

3.油孔偏差對性能的影響

平衡軸在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中，需要具有良好的潤滑，否則，平衡軸內(nèi)供油效果不好，會造成平衡軸抱死現(xiàn)象;軸和軸套之間出現(xiàn)干摩擦狀況，平衡軸和軸套將會很快報廢，對發(fā)動機(jī)造成不可修復(fù)的損傷。因此，平衡軸襯套油孔與發(fā)動機(jī)機(jī)體油孔應(yīng)存在一定的位置度要求，如位置偏差較大將會導(dǎo)致油路不暢，易造成平衡軸抱死甚至平衡軸及平衡軸襯套報廢現(xiàn)象。

缸體平衡軸壓裝問題分析

圖1所示為某款發(fā)動機(jī)平衡軸壓裝位置示意圖。在某工廠平衡軸壓裝機(jī)安裝調(diào)試初期，該發(fā)動機(jī)一直存在一個現(xiàn)象，即：進(jìn)氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油道的位置關(guān)系較好，能很好貫通;而排氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油孔的貫通性較差，甚至完全不對應(yīng)，難以滿足產(chǎn)品要求。

1. 產(chǎn)生原因

平衡軸襯套的上料方式為自動上料，油孔位置由平衡軸襯套油孔定位銷保證，如圖2、圖3所示。

在壓裝時，平衡軸先?動上料到壓頭處。由于襯套上料后，襯套油孔的位置不能保證在正確位置，因此需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。此時，襯套隨轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，如定位銷插入襯套油孔內(nèi)，則襯套不再隨轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，并將信號傳送給設(shè)備，設(shè)備得到信號后，襯套壓頭伸出，定位銷退回，平衡軸襯套的壓裝到位。

經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，排氣側(cè)平衡軸襯套在壓裝前，定位銷插入襯套內(nèi)(見圖4)，但壓裝后襯套油孔與缸體油道之間總是存在位置偏差，歸結(jié)其原因如下：

(1) 定位銷壓緊力不足

在壓頭伸出過程中襯套位置移動。

(2) 壓頭直徑偏小

壓頭伸出后，襯套與壓頭間隙較大，造成襯套位置移動。

(3) 壓頭處襯套定位球

如圖5所示，壓力過大或過小，襯套在壓頭上的位置移動。

(4) 定位銷位置在壓頭周向位置出現(xiàn)偏差

當(dāng)壓頭伸出時，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動。

(5) 定位銷位置軸向均有偏差

當(dāng)壓頭伸出時，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動。

(6) 壓頭形成過大或過小

導(dǎo)致襯套油孔與缸體油孔位置存在偏差。

2. 解決措施

針對以上可能導(dǎo)致襯套油孔偏差的原因，逐項進(jìn)行分析排查：

(1)加大定位銷壓緊力

壓緊力增大后，襯套轉(zhuǎn)動困難，定位銷長時間未插入襯套油孔內(nèi)，造成設(shè)備報警停機(jī)。

(2)改變壓頭直徑

減小壓頭與襯套之間的間隙。壓裝后，襯套油孔與缸體油孔之間的位置度仍難以保證。

(3)改變壓頭定位球的壓力

壓力過小不能起到定位作用，壓裝質(zhì)量更差；壓頭直徑過大，在壓頭進(jìn)入襯套過程中定位球返回困難，造成襯套位置變化，不能保證襯套油孔與缸體油孔之間的位置度。

(4)調(diào)整定位銷在壓頭周向的位置

襯套油孔位置與缸體油孔的位置差有所改變，但壓裝一致性較差。

(5)調(diào)整定位銷在壓頭軸向位置

與調(diào)整周向位置出現(xiàn)相同情況，位置有所改善，但一致性較差。

(6)調(diào)整壓頭

襯套油孔與缸體油孔的位置差變差，說明前期壓頭行程正確，不需調(diào)整。

經(jīng)多次調(diào)整發(fā)現(xiàn)，襯套油孔與缸體油孔位置受定位銷位置、定位銷伸出力、壓頭與襯套間隙、定位球伸出力以及定位球直徑等多方因素的影響。因此，為保證襯套油孔與缸體油孔位置，需綜合調(diào)整以上參數(shù)，方能保證襯套油孔與缸體油孔的位置關(guān)系。

結(jié)語

上述方案雖能進(jìn)一步提高襯套的壓裝質(zhì)量，但為了Z大限度地保證產(chǎn)品質(zhì)量，還需在缸體壓裝后增加在線檢測工位，對壓裝后的襯套進(jìn)行100%檢測，從而確保下線缸體平衡軸襯套油孔與缸體油道的相對位置關(guān)系。

來源：《汽車制造業(yè)》 2016年第18期