汽車發動機-曲軸扭轉減震器產品圖紙定義參考

程芳慶 朱名玉

摘要：曲軸是一種扭轉彈性系統，其本身具有一定的自振頻率。在發動機工作過程中，經連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和方向都是周期性變化的，因此曲軸各曲拐的旋轉速度也是忽快忽慢呈周期性變化的。安裝在曲軸后端的飛輪轉動慣量最大，可以認為是勻速旋轉，因此造成曲軸各曲拐的轉動比飛輪的轉動時快時慢，這種現象稱為曲軸的扭轉振動。曲軸的扭轉振動容易造成發動機的功率損失，引起曲軸扭轉變形，振動強烈時甚至會扭斷曲軸。一般來說，低速發動機不易達到臨界轉速，但對于缸數多及轉速高的發動機，由于其曲軸剛度小、旋轉質量大，自振頻率低，強迫振動頻率高，容易達到臨界轉速而發生強烈的共振，因此加裝扭轉減振器很有必要。為規范曲軸扭轉減震器（俗名：皮帶輪）產品圖紙的所有內容定義，更規范，合理，高效的定義工程圖紙的公差，技術要求等。為保證曲軸扭轉減震器在設計過程中保質保量的達到技術的要求，故對圖紙的各項指標的定義變得舉足重輕，用以保證開發部門圖紙的統一性，專業性，適用性，合理性。

關鍵詞：曲軸扭轉減震器;產品圖紙;汽車發動機

針對汽車發動機曲軸前端的曲軸扭轉減震器的圖紙開發設計，憑借多年的產品設計與研發經歷，接觸過非常多的汽車廠，通過對外資品牌、合資品牌及自主品牌產品的不同性能要求與技術規范，最終總結出一套合理的產品開發圖紙定義規范，本文以普通的曲軸扭轉減震器三件套設計與開發為例，以供本行業的研發人員借鑒參考。具體談談從總成圖紙、零件圖紙、毛坯圖紙等的公差及技術要求的定義。

1.曲軸扭轉減震器總成圖紙

1.1.橡膠圈組裝壓縮比定義：

根據大量實驗數據證明，橡膠圈組裝時的壓縮比為41-43%時為最佳，最大不能超過48%，超過此數值時不易組裝，而且會對整個帶輪性能產生影響，壓縮比越大，產生的滑移扭矩也就越大，此時帶輪近似于剛性配合.在設計橡膠圈時，因組裝的中徑（齒環與輪轂所形成的空間）不變，故設計時從此入手即可.

壓縮比計算公式如下：

壓縮比（i）=〈橡膠圈厚度（T）-（慣性環內徑（D）-輪轂外徑（d））/2〉/橡膠圈厚度（T）

即：i=〈T-（D-d）/2?〉/T，標注時應在橡膠圈兩頭標出允許高出鐵件平面2mmMax。

1.2.尺寸公差定義：

（1）總成外徑：如無特殊要求時定義為±0.6mm。（2）跨棒距：如無特殊要求時定義為±0.6mm。（3）總成內徑：如無特殊要求時定義為+0.05/-0mm。（4）總成總高：如無特殊要求時定義為±0.3mm。（5）齒到安裝面距離：如無特殊要求時定義為±0.25mm。（6）齒頂圓：如無特殊要求時定義為R0.325±0.075?mm;齒根圓：如無特殊要求時定義為R0.425±0.075mm。（7）齒形角度：如無特殊要求時定義為±1度。（8）齒間距：均定義為3.56±0.05mm.（9）鍵槽寬度：如無特殊要求時定義為+0.2/+0.05mm。?（10）裝車螺孔：如無特殊要求時定義為±0.2mm。（11）輪轂軸外徑磨銷：如無特殊要求時定義為+0/-0.05mm。

備注：以上11項均為關鍵特性尺寸，要根據客戶要求識別為關鍵特性符號附加.其他尺寸在無客戶特殊要求下無需標注公差.總體來說總成圖關鍵控制標齊，別的尺寸越少越好，客戶有要求時參照技術交流后定義。

1.3.形位公差定義：

（1）軸徑向跳動：OEM三件套式帶輪如無特殊要求時定義為0.4mm，多件套式帶輪如無特殊要求時定義為0.5mm，AEM全為0.5mm.（2）鍵槽對稱度：如無特殊要求時定義為0.1mm.（3）裝車孔位置度：如無特殊要求時定義為0.2mm.（4）裝車面平面度：如無特殊要求時定義為0.1mm.備注：客戶有要求時參照技術交流后定義。

1.4.粗糙度定義：

（1）裝車面粗糙度：如無特殊要求時定義為Ra3.2mm.（2）裝車內孔粗糙度：如無特殊要求時定義為Ra1.6mm.（3）齒形粗糙度：鑄件如無特殊要求時定義為Ra3.2mm，鋼件（旋壓）如無特殊要求時定義為Ra1.6mm?（這里所指的粗糙度均為未表面處理前）。（4）輪轂軸外徑磨銷：如無特殊要求時定義為Ra0.8mm。備注：客戶有要求時參照技術交流后定義。

1.5.技術要求：

（1）OEM如下實例，無特殊要求時必須按此定義;客戶有特殊要求時可隨之增加或減少.

1.材料：1）輪轂：XXX符合XXX標準;2）橡膠圈：XXX符合XXX標準;3）慣性環：XXX?符合XXX標準;

2.動平衡測試：1）不平衡量：≤XXg.cm;2）平衡孔位置為：ΦXXmm;3）平衡孔直徑為：ΦXmm;4）孔深：≤Xmm;5）孔數：≤8個。

3.固有頻率（溫度60?±?3°，振幅±0.1°）：XXX±30?HZ;

4.滑動扭矩：≥XXX?N.M（常溫下，23℃）;

5.供應商標記和零件號，生產批次號刻記：XXXXXX;

6.表面處理：黑色油漆，涂層厚度≥30um，試驗標準D26?5316;鹽霧試驗48H無紅銹，試驗標準D17?1058;

7.扭震角：<XX°;

8.慣性環轉動慣量：XXXkgm2平方;

9.輪轂轉動慣量：XXXkgm2平方;

10.壓出力試驗：（室溫，5mm/min）≥12KN

11.極限轉速測試：

1）從7000rpm每上升1000rpm運轉1min，轉速到達13000rpm再運轉1min后停止;2）確認零件尺寸與性能符合圖紙定義要求。

12.共振點追蹤疲勞測試：追蹤時間：XX小時，激勵振幅：±XX°

a.扭轉疲勞試驗后橡膠不允許有裂紋;b.扭轉疲勞試驗后壓出力不小于10KN;c.扭轉疲勞試驗后滑動扭矩變化±50Nm;d.扭轉疲勞測試后固有頻率變化±30Hz

13.扭轉疲勞測試：次數：100萬次、頻率：XXHz、扭轉角：±XX°、環境溫度：XX℃。a.扭轉疲勞試驗后橡膠不允許有裂紋;b.扭轉疲勞試驗后壓出力不小于10KN;c.扭轉疲勞試驗后滑動扭矩變化±50Nm;d.扭轉疲勞測試后固有頻率變化±30Hz。

備注：第12、13項可根據客戶要求選其一，無要求時此兩項可不做為技術要求。表中數字為標準數據，表中XX為可變化數據。

（2）AEM按下面標準執行.

1.材料：1）輪轂：XXX;2）橡膠圈：XXX;3）慣性環：XXX;

2.動平衡測試：1）.不平衡量：≤15g.cm;2）.平衡孔位置為：ΦXXmm;3）.平衡孔直徑為：ΦXmm;4）.孔深：≤Xmm;5）.孔數：≤8個;

3.固有頻率（溫度60°，振幅±0.1°）：XXX±30HZ;

4.滑動扭矩：≥XXX?N.M（常溫下，23℃）;

5.供應商標記和零件號，生產批次號刻記：XXXXXX;

6.表面處理：黑色油漆，涂層厚度≥30um，試驗標準D26?5316;鹽霧試驗48H無紅銹，試驗標準D17?1058;

7.壓出力試驗：（室溫，5mm/min）≥12KN。

備注：表中數字為標準數據，表中XX為可變化數據。

2.曲軸扭轉減震器零件圖紙

2.1.組裝橡膠類尺寸公差定義：

（1）?零件外徑：通過車銷獲得者要求定義為±0.1mm.（2）齒環跨棒距：通過車銷獲得者要求定義為±0.3mm.（3）?零件內徑：通過車銷獲得者要求定義為±0.1mm.（4）零件高度：通過車銷獲得者要求定義為±0.1mm.（5）齒環齒到端面距離：通過車銷獲得者要求定義為±0.1mm.（6）齒環角度：通過車銷獲得者要求定義為±0.5度.

（7）轂形角度：通過車銷獲得者要求定義為±1度.

備注：其他尺寸公差可參照總成圖紙定義的相關內容，無要求的部分定義為±0.15mm，非重要尺寸可不標公差。

2.2.旋壓類尺寸公差定義：

（1）齒環旋壓定位徑：通過原毛坯獲得要求定義為±0.1mm.（2）齒環旋壓內徑：通過旋壓獲得者要求定義為+0.1/-0.05mm.（3）齒環齒到端面距離：通過旋壓獲得者要求定義為±0.15mm.（4）齒環內外徑，高度：通過旋壓獲得者要求定義為min.后序通過車銷終成型.（5）齒環跨棒距：通過旋壓獲得者要求定義為±0.3mm.（6）橡膠尺寸公差：全部要求定義為±0.15mm.

2.3.硫化類尺寸公差定義：

在鐵件硫化類產品中，如是車銷獲得的要求定義為±0.15mm，旋壓或沖壓獲得的可不做尺寸公差要求，參照沖壓毛坯或旋壓公差定義即可。

2.4.過度配合公差定義：

（1）軸公差：軸公稱尺寸比孔公稱尺寸大0.1mm，公差要求定義為+0.1/+0.02mm.

（2）孔公差：孔公稱尺寸比軸公稱尺寸小0.1mm，公差要求定義為-0.02/-0.1mm.

2.5.零件形位公差定義：

（1）平行度：通過車銷獲得者要求定義為0.05mm.（2）同軸度：通過車銷獲得者要求定義為0.1mm.（3）平面度：通過車銷獲得者要求定義為0.05mm.（4）位置度：通過沖孔車銷獲得者要求定義為0.2mm.（5）圓跳動：通過車銷獲得者要求定義為0.2mm.（6）垂直度：通過車銷獲得者要求定義為0.05mm.

以上形位公差具體標注時請自行綜合評判，有的要求是不適合同時約束的.比如說有了同軸度要求，盡量不要去要求圓跳動等。

2.6.零件粗糙度定義：

（1）與橡膠壓裝接觸面：通過車銷獲得者要求定義為Ra12.5mm.客戶有要求時參照技術交流后定義.（2）其他如是通過車銷獲得者均要求Ra3.2mm，總成裝車內孔要求Ra1.6mm.

3.曲軸扭轉減震器毛坯圖紙

3.1.鑄件粗加工尺寸公差定義：

鑄件粗加工毛坯設計，遵循了在產品零件尺寸基礎上均以單邊0.6mm的加工余量放之.

以下為已放余量的粗加工示意圖。外徑與高度：通過車銷獲得者要求定義為+0.2/-0mm;內孔：通過車銷獲得者要求定義為+0/-0.2mm;粗糙度如是通過車銷獲得者均要求Ra3.2mm.

3.2.鑄件毛坯尺寸公差定義：

鑄件毛坯設計，遵循了在產品零件尺寸基礎上均以單邊2.5mm的加工余量放之.

以下為已放余量的毛坯示意圖.備注：在使用原則上不再采用毛坯，但在報價時需要設計好毛坯以供評估價差.外徑與高度：通過鑄造獲得者要求定義為+2/-0mm;內孔：通過鑄造獲得者要求定義為+0/-2mm;粗糙度均要求為非去除材料方式（走自由數值）。

3.3.沖壓毛坯尺寸公差定義：

沖壓毛坯遵循板材由模具控制成型要求，公差定義如下：板材厚度及斷裂口尺寸均定義為±0.15mm;其他尺寸：均定義為±0.1mm;

形位公差定義：如圖示內外徑保證同軸度為0.15mm，重要定位平面保證平面度0.1mm，上下面保證平行度0.1mm.粗糙度均要求為非去除材料方式（走自由數值）。

3.4.技術要求（以材料區分）：

（1）SPHE（標準如下）：

1、沖壓件斷面應平整，無飛邊、毛刺;2、表面無銹蝕、油污;3、未注圓角R0.5;4、材料SPHE/T=X?符合Q/BQB?302-2003。

1）化學成分：C：≤0.10%?S：≤0.035%?Mn：≤0.50%?p：≤0.03%

2）抗拉強度：≥270Mpa;

3）延伸率：≥X%（X=T1.6-2.0?mm≥33%，X=T2.0-2.5?mm≥35%，X=T2.5-3.2?mm≥37%，X=T3.2-4.0?mm≥39%，X=T4.0以上?≥41%）;

5、交貨時提供尺寸報告、性能報告和試片兩根。

（2）SPHC（標準如下）：

1、沖壓件斷面應平整，無飛邊、毛刺;2、表面無銹蝕、油污;3、未注圓角R0.5;

4、材料SPHC/T=X?符合Q/BQB?302-2003;

1）化學成分：C：≤0.15%?S：≤0.035%?Mn：≤0.60%?p：≤0.035%

2）抗拉強度：≥270Mpa;

3）延伸率：≥X%（X=T1.6-2.0?≥29%，X=T2.0-2.5?≥29%，X=T2.5-3.2?≥29%，

X=T3.2-4.0?≥31%，X=T4.0以上?≥31%）;

5、交貨時提供尺寸報告、性能報告和試片兩根。

（3）ST12（標準如下）：

1、沖壓件斷面應平整，無飛邊、毛刺;2、表面無銹蝕、油污;3、未注圓角R0.5;4、材料ST12/T=X?符合Q/BQB?403-1999;

1）化學成分：C：≤0.10%?S：≤0.025%?Mn：≤0.50%?p：≤0.035%

2）抗拉強度：≥270Mpa;

3）屈服強度：130-260Mpa;

4）延伸率：≥34%;

5、交貨時提供尺寸報告、性能報告和試片兩根。

（4）ST14（標準如下）：

1、沖壓件斷面應平整，無飛邊、毛刺;2、表面無銹蝕、油污;3、未注圓角R0.5;4、材料ST14/T=X?符合Q/BQB?403-1999;

1）化學成分：C：≤0.08%?S：≤0.020%?Mn：≤0.40%?p：≤0.025%

2）抗拉強度：≥270Mpa;

3）屈服強度：120-210Mpa;

4）延伸率：≥40%;

5、交貨時提供尺寸報告、性能報告和試片兩根。

（5）HT250（標準如下）：

1.鑄件無變形，縮松，夾渣，氣孔，錯模等鑄造缺陷;2.鑄件表面平整，不允許有凹陷，突起;3.未注圓角R0.5;

4.材料：HT250（GB?9439）

1）化學成分：C：3.00-3.40%?Si：1.60-2.00%?Mn：0.60-1.00%?p：≤0.15%

S：≤0.12%

2）金相組織（GB7216-87）：

a：石墨，石墨形狀以A型（片狀）為主，石長4.5～18;b.基體組織，珠光體數量不小于珠95;c.碳化物數量不大于2%（相當于碳1）;d.磷共晶數量約為1%。

3）抗拉強度：≥250Mpa;

4）硬度：HB180-230;

5.交貨時產品應去除鑄造瘤、沙子等，并提供尺寸報告、性能報告和試棒兩根。

總結：

目前每個行業的標準與開發定義都是參差不齊的，特別是新入職的員工，因為沒有參考與依據，在設計時更是一頭霧水，無法下手。為了更進一步的規范開發工作的統一性，專業性，適用性，合理性，本人于一家國內生產曲軸扭轉減震器的龍頭企業里從事基層研發與質量管理多年，并長期擔任研發部經理，此文是對本人在工作過程中的一些總結與經驗分享，希望能給廣大讀者帶來一些啟迪。路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。不經歷風雨怎能見彩虹。我們要時刻保持一顆清醒的頭腦。其實，每個人心中都有一座山，雕刻著理想、信念、追求、報負;每個人心中都有一片森林，承載著收獲、芬芳、失意、磨礪。一個人，若要獲得成功，必須拿出勇氣，付出努力、拼搏、奮斗、成功。機遇不相信眼淚，不相信頹廢，不相信幻影，只相信愛打拼的人！

參考文獻：

[1]JBJB_NBTOP-20190801-2019曲軸扭轉減震器產品圖紙定義規范.程芳慶

[2]汽車曲軸扭轉減振器的設計.2018.2.7

[3]汽車發動機曲軸減震器.上官文斌.2008.7.華南理工大學

作者簡介：程芳慶（1984-）男，漢，籍貫：廣西臨桂，職務：教師;職稱：工程師，高級企業管理咨詢師，學歷：碩士研究生，研究方向：中小企業運營與管理。