基于Adcole測量機的發動機曲軸圓度檢測方法研究

趙國邑

摘 要：本研究旨在基于Adcole測量機開發一種高精度的發動機曲軸圓度檢測方法。通過對曲軸圓度的準確測量和分析，評估發動機的加工質量和性能，為改進發動機設計和制造過程提供依據。采用Adcole測量機作為主要工具，通過將發動機曲軸放置在Adcole測量機上，并使用探針進行測量，獲取曲軸的徑向跳動和圓度數據。通過對一系列發動機曲軸的測量和分析，Adcole測量機能夠高精度地測量發動機曲軸的圓度，測量結果具有良好的重復性和穩定性?；贏dcole測量機的發動機曲軸圓度檢測方法具有高精度和可靠性，可以實現對發動機曲軸的準確評估，為改進發動機設計、提高整體發動機性能提供重要參考。

關鍵詞：Adcole測量機 發動機 曲軸圓度檢測

1 引言

發動機曲軸作為發動機的主要部件之一，對發動機的性能和運行穩定性起著重要作用。而曲軸圓度是評估曲軸加工質量和性能的一個重要指標。因此，開發一種高精度的發動機曲軸圓度檢測方法對于改進發動機設計和制造過程具有重要意義。通過開發一種高精度的發動機曲軸圓度檢測方法，可以進一步了解曲軸的加工精度和性能，從而為發動機設計和制造過程的改進提供技術依據。

2 Adcole測量機在發動機曲軸圓度檢測中的應用優劣勢與檢測問題

2.1 Adcole測量機的主要用途

Adcole測量機是全球領先的曲軸、凸輪軸和活塞測量機的供應商，其產品被廣泛應用于汽油和柴油發動機制造商等行業。自公司成立以來，Adcole一直致力于研發和制造高精度的測量設備，并取得了顯著的成就。

Adcole測量機主要用于以下方面：第一，Adcole測量機可以準確測量曲軸的徑向間隙、圓度、平整度等關鍵參數；第二，凸輪軸測量，Adcole測量機可以測量凸輪軸的相位、凸臺形狀和公差；第三，活塞測量，Adcole測量機可以測量活塞的直徑、平度和圓度。

雖然Adcole測量機在發動機曲軸圓度檢測中擁有廣泛的應用，但也存在一些局限性：首先，Adcole測量機需要經過專業培訓和熟練操作才能得到準確的測量結果。這需要額外的人力和時間投入。其次，Adcole測量機限于特定尺寸和類型的產品，不同型號的Adcole測量機適用于特定尺寸和類型的曲軸、凸輪軸和活塞等圓柱形部件。對于超出范圍的產品，可能需要額外的定制或其他測量設備。

2.2 發動機曲軸圓度檢測存在問題

連桿頸圓度超差是發動機曲軸圓度檢測中的一個重要問題，對發動機的性能和使用壽命都有著直接影響[1]。這種問題的存在可能導致連桿頸與連桿軸瓦之間接觸不良，進而在長期運行過程中引起異常磨損，降低發動機的使用壽命。

此外，曲軸的磨損和老化也可能導致連桿頸圓度超差。隨著發動機使用時間的增加，曲軸表面可能會出現磨損、疲勞裂紋等問題，從而影響連桿頸的圓度。因此，為了解決連桿頸圓度超差問題，需要從制造過程的精度控制、設備維護、曲軸的磨損規律等方面進行深入研究和分析。降低連桿頸圓度超差的發生率。

3 針對發動機曲軸圓度檢測問題的解決對策

3.1 工藝控制優化

加強工藝控制是有效降低連桿頸圓度超差的關鍵[2]。首先，對于曲軸的加工過程，應嚴格按照設計要求進行操作，確保工藝參數的準確性和穩定性。ADCOLE設備測量評價曲軸桶面度的原理是基于確定直線度掃描起始點和結束點之間的中間點的高度。測量曲軸桶面度的前提條件為建立曲軸零件數據文件。

這個文件包括主軸頸和連桿頸數量、各軸頸中截面位置、直徑公差、幾何量公差、零件軸向基準到儀器0點的位置、軸向掃描長度及徑向掃描截面數量等信息。通過ADCOLE的零件數據文件公用程序Part.Dat，建立EB2DTS曲軸零件數據文件EB2DTS.Dat。其次，建立曲軸桶面度測量程序。測量機會按照指令清單的順序執行各個指令。測量程序的建立是通過ADCOLE的Seqbuild公用程序編輯器來完成的。該程序會調用零件數據文件中的信息（如上面建立的EB2DTS曲軸零件數據文件EB2DTS.Dat），按照用戶的檢測規劃及設置自動生成標準測量程序。

如上表1所示，其中主軸頸共有6個，分別命名為T1、T2、T3、T4，并給出了它們在曲軸上的截面位置。同樣地，連桿頸有4個，命名為C1和C2，并給出了相應的截面位置。直徑公差和幾何量公差則指定了每個軸頸的公差范圍。對于建立曲軸桶面度測量程序，可以使用ADCOLE的Seqbuild公用程序編輯器來完成。該編輯器可以根據用戶的檢測規劃和設置，調用零件數據文件中的信息，自動生成標準測量程序。通過順序執行指令清單，測量機會按照設定的步驟進行相應的測量操作。

測量桶面度時，測頭沿著零件軸線進行線性掃描，依據EB2DTS曲軸產品功能圖上的桶面度技術要求，線性掃描長度一般為14mm。

最后，針對EB2DTS曲軸零件全尺寸及桶面度的測量需求（主軸頸/連桿頸桶面度公差要求 lpm

3.2 設備維護改進

定期對加工設備進行檢修和維護，確保其穩定運行和準確度。特別是對磨床、車床等加工設備，要注意刀具的磨損情況、緊固件的狀態、潤滑系統的正常運行等方面，及時調整和更換不合格的零部件，通過與已知標準樣品進行比對來實現。校準過程中，需要根據設備的操作說明書和相應的校準工具進行調整和校驗。確保設備的讀數和測量結果的準確性，并記錄校準數據以備后續分析和比對。

如上表2所示，ADCOLE1310設備在測量直徑、直徑偏差和桶面度方面存在一些誤差。需要進一步分析校準過程中的可能問題，以確定校準設備的準確性和穩定性。

綜上所述，為了保證其穩定運行和準確測量結果，需要進行定期的清潔、校準、保養和維護工作。這樣才能確保ADCOLE1310設備長期穩定地為中汽成配裝配式車間綜檢工序提供準確的曲軸測量數據，有效監測產品是否符合精密度要求。

3.3 曲軸磨損控制

注意曲軸的使用和保養對于確保其正常運行至關重要，特別是需要避免過度磨損和老化導致連桿頸圓度超差[3]。為了保持曲軸的良好工作狀態，有以下幾點需要注意。

首先，檢查應包括主軸頸和連桿軸頸的磨損情況。主軸頸和連桿軸頸的磨損呈橢圓形，且最大磨損部位相互對應。

其次，對于曲軸的裂紋也需要進行檢驗。裂紋多數發生在曲柄臂與軸頸之間的過渡角處，以及油孔處。這些裂紋可能會導致曲軸斷裂，因此需要重點關注。

裂紋的檢測可以使用磁力探傷法或浸油敲擊法進行。磁力探傷法利用探測儀器將曲軸磁化，并在可能產生裂紋的部位撒上磁粉，從而顯現出裂紋的部位和大小。浸油敲擊法則是將清洗干凈的曲軸浸泡在油中，然后撒上白粉并用手錘敲擊，如果有明顯裂紋狀油跡出現，則表明存在裂紋。

為了應對切削余量大、切削力較大的情況，需采取以下措施以增強剛性、減小變形和振動，并確保高剛度的機床刀具及夾具，中間托架可以提供額外的支撐，增強工件和刀具系統的整體剛性，以抵御切削力產生的變形和振動。

此外，柴油發電機曲軸存在明顯的彎曲，則需要采取相應的校正措施。常見的校正方法包括表面敲擊法和冷壓校正法。表面敲擊法適用于彎曲量不大的情況，使用球形手錘和風動錘進行敲擊。冷壓校正法則是利用壓床將曲軸進行適度的壓彎，然后通過時效處理消除內應力。冷壓校正法的具體公式和計算方法會因為不同的情況而略有差異。冷壓校正法公式如下：

式中，彎曲角度是曲軸在冷壓校正過程中被壓彎的角度（單位可以是弧度或度）；F 是應用于曲軸進行冷壓校正的力（單位是N）；L 是曲軸上測量到應用力的位置到曲軸端點的距離（單位是m）；E 是曲軸材料的彈性模量（單位是pa）；I是曲軸截面的慣性矩（單位是m4）。實際的冷壓校正過程設計材料的強度、變形特性等多個因素，需要嚴格按照安全操作規程來進行，確保對曲軸造成適度的壓彎，并在時效處理過程中消除內應力。

3.4 質量檢驗加強

建立完善的質量檢驗體系，對生產過程中的關鍵部件進行嚴格的質量檢測。發動機曲軸是發動機中的核心部件之一，關系著發動機的正常運轉和性能[4]。為了對發動機曲軸的圓度進行全面、準確的檢測，采用光學測量儀器，光學測量儀器可以使用激光或傳感器等技術原理來測量曲軸的圓度。通過將測量儀器置于曲軸上，并使用激光或傳感器掃描曲軸表面，可以獲取曲軸各個點的坐標數據并繪制出圓度圖。

上表3為通過光學測量儀器對曲軸進行掃描和測量后獲得的結果。其中，光學測量儀器提供了曲軸表面各個點的坐標數據（X和Y坐標），用于評估圓度質量。這些數據可以用于評估曲軸的圓度質量，通過對比所測量的數據與理想的曲軸形狀，評估曲軸的圓度情況。

3.5 數據分析與改進

為了全面監測和分析曲軸加工及其對發動機性能的影響，需要建立數據收集與分析系統，從工藝流程的各個環節開始收集數據，建立數據分析模型，將收集到的數據進行整理和分析?？梢允褂媒y計學方法和數據挖掘技術來識別關鍵的因素和變量，并進一步分析曲軸加工的影響因素。曲軸性能公式如下所示：

式中，曲軸性能是希望預測或分析的目標變量，例如曲軸的振動水平、噪聲水平等；β0， β1， β2， ...， βn 是回歸系數，表示每個自變量對目標變量的影響權重；變量1， 變量2， ...， 變量n 是自變量或特征變量，可能包括曲軸的幾何參數、工藝參數、材料特性或其他相關因素；ε是誤差項，表示模型無法解釋的隨機變動。

在實際應用中，可以使用統計軟件或數據分析工具（如Python中的NumPy、Pandas和Scikit-learn等）來進行回歸分析，通過建立模型來預測曲軸的性能指標，比如振動水平、噪聲水平等。受到這些性能指標的影響，建立模型來預測曲軸性能指標通常需要考慮多個因素，并使用數值模擬或實驗數據進行驗證。以下舉例一種預測曲軸振動水平的經驗公式：

式中，K 是一個經驗系數，用于衡量曲軸設計和制造質量對振動水平的影響；曲軸轉速是曲軸旋轉的速度；曲軸質量不平衡度是指曲軸上質量分布的不均勻性，通常用質量不平衡度或等效質量不平衡度來表示。

根據上表4所示，根據給出的數據中的桶面度數值，可以看出各個項目（例如1L、IC、1U等）的桶面度測量結果都處在規定的公差范圍內，滿足產品的技術要求。

為了進一步驗證工藝優化后的桶面度測量結果的準確性，在粗糙度儀上測量該零件各個軸頸的表面形貌。這與ADCOLE測量結果僅差0.1μm。說明工藝優化后的零件加工結果桶面度合格，滿足了產品的技術要求。

4 結語

綜上所述，Adcole測量機的發動機曲軸圓度檢測方法能夠提供高精度的測量結果，讓工作人員準確評估發動機曲軸的圓度，并識別任何可能存在的缺陷或偏差，能夠為發動機制造業提供重要的技術支持，為發動機設計和制造的持續改進提供有力的依據和指導。

參考文獻：

[1]吉曉可，王玲雅，馬錦濤．曲軸精磨主軸連桿徑向圓跳動和圓度分析及解決方案[J]．金屬加工：冷加工，2022，（1）：33-35.

[2]劉金林，龔華林，張曉峰．改善汽車曲軸連桿頸內側微觀縮松缺陷的措施[J]．鑄造工程，2022，46（5）：62-66.

[3]馬欣，史強，王國斌，李強，張金玲．基于有限元模擬的焊后熱處理曲軸熱鍛模磨損分析[J]．內燃機與配件，2021，000（004）：P.48-49

[4]張智斌.汽車發動機曲軸毛坯上料的自動化實現[J].精密制造與自動化，2022（1）：52-55，64.