曲轴主轴颈径向圆跳动误差的试验研究

　　在机械加工中,由于工艺系统的复杂性,往往很难从工艺系统本身的物理性质来确定系统对加工精度的影响。虽然在某些特殊情况下可以建立一些关系式,但这些关系式都是在理想化的条件下导出的,因此多数情况难以通过试验加以验证。考虑到在实际加工过程中影响加工质量的因素众多,且有许多因素是不可知或不可控的,这时我们不妨将工艺系统作为一个整体来看待,并从整体上研究系统对加工质量的影响。此时可以把零件加工前后的误差视为系统的输入和输出,并完全抛开对系统内部结构的研究,而将工艺系统视为/黑箱0来处理。这就引出了工艺链的基本理论。

　　所谓工艺链,就是为了使工件获得一定的尺寸、形状、位置精度、表面粗糙度而在工件上完成的一连串工序,对于每一道工序,我们所关心的是输出误差值与输入误差值之间的关系。在工艺链中,前一工序的输出误差就是后一工序的输入误差,而整个工艺链通过每个工序将输入误差变为输出误差,一步步减小误差值,最后使其达到所要求的误差范围。曲轴是发动机中重要零件之一,其服役环境条件较差。根据实际要求,除对尺寸等公差提出较高精度要求外,还对主轴颈的径向圆跳动误差提出了很高的要求,如图1所示,跳动允差为0.03mm,然而从生产实践中我们发现,由于曲轴较长,自身重量较大,再加上曲轴的“曲折性”,因此刚性较差。在加工过程中容易产生挠性弯曲,导致加工时径向圆跳动超差。另外,曲轴在氮化期间,由于炉温较高(570°±5°),而且保温时间较长(6小时左右),也易产生弯曲变形,导致曲轴径向圆跳动超差。

　　曲轴径向圆跳动超差会严重影响发动机的主机性能,加剧轴颈的磨损,致使轴瓦损伤,最终使零件失效。目前在生产实际中,对氮化后的曲轴逐一测量主轴颈径向跳动值,误差在0.05mm以上的采用冷校直的方法来修正。对跳动量较大的曲轴允许两次校直。曲轴氮化后冷校直存在明显的不足:一是冷校直存在较大的应力集中(虽经时效处理也不能完全去除应力),在发动机内工作时受力与热的作用将恢复径向变形;二是冷校直降低了曲轴的疲劳强度。实践证明,曲轴冷校直是造成发动机断轴的重要原因之一。国内外许多发动机生产厂家已规定不允许或尽可能少的对曲轴进行冷校直。在这种情况下,研究如何控制和减小曲轴在加工过程中所产生的径向圆跳动误差,对于提高曲轴质量、延长使用寿命具有重要的实际意义。

　　1 曲轴径向圆跳动误差的试验与分析

　　根据工艺链理论,对于工艺链中的每一个工序,输出与输入误差之间大都存在着线性相关的关系。