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    星申動(dòng)曲軸全自動(dòng)平衡機的穩定性有多好?

    時(shí)間:2024-01-31 08:53:31

    星申動(dòng)曲軸全自動(dòng)平衡機的穩定性有多好? - 重慶星申動(dòng)自動(dòng)化設備有限公司

    汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸動(dòng)平衡量值大,會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)現象,甚至讓駕駛員沒(méi)有辦法接受以致影響正常駕駛。對于曲軸的動(dòng)平衡量值在設計中有嚴格的要求,若曲軸動(dòng)平衡量值不穩定,加工置信率差,會(huì )導致發(fā)動(dòng)機異常振動(dòng)。本文分析影響曲軸平衡機測量不穩定性的原因,旨在讓動(dòng)平衡測量精度置信率達標,并尋求提升動(dòng)平衡測量穩定性的方法。文中采用了平衡機定標砝碼的制定,解決分離比問(wèn)題和增設創(chuàng )新軸向定位裝置方法,解決了曲軸動(dòng)平衡不穩定性問(wèn)題。

    汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸三十六道加工工序中,曲軸動(dòng)平衡加工被列為關(guān)鍵加工工序,動(dòng)平衡加工精度差,會(huì )導致車(chē)輛在行駛中的振動(dòng)過(guò)大而影響行駛平穩性,甚至會(huì )引起曲軸斷裂帶來(lái)安全事故。動(dòng)平衡測試技術(shù)、信號處理技術(shù)發(fā)展迅速,雖然在機加工中進(jìn)行了一系列的檢測調整和對比,但是曲軸的動(dòng)平衡穩定性還不夠好,還要進(jìn)一步對測量穩定性查找原因和尋求新的解決辦法。


    汽車(chē)曲軸全自動(dòng)平衡機
    一、曲軸自動(dòng)平衡機測量精度要求:

    通常曲軸動(dòng)平衡加工的精度會(huì )根據汽車(chē)發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)家的要求而規定。如一款型號為 P1 的曲軸,發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)家要求動(dòng)平衡精度為 15 g· cm。曲軸生產(chǎn)廠(chǎng)商不僅需要將精度加工到 15 g·cm 以?xún)?,重復測量誤差不能超過(guò) 3 g·cm,且在全自動(dòng)平衡機的測量精度置信率達到 95%以上。
    目前全自動(dòng)平衡機能達到曲軸工藝生產(chǎn)規格要求,重復測量值超過(guò) 6 g· cm(要求 3 g·cm 以?xún)龋?,置信率達不到 95%,測量值不穩定。測量值記錄如表 1 所示,測試機床為一車(chē)間自動(dòng)平衡機。


    汽車(chē)曲軸動(dòng)平衡校正
    二、曲軸動(dòng)平衡測量不穩定緣由分析:

    1、機械干涉:在實(shí)際生產(chǎn)的全部過(guò)程中這一些因素大多數表現在以下幾個(gè)方面。

    (1)制作的完整過(guò)程中機械加工不精確,傳感器連接桿有間隙。傳感器連接桿與機床固定件之間有間隙,且無(wú)鐵屑等雜質(zhì)的干涉、卡阻。

    (2)升降托架電機外殼有無(wú)外部干涉。這 就機床操作人員在測量加工中經(jīng)常遇到的問(wèn)題, 曲軸的大頭和小頭測量值時(shí)好時(shí)壞,小頭測量 值偏小的根本原因,小頭側的托架電機外殼與機床外殼只有約 5 mm 的間隙,測量時(shí)如果有鐵屑卡在間隙里就會(huì )阻礙小頭側整個(gè)測量擺架的運動(dòng),進(jìn)而影響稱(chēng)量結果。

    (3)維修過(guò)程中改變狀態(tài),氣管、電線(xiàn)與擺架發(fā)生干擾。機床使用的壓縮空氣氣管、電纜線(xiàn)與測量擺架如發(fā)生干涉,測量值也會(huì )收到一定的影響。

    (4)運行過(guò)程中轉子不均勻磨損,擺架上的護罩假如沒(méi)有緊固,在測量過(guò)程中會(huì )參擺, 影響測量。

    2、工裝夾具:在換型時(shí),軸向限位塊,支撐瓦的狀態(tài)也會(huì )影響測量。

    (1)軸向限位的位置調整。在工件旋轉的過(guò)程中,起到實(shí)際軸向竄動(dòng)限位作用的是兩個(gè)軸承,而銅瓦的作用是在去重鉆削時(shí)防止曲軸在切削時(shí)由于切削力在擺動(dòng)的稱(chēng)量擺架上產(chǎn)生位移,而影響鉆削深度。在銅瓦的安裝時(shí),應避免與工件端面產(chǎn)生摩擦,與軸頸有 0.3~0.5mm 的間隙。軸向限位軸承也應與端面有 0.3~0.5 mm 間隙且要避開(kāi)圓角防止工件旋轉時(shí)有“爬坡”現象。定時(shí)檢查軸承是否動(dòng)作靈活無(wú)卡阻。

    (2)支撐瓦。合金瓦應該緊固在工裝上, 并定期研磨,每次研磨要研磨至軸頸無(wú)污物為最好。陶瓷支撐瓦由于加工工藝應該浮動(dòng)于工裝上,使其充分接觸軸頸。換裝陶瓷瓦時(shí)檢查瓦是否有活動(dòng)間隙,瓦面是否全部接觸軸頸, 避免陶瓷瓦磨損不均勻。

    3、輔助材料
    (1)潤滑。支撐瓦與工件之間的潤滑依靠機床自帶的油霧潤滑,沒(méi)有潤滑或者潤滑不均勻會(huì )導致瓦塊磨損,也會(huì )導致稱(chēng)量不準確,是非常非常重要的。潤滑系統在使用調節過(guò)程中應保證前后支撐架的出氣量大小基本相同,檢測方式為用白紙放在出油孔的地方能在白紙上形成圓形油印為最佳狀態(tài)。出油量大小能調節油霧器的調節旋鈕,同時(shí)配合壓差調節,進(jìn)氣壓力 5~6 bar,出氣壓力比進(jìn)氣壓力小 2 bar。冬天溫度較低應該適當調大出油量或者使用密度較低的潤滑油。
    (2)氣管。由于兩臺自動(dòng)平衡機鉆頭都沒(méi)用護罩,鐵屑飛濺嚴重,氣管燙傷,漏氣的地方比較多。壓力不穩定,產(chǎn)品去重時(shí)夾持產(chǎn)品有極大幾率會(huì )出現產(chǎn)品位置變化,影響切削深度或者角度。
    以上問(wèn)題都是在機床調試過(guò)程中處理過(guò)和必須要格外注意的,有些因素雖不是影響機床穩定性的最終的原因或者單獨能影響機床穩定性的原因,但是都不可以忽視。

    三、提高自動(dòng)平衡機測量穩定性方法

    1、平衡機定標砝碼的制定

    以常見(jiàn)發(fā)動(dòng)機曲軸 4JB1 為例,標準扇葉半徑 85 mm,動(dòng)平衡要求在 17 g/cm 內。首先動(dòng)平衡定標,標準件的加重砝碼應該貼合扇葉板, 在實(shí)驗時(shí)選擇 2 g、20 g、50 g 左右的砝碼進(jìn)行加重實(shí)驗,定標后反復測量看其量值是否穩定。這里涉及到了砝碼質(zhì)心的計算,能準確計算砝碼質(zhì)心是驗證機床測量系統是否準確和定標起到?jīng)Q定性作用。下面是砝碼質(zhì)心計算的方法,如圖 2 所示。


    汽車(chē)曲軸動(dòng)平衡校正
    圖中:m 為砝碼總質(zhì)量,g;m1 為砝碼大端質(zhì)量,g;m2 為砝碼螺紋端質(zhì)量,g;a 為砝碼螺紋段長(cháng)度,cm;b 為砝碼大段長(cháng)度,cm;c 為砝碼計算質(zhì)心到螺紋底端距離,cm;h 為砝碼計算質(zhì)心距離,cm。

    根據動(dòng)平衡機砝碼計算公式: m2×a/2+m1×(a+b/2)=m×c(1)由式(1)能得出砝碼計算質(zhì)心距為:h=c-a(2)
    假如曲軸的扇面半徑為 R=85 mm,砝碼加在扇葉上時(shí)的計算半徑為 R'=R+h,在加重實(shí)驗時(shí)機床測量出的不平衡量就應該為m×R'
    (g/cm)。

    再根據計算砝碼質(zhì)心距離修改參數中的試重半徑,這樣就能對比計算的不平衡量與實(shí)際機床測量的不衡量的差值了。多次試重后如機床的測量值非常不穩定。在原參數中設定的主軸轉速為 400 r/min,由于4JB1 的質(zhì)量較大,轉速過(guò)高會(huì )影響測量振動(dòng)線(xiàn)性,在分別實(shí)驗 350 r/min、360 r/min、380 r/min 后得出 360 r/min 時(shí)測量 4GB1 的稱(chēng)量值相對來(lái)說(shuō)比較穩定了,但是仍然有偏差以及大小頭的分離比不好,加重后另一端的不平衡量也會(huì )很大。

    2、解決分離比問(wèn)題

    分離比不好也會(huì )影響測量值。影響分離比通常有兩個(gè)方面,一個(gè)是大小頭有一端有機械干涉,一個(gè)是大小頭有一端的傳感器有問(wèn)題。如排除機械干涉,那么檢查傳感器。傳感器探頭與連桿固定無(wú)松動(dòng),探頭運動(dòng)正常能自由往復運動(dòng)無(wú)干涉(如果有卡阻現象可更換傳感器內的簧片)。檢查無(wú)問(wèn)題后做無(wú)加重測量,檢查左右兩端的振幅線(xiàn)性一致性,如形成 180°, 一個(gè)近似正玄波一個(gè)近似余弦波,可判斷有一側傳感器的 1、2 端子的線(xiàn)路接法問(wèn)題導致波形不一致影響分離比。通過(guò)在大小頭分別加重, 繼續做無(wú)加重實(shí)驗就可看振幅變化從而確定是哪一邊的傳感器線(xiàn)接線(xiàn)問(wèn)題了。重新焊接線(xiàn)后線(xiàn)性一致(圖 3),再看振幅線(xiàn)性時(shí),加上最重的砝碼(50 g 左右),看線(xiàn)性圖會(huì )不可能會(huì )出現跳出畫(huà)面的情況,如果有就調節測量板上的檔位,左右側均可調節放大比例,直到線(xiàn)性適中。

    3、增設軸向定位裝置:

    接著(zhù)來(lái)進(jìn)行加重測試,改了傳感器線(xiàn)后分離比很小在允許范圍內,但還是出現小范圍波動(dòng), 量值不穩定。曲軸自動(dòng)平衡機在測量的過(guò)程中, 曲軸是旋轉件,一個(gè)不平衡的曲軸在其旋轉過(guò)程中對其支承結構和曲軸本身產(chǎn)生一個(gè)壓力, 并導致振動(dòng),自動(dòng)平衡機就是對曲軸在旋轉狀態(tài)下進(jìn)行動(dòng)平衡測量校驗,經(jīng)過(guò)反復測量和檢查發(fā)現,曲軸在旋轉過(guò)程中軸向竄動(dòng)嚴重(約0.5~3 mm 的軸向竄動(dòng)),導致曲軸動(dòng)平衡量值重合性極差,甚至有曲軸在測量過(guò)程中飛出機床的現象。


    汽車(chē)曲軸動(dòng)平衡校正
    造成上面講述的情況的原因是:曲軸全自動(dòng)平衡機軸向定位裝置主要是靠軸向定位塊(見(jiàn)圖 4),軸向定位塊材料為黃銅,曲軸軸向定位塊磨損, 曲軸在加工測試旋轉中,產(chǎn)生軸向竄動(dòng)時(shí),與銅塊干涉,造成銅塊磨損,定位塊與曲軸開(kāi)檔的間距慢慢的變大,曲軸在加工中的軸向竄動(dòng)也慢慢變得大,量值誤差也逐漸增大。

    根據上述分析,對曲軸在動(dòng)平衡測量時(shí)的端面做定位,即提供一種能防止發(fā)動(dòng)機曲軸在動(dòng)平衡測量中的軸向竄動(dòng),以彌補現存技術(shù)的不足,增設動(dòng)平衡機軸向定位裝置,限制曲軸在動(dòng)平衡加工中軸向竄動(dòng),軸向定位裝置如圖4所示。


    汽車(chē)曲軸動(dòng)平衡校正
    該定位裝置改進(jìn)后,操作便捷,曲軸開(kāi)始測試時(shí),軸向定位氣缸伸出,定位軸承緊貼曲軸端面,防止曲軸在旋轉過(guò)程中產(chǎn)生的軸向竄動(dòng),曲軸動(dòng)平衡精度達到發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)家要求的精度,保證了全自動(dòng)平衡機置信度達到 96%以上。杜絕了曲軸在測量旋轉時(shí)偶爾飛出的現象。表 2 為動(dòng)平衡標件量值改進(jìn)后記錄,測試時(shí)間為 2016.12.21~2016.12.29。從表中能夠準確的看出,曲軸自動(dòng)平衡機測量穩定性得到一定效果提升。

    針對曲軸的動(dòng)平衡穩定性不夠好問(wèn)題,本文根據動(dòng)平衡機的精度要求,通過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)工藝流程中找到三個(gè)影響動(dòng)平衡不穩定的切實(shí)原因。并通過(guò)對平衡機定標砝碼的制定,解決分離比問(wèn)題和增設創(chuàng )新軸向定位裝置,限制曲軸動(dòng)平衡加工中軸向竄動(dòng),使動(dòng)平衡置信率從
    90%提高到了 96%以上,來(lái)提升了曲軸自動(dòng)平衡機測量的穩定性。


    汽車(chē)曲軸動(dòng)平衡校正
    通過(guò)觸摸屏的操作界面,可以方便地設置 和顯示本控制管理系統的運行參數,如根據切斷長(cháng) 度需要調整在切斷過(guò)程中各電磁閥的得電時(shí)間、設定初始要完成的切斷任務(wù)量,還可以顯示牽 引工作速度、現已完成的切斷數量等,顯示畫(huà) 面清晰,所有操作界面和提示信息清晰明確, 操作的流程一目了然。觸摸屏的設計包括創(chuàng )建畫(huà) 面和信息,并將它們和 PLC 程序相配合,根據系統功能要求,設計了控制頁(yè)面、參數設置、 顯示頁(yè)面等界面,運行顯示畫(huà)面可實(shí)時(shí)顯示當 前設定的完成量、已切斷數量、切斷長(cháng)度及現工作速度等信息。

    樣機運行調試:

    整機零件設計加工、完成裝配后進(jìn)行樣機調試。樣機的整體結構如圖 4 所示。在觸摸屏上設定好剪切時(shí)序時(shí)間,設定切斷的長(cháng)度和數量,待料導入設備,點(diǎn)擊送料按鈕,鋼筋運行, 當鋼筋運行到定尺機構,完成剪切動(dòng)作,當完成設定的數量后停止,隨后關(guān)閉液壓泵站,運行效果良好。

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