新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)零件彎曲變形的誤差檢驗(yàn)

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)各總成的基礎(chǔ)件和主要零件在使用中產(chǎn)生不同程度的變形，它破壞了零件的相互裝配關(guān)系，甚至使柴油發(fā)電機(jī)和總成的性能變壞，降低了柴油發(fā)電機(jī)的動(dòng)力性，增加燃料消耗，縮短柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命。在柴油發(fā)電機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，零件形位誤差占的比例比較大，其中以圓跳動(dòng)、平面度、圓柱度、平行度和垂直度等特征項(xiàng)目使用最多，是柴油發(fā)電機(jī)零件修理中形位誤差檢測(cè)的主要內(nèi)容。根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)總成和基礎(chǔ)件的功能要求，在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的前提下，對(duì)其提出了相應(yīng)的形狀和位置公差的要求，這對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)的修理質(zhì)量有重要的影響。

 

一、形位公差的概念和影響

1、形位公差的定義

      通常，在柴油機(jī)圖樣上給出的零件是沒(méi)有誤差的理想幾何體，如圖1所示。但是，在加工過(guò)程中由于機(jī)床、夾具、刀具和工件所組成的工藝系統(tǒng)本身存在各種誤差，以及加工過(guò)程中出現(xiàn)受變形、振動(dòng)、磨損等各種干擾，使加工后零件的實(shí)際形狀和相互位置，與理想幾何體規(guī)定的形狀以及線(xiàn)、面相互位置存在差異，這種形狀上的差異就是形狀誤差，相互位置之間的差異就是位置誤差，它們統(tǒng)稱(chēng)為形狀和位置的誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)形位誤差。柴油機(jī)零件特征項(xiàng)目和符號(hào)如圖2所示。

2、形位公差的影響

     柴油發(fā)電機(jī)零件的形位誤差對(duì)其使用性能會(huì)產(chǎn)生以下影響：

（1）   影響零件的功能要求。

      例如，主軸兩支承軸頸的形位誤差會(huì)影響主軸的回轉(zhuǎn)精；齒輪箱上各軸承孔的位置誤差將影響齒面承載能力和齒輪副的側(cè)隙。有結(jié)合要求的平面形狀誤差將影響結(jié)合的密封性，并因接觸的減小面降低承載能力等。

（2） 影響零件的配合性質(zhì)。

      例如，對(duì)于圓柱結(jié)合的間隙配合，圓柱表面的形狀誤差會(huì)使間隙大小分布不均，當(dāng)配合件發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磨損加快，降低零件的工作壽命和運(yùn)動(dòng)精度。

（3） 影響零件的自同裝配性。

      例如，花鍵軸各鍵的位置誤差將影響與花鍵孔的聯(lián)結(jié)；箱蓋、法蘭盤(pán)等零件上各螺栓孔出現(xiàn)位置誤差將難以自由裝配。

      形狀公差標(biāo)準(zhǔn)是重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之一。我國(guó)參照國(guó)際準(zhǔn)，重新修訂并以頒布實(shí)施的《形狀和位置公差》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T1182-1996《形狀和位置公差通則、定義、符號(hào)和圖樣表示法》、GB/T1184-1996《形狀和位置公差未注公差值》、GB4249-1996》《公差原則》、GB/T16671-1996《形狀位置公差最大實(shí)體要求、最小實(shí)體要求和可逆要求》等。在形位誤差檢測(cè)方面，也頒布了一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T1958-1980《形狀和位置公差檢測(cè)規(guī)定》、直線(xiàn)度、平面度、圓度、同軸度誤差檢測(cè)以及位置功能量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等。

 

圖1  柴油機(jī)零件的幾何要素

圖2  柴油機(jī)零件特征項(xiàng)目和符號(hào)

 

二、零件軸線(xiàn)誤差的檢測(cè)

 

1、軸線(xiàn)直線(xiàn)度誤差的檢測(cè)

      軸線(xiàn)的直線(xiàn)度是指柴油機(jī)軸線(xiàn)中心要素的形狀誤差，示例如圖3所示。在檢測(cè)時(shí)，直線(xiàn)度大小只與軸線(xiàn)本身的形狀有關(guān)，而與測(cè)量時(shí)的支撐位置無(wú)關(guān)。符合軸線(xiàn)直線(xiàn)度定義的測(cè)量方法是相當(dāng)復(fù)雜的，在實(shí)際檢測(cè)中，軸線(xiàn)的直線(xiàn)度誤差常用簡(jiǎn)單的徑向圓跳動(dòng)來(lái)代替，這樣獲得的檢測(cè)數(shù)值是近似的，在一般的柴油發(fā)電機(jī)生產(chǎn)中已能滿(mǎn)足技術(shù)要求的精確度。

      軸頸表面的徑向跳動(dòng)是位置誤差，是指在軸的同一橫截面上被測(cè)表面到基準(zhǔn)軸線(xiàn)的半徑變化量，它是對(duì)關(guān)聯(lián)要素說(shuō)的，其徑向跳動(dòng)量的大小與基準(zhǔn)的選取有關(guān)，因軸的支撐方式和位置的不同而變化。對(duì)于同一被測(cè)零件來(lái)說(shuō)，徑向圓跳動(dòng)誤差的數(shù)值是軸線(xiàn)直線(xiàn)度誤差的2倍甚至更大。所以，在柴油機(jī)測(cè)量方法上，軸線(xiàn)的直線(xiàn)度誤差可以用測(cè)徑向圓跳動(dòng)來(lái)代替。直線(xiàn)度的檢測(cè)多用于等直軸或孔上，特別是在工作時(shí)易于產(chǎn)生彎曲變形和可以校直的軸類(lèi)上。當(dāng)軸發(fā)生彎曲變形時(shí)，其軸線(xiàn)的直線(xiàn)度發(fā)生了變化。在實(shí)際修理生產(chǎn)中通常用近似的方法進(jìn)行軸線(xiàn)直線(xiàn)度誤差的檢測(cè)。首先檢查和校正中心孔的位置，使兩端中心線(xiàn)位于同一水平高度；檢測(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸并在軸向的不同位置進(jìn)行測(cè)量，記下最大徑向圓跳動(dòng)的部位與數(shù)值，則最大圓跳動(dòng)數(shù)值的一半即可作為其軸線(xiàn)直線(xiàn)度誤差，以其作為校正的依據(jù)。

2、同軸度誤差的檢測(cè)

      同軸度是指被測(cè)軸線(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)軸線(xiàn)的誤差，測(cè)量方法如圖4所示。它是指柴油機(jī)零件兩個(gè)軸線(xiàn)之間的位置關(guān)系，在數(shù)值上等于被測(cè)軸線(xiàn)偏離基準(zhǔn)軸線(xiàn)最大距離的2倍。同軸度包括被測(cè)軸線(xiàn)的形狀誤差，同時(shí)也包括了其位置誤差。這樣，對(duì)于同一根軸當(dāng)選擇的基準(zhǔn)不同時(shí)，同軸度誤差會(huì)有很大變化。所以，檢測(cè)同軸度時(shí)，首先要選擇好基準(zhǔn)。同軸度的檢測(cè)多用于階梯軸和階梯孔，其誤差的產(chǎn)生是來(lái)源于加工時(shí)軸線(xiàn)的偏離或工作時(shí)的偏磨造成的，同軸度是屬于位置公差中的定位誤差，它是用來(lái)控制被測(cè)軸線(xiàn)與基準(zhǔn)軸線(xiàn)的同軸度的。同軸度的公差帶是以公差值為直徑，且在基準(zhǔn)軸線(xiàn)同軸的圓柱體內(nèi)。同軸度誤差的檢測(cè)，經(jīng)常用徑向圓跳動(dòng)法來(lái)代替，且把最大徑向圓跳動(dòng)數(shù)值直接作為同軸度誤差使用。這是由于在圓度誤差比較小時(shí)徑向圓跳動(dòng)與同軸度誤差值相近似。

 

圖3  柴油機(jī)軸線(xiàn)直線(xiàn)度示意圖

圖4  曲軸同軸度測(cè)量

 

三、零件位置公差的檢測(cè)

 

1、圓跳動(dòng)的檢測(cè)

      圓跳動(dòng)是位置公差，它包括有徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)等。徑向圓跳動(dòng)的檢測(cè)，在檢測(cè)圓柱面的跳動(dòng)量時(shí)，基準(zhǔn)軸線(xiàn)自身還有同軸度誤差，所以實(shí)際測(cè)得的徑向圓跳動(dòng)，也必然反映出同軸度誤差，因而跳動(dòng)是這些形狀和位置誤差綜合反映的結(jié)果。被測(cè)表面對(duì)基準(zhǔn)軸線(xiàn)徑向圓跳動(dòng)的檢測(cè)方法∶使用V形支撐，置于平臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。用這種方法檢測(cè)的結(jié)果，要受到V形架角度和基準(zhǔn)的實(shí)際要素形狀誤差的影響。但是，一般軸類(lèi)表面的徑向圓跳動(dòng)用這種方法檢測(cè)的結(jié)果都能滿(mǎn)足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用。

2、平行度與垂直度的檢測(cè)

      平行度與垂直度都屬于位置公差，其誤差是相對(duì)于基準(zhǔn)要素而言的。用來(lái)確定被測(cè)要素方位的要素稱(chēng)為基準(zhǔn)要素，通常稱(chēng)為基準(zhǔn)。平行度和垂直度誤差的檢測(cè)是在基準(zhǔn)要素和實(shí)際被測(cè)要素之間進(jìn)行的，其中基準(zhǔn)是確定實(shí)際被測(cè)要素公差帶方位的根據(jù)。實(shí)際上測(cè)量位置誤差時(shí)，常常是采用模擬法來(lái)體現(xiàn)基準(zhǔn)。如以平板工作表面模擬基準(zhǔn)平面，用心軸軸線(xiàn)模擬基準(zhǔn)軸線(xiàn)。

      平行度誤差可以分為平面對(duì)平面，直線(xiàn)對(duì)平面，平面對(duì)直線(xiàn)和直線(xiàn)對(duì)直線(xiàn)的平行度誤差四種。不同的平行度要求不同的檢測(cè)基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不同其檢測(cè)方法也不相同。因此，在平行度誤差的檢測(cè)中，確定基準(zhǔn)的工作很重要。作為基準(zhǔn)使用的實(shí)際要素（平面或直線(xiàn)）應(yīng)排除其形狀誤差的影響，按最小條件確定測(cè)量基準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)，一般不排除被測(cè)更素形狀誤差的影響。這主要是考慮到形狀誤差對(duì)于位置誤差來(lái)說(shuō)，一般較小可以忽略，排除形狀誤差比較困難，在位置誤差中包括了被測(cè)要素的形狀誤差，亦即提高了對(duì)柴油發(fā)電機(jī)零件的精度要求。

 

四、零件形狀公差的檢測(cè)

 

1、平面度的檢測(cè)

      柴油機(jī)零件（通常指柴油發(fā)電機(jī)氣缸體和缸蓋，如圖5、圖6所示）的平面度表示一個(gè)平面不平的程度，是零件表面的形狀誤差，其表面誤差的狀況要影響到零件配合的位置精度和密封效果。所以對(duì)于零件的配合平面和工作平面都有平面度公差的要求。對(duì)于一個(gè)平面的形狀誤差來(lái)說(shuō)，平面度和給定平面內(nèi)的直線(xiàn)度有一定的聯(lián)系，直線(xiàn)度誤差表示被測(cè)直線(xiàn)方向的垂直平面內(nèi)形狀誤差，而平面度誤差是指被測(cè)平面在其垂直的任意方向的給定平面內(nèi)的形狀誤差。也可以認(rèn)為，平面度誤差是被測(cè)平面內(nèi)各個(gè)方向的最大直線(xiàn)度誤差。當(dāng)然，從定義上和數(shù)值上兩者又不是完全相同的。給定平面的直線(xiàn)度公差帶是兩條平行直線(xiàn)，而平面度公差帶是兩個(gè)平行的平面。也可以用各個(gè)方向的直線(xiàn)度誤差的檢測(cè)代替平面度誤差的檢測(cè)，但這樣測(cè)得的誤差值往往不準(zhǔn)。

 

圖5  氣缸體上視圖

圖6  氣缸體上下二等角軸測(cè)圖

 

2、圓度與圓柱度的檢測(cè)

      圓度公差主要用于氣缸的形狀公差，它是指加工后在垂直于軸線(xiàn)的任意正截面上的實(shí)際輪廓必須位于半徑差為公差值的兩個(gè)同心圓之間。圓度與橢圓度比較無(wú)論從概念上、數(shù)值上和測(cè)量方法上都不相同。圓柱度是指實(shí)際圓柱面必須位于半徑差為公差值的兩同軸圓柱面之間。而圓度是指在同一軸向剖面內(nèi)最大和最小直徑之差，并用各軸剖面中最大差值作為被測(cè)圓柱面的圓柱度誤差值，但其測(cè)量是在直徑方向進(jìn)行的，不能反映軸線(xiàn)的直線(xiàn)度誤差和橫截面的圓度誤差情況。而圓柱度能對(duì)圓柱面縱橫截面各種輪廓誤差進(jìn)行綜合反映，圓柱度是一個(gè)空間概念，圓柱度值為整個(gè)圓柱表面各點(diǎn)到理想軸線(xiàn)的最大與最小距離之差。但由于這一理想軸線(xiàn)是未知的，難以進(jìn)行檢測(cè)。目前還沒(méi)有一種符合定義又便于修理生產(chǎn)的檢測(cè)方法。下面介紹在修理生產(chǎn)中有效的測(cè)量方法。

（1）圓度的檢測(cè)

      圓度公差是在同一橫截面上實(shí)際圓對(duì)理想圓所允許的最大變動(dòng)量。圓度誤差常用兩點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量。在修理生產(chǎn)中經(jīng)常以垂直和水平兩方向最大直徑差值之半，作為圓度誤差值。檢測(cè)方法如圖7所示，實(shí)踐證明兩點(diǎn)法的檢測(cè)結(jié)果完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。為便于生產(chǎn)中的檢測(cè)，又把圓度誤差定為原標(biāo)準(zhǔn)中橢圓度值之半。這樣規(guī)定使測(cè)量方法簡(jiǎn)便、實(shí)用，又不降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）圓柱度的檢測(cè)

      圓柱度公差是實(shí)際圓柱面對(duì)理想圓柱面所允許的最大變動(dòng)量。圓柱度誤差用兩點(diǎn)法測(cè)量，其值為指示器讀數(shù)差值的一半。在柴油發(fā)電機(jī)修理生產(chǎn)中常用兩點(diǎn)法測(cè)量軸類(lèi)和孔類(lèi)零件，并允許用不同萬(wàn)位的最大與最小直徑差，并用其半徑作為圓柱度誤差。例如氣缸圓柱度誤差仍用原來(lái)的百分表測(cè)量，將原測(cè)量的圓柱度差值減半，再與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，如圖8所示。在一般情況下所有圓柱度誤差值都大于原圓柱度誤差值之半。所以用圓柱度公差值之半作為圓柱度公差值標(biāo)準(zhǔn)是提高了對(duì)圓柱表面的精度要求。但是用兩點(diǎn)法檢測(cè)圓柱度誤差時(shí)，不能包括軸線(xiàn)的直線(xiàn)度誤差，目前只作為代用方法使用。

 

圖7  曲軸間隙和圓度測(cè)量位置

圖8  柴油機(jī)曲軸圓柱度和彎曲變形檢查

 

 總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)零件在加工過(guò)程中，不僅有尺寸誤差，而且會(huì)產(chǎn)生形狀和位置誤差。柴油機(jī)零件形位誤差對(duì)機(jī)構(gòu)、儀器的使用功能影響很大。因此，僅控制尺寸誤差尺寸誤有時(shí)仍難以保證零件的工作精度、聯(lián)結(jié)強(qiáng)度、密封性、運(yùn)動(dòng)平衡性、耐磨性和可裝配性等方面的要求，特別在高溫、高壓、高速重載等條件下工作的精密機(jī)械影響很大。因此，柴油發(fā)電機(jī)零件時(shí)必須根據(jù)零件的功能要求，并考慮制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)其形位誤差加以必要且合理的限制，即合理地確定零件的形位誤差。

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