新聞主題	連桿、曲軸、大小瓦和軸承孔的配合間隙測量法

 

引言：曲柄連桿機構是一種常見的機械傳動裝置，廣泛應用于各個領域中。它由曲柄、連桿和活塞組成，通過曲柄的旋轉運動，將動力傳遞給連桿，再從連桿傳遞給活塞，實現機械運動。其中，連桿、曲軸、軸承以及軸瓦之間的配合間隙是一項非常重要的裝配參數，在柴油發電機裝配前一定要進行間隙測量，才能保證柴油發電機更好的運行。康明斯發電機廠家在本文將對曲柄連桿機構的組成和功用、配合間隙以及其他裝配精度測量方法進行全面、詳細、完整且深入地探討。

 

一、曲柄連桿機構組成和作用

 

      曲柄連桿機構是發動機實現工作循環，完成能量轉換的主要運動零件，其整體外觀如圖1所示。曲柄連桿機構的主要零件可以分為活塞連桿組和曲軸飛輪組，如圖2所示。

1、主要部分組成

（1） 曲柄

      曲柄通常是一個軸狀零件，具有一個曲軸和一個連桿小頭的連接孔。曲軸是曲柄的主要部分，它是一個具有曲線輪廓的軸，在旋轉過程中可以將旋轉運動轉化為往復運動。

（2）連桿

      連桿是曲柄連桿機構的核心組成部分，它連接曲柄和活塞。連桿分為大頭和小頭兩端，其中小頭與曲柄連接，大頭與活塞連接。連桿的長度和角度對機構運動的性能具有重要影響。

（3）活塞

      活塞是曲柄連桿機構的一個關鍵組成部分，它位于連桿和曲柄的連接點。活塞通常是一個圓柱形零件，與氣缸配合，負責往復運動。活塞的運動使氣缸內的壓縮空氣或燃氣產生往復運動，從而實現能量的轉化。

（4） 軸承

      軸承在曲柄連桿機構中起到支撐和減少摩擦的作用。曲柄和連桿頭連接處的軸承稱為大頭軸承，曲柄和連桿小頭連接處的軸承稱為小頭軸承。軸承的質量和選用對機構的運動性能和壽命具有重要影響。

2、功用

（1）轉換運動形式

      曲柄連桿機構將曲軸的旋轉運動轉換為連桿的往復運動，使得機械系統能夠進行往復運動。往復運動在許多領域中都有廣泛應用，例如內燃機中活塞的往復運動使得氣缸內的氣體能夠通過氣門進出，實現燃燒和能量的轉化。

（2）提供連桿變速比例

      曲柄連桿機構中，曲柄的長度和連桿的長度決定了連桿變速比例。通過調節連桿的長度，可以實現不同的變速比例。連桿變速比例的調節對于一些需要不同運動速度的機械系統非常重要，例如汽車中的變速器就是通過改變連桿變速比例來實現不同檔位的換擋。

（3）平衡力的垂直傳遞

      曲柄連桿機構還可以實現力的平衡，將平行于曲柄的力垂直傳遞。在某些應用中，需要將平行力轉換為垂直力進行傳遞，曲柄連桿機構可以實現這一轉換。例如在發動機的曲軸箱中，由于連桿的設計，曲柄連桿機構可以將活塞的上下往復力轉換為垂直向上的動力輸出。

（4）提供周期性運動

      曲柄連桿機構可以提供周期性的運動，適用于一些需要周期性運動的機械系統。例如，在組裝線上，連桿機構可以用于實現物體的往復運動，從而實現自動化的生產。

 

圖1  柴油機曲柄連桿機構

圖2  連桿和曲軸組件零件外形圖

 

二、連桿技術檢查內容

 

1、連桿軸頸直徑測量

      用外徑千分尺測量連桿軸頸直徑。在油道孔與兩邊曲柄的中間位置（圖1位置Ⅰ和位置Ⅱ）進行測量，兩個平面A向和B向各測得一個尺寸。這樣每個軸頸得到4個測量值。

2、連桿孔內徑測量

      如圖2所示，將柴油發電機連桿軸瓦裝入連桿大頭，擰緊連桿螺栓。在瓦片中央A、B、C三個方向測得3個內徑尺寸值。

 

圖1  連桿軸頸的測量圖

圖2  連桿軸承的測量圖

 

3、軸瓦間隙檢測量

      測得連桿軸頸尺寸和軸瓦尺寸后，以連桿軸頸最大值來計算軸承間隙。檢測出的軸瓦間隙最小值應大于下限值；最大值應小于上限值。一般發動機連桿軸承標準間隙值為0.059～0.135mm，如果測得間隙最小值小于0.059mm，或間隙最大值大于0.135mm，則都需要維修（換瓦片或修磨曲軸）。

4、連桿軸向間隙測量

      用塞尺測量連桿與曲軸間的軸向間隙。測量軸向間隙時，將連桿沿軸向壓向曲軸的任何一側，然后在另一側測量間隙。如果連桿軸向間隙超過規定值，應更換連桿或曲軸或兩者一起更換。發動機連桿軸向間隙一般為0.13~0.38mm。

5、連桿大端間隙測量

     將塑料間隙規安裝在連桿軸頸上。注意塑料間隙規不能放在油孔上。用規定的扭矩擰緊連桿蓋，注意不要轉動連桿或曲軸。然后拆下連桿蓋，檢查扁平塑料間隙規最寬點的寬度。如果該寬度對應的連桿軸頸間隙超過規定的極限值，則曲軸連桿軸頸應研磨。發動機連桿軸承間隙一般為0.012~0.09mm。

 

圖3  柴油機連桿軸瓦配合間隙

圖4  連桿軸向間隙測量方法

 

 三、曲軸的技術檢查內容

 

1、曲軸軸向間隙測量

      柴油發電機曲軸軸向間隙測量，如圖5所示，應在曲軸主軸頸裝配完畢時進行，測量步驟如下。

（1）將磁力百分表座固定于合適位置，百分表觸頭與曲柄平面相接處（也可以將磁力百分表固定于機體的前、后平面，百分表觸頭頂在曲軸前端面或后端面進行測量）。

（2）用撬棍或一字螺釘旋具前后撬動曲軸。讀取百分表擺動量，即為曲軸軸向間隙值。如康明斯柴油機曲軸軸向間隙值為0·052、0·255mm，若曲軸軸向間隙過大，則需要更換止推墊片。

2、主軸頸的錐度和變形程度檢測

      如圖6所示，根據圖示位置測量主軸頸直徑，檢查各主軸頸的錐度和變形程度。最大錐度和變形程度為0.004mm（0.0002 in）。

 特別提示：對曾經大修過的柴油發電機的曲軸軸頸進行測量時，軸頸尺寸有時會小于標準值0.25mm以上，這是修磨曲軸所致。一般軸頸每減小0.25mm為一個修理尺寸級別，最多可以有0.25mm、0.50mrn、0.75mm、1.0等4個修理尺寸級別，瓦片對應也有0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.0mm等4種修理尺寸。是否有修理尺寸，以及有幾個修理尺寸級別，會因機型不同而不同。同一臺發動機曲軸主軸頸和連桿軸頸的修理尺寸級別可以不同，但同一臺柴油發電機的連桿軸頸修理尺寸級別一定相同，同一臺發動機的主軸頸修理尺寸級別也一定相同。

3、曲軸曲柄銷檢測

（1）用螺旋測微器測量各曲柄銷的直徑。標準直徑為43.992～44.000 mm（1.7320~1.7323 in），如果直徑不符合規定，則檢查連桿油膜間隙或更換連桿。

（2）檢查各曲柄銷的錐度和變形程度。最大錐度和變形程度為0.004 mm（0.0002 in），如果錐度和變形程度大于最大值，則更換曲軸。

4、曲軸徑向跳動值檢測

      用百分表和V形塊測量徑向跳動值。最大徑向跳動為0.03 mm（0.0012in），如果錐度和變形程度大于最大值，則更換曲軸。

 

圖5  曲軸軸向間隙的測量

圖6  曲軸主軸頸錐度和變形程度測量

 

四、主軸承座孔檢查內容

 

1、曲軸主軸承座孔的檢查

（1）軸承孔的圓度與圓柱度

      首先將主軸承蓋（包括調整墊片）按原位裝回氣缸體主軸承座上，并按規定力矩擰緊軸承蓋緊固螺母。然后用內徑千分尺沿同一斷面測量3～5個點的直徑，并沿軸線測量三個斷面，如圖5所示。測出各軸承孔的圓度誤差與圓柱度誤差。主軸承座孔的圓度誤差與圓柱度誤差，對于鑄鐵氣缸體，均應不大于0.01mm；對于鋁合金氣缸體，均應不大于0.015mm。

（2）主軸承座孔同軸度檢測

       主軸承座孔同軸度誤差的檢測，如圖6所示。將心棒（心棒的直徑比主軸承孔直徑的最小尺寸略小）放入，然后從中間開始逐個將主軸承蓋裝好，按規定擰緊主軸承蓋螺栓，一邊擰緊螺栓，一邊轉動心棒，找出各主軸承孔的同軸度誤差，遇到擰緊主軸承螺栓后心棒不能轉動，則此孔的同軸度誤差就大。同軸度誤差在全長范圍內應不大于0.15mm。

（3）軸承與軸承孔之間的配合間隙檢測

      配合緊度由軸承的自由彈性開口和剩余表面高度保證。根據測量剩余表面高度的方法：按照規定安裝軸承，在閥蓋螺栓緊固到指定扭矩后松開其中一個螺栓，并用插頭尺測量軸承蓋接口處的間隙，其值應在0.05≤0.15 mm范圍內。

      氣缸體主軸承座孔因變形產生圓度誤差、圓柱度誤差和同軸度誤差時，應視具體情況確定修理方法。如果是個別主軸孔失圓，失圓較小時可用修刮軸瓦厚度解決；失圓較大，或同軸度誤差較大時，可將軸承蓋兩端接觸面磨去少許，然后將軸承蓋裝好，按規定擰緊軸承蓋螺栓，重新鏜孔至規定尺寸。若主軸承座孔磨損變形沒有超出極限，則無需鏜削，微量誤差只需膛削主軸承就可解決。

 

圖7  主軸承孔磨損和變形的測量方法

圖8  主軸承座孔同軸度測量方法

 

2、氣缸軸心線與主軸承承孔軸心線垂直度的檢修

      氣缸與曲軸的垂直度指的是氣缸中心軸線與曲軸中心軸線之間的垂直距離。垂直度的要求一般由發動機制造商根據設計和工藝要求確定，并在生產過程中進行控制。理想情況下，氣缸與曲軸應該保持嚴格垂直的狀態，以確保氣缸內的活塞能夠順暢運動，減少磨損和能源損失。影響氣缸與曲軸垂直度的因素比較復雜。從設計角度來看，曲軸主軸的強度、扭曲剛度和氣缸布置等因素都會對垂直度產生影響。此外，加工工藝、裝配精度和磨削技術等因素也會對垂直度產生一定的影響。因此，在制造過程中需要采取一系列控制措施來確保氣缸與曲軸的垂直度滿足設計要求。

 

      為了保證氣缸與曲軸的垂直度，可以采取以下控制方法：

（1）在加工過程中要注意選擇合適的夾具和工藝參數，確保氣缸與曲軸在加工中的定位準確，如圖9所示。

（2）制造過程中要進行嚴格的檢測和測量，采用先進的測量儀器和技術，及時發現和糾正加工誤差。方法如下：

      氣缸與主軸承承孔垂直度偏差一般不大于0.03/100，在全長范圍內不大于0.05。檢測裝置如圖10所示，檢驗儀用定心套支撐在氣缸中，并用調整螺釘軸向支承定位于氣缸體的上平面。測量時，用手轉動手柄，測量頭便水平轉動與定心軸前、后兩點接觸，表針在兩觸點的指示差，即為氣缸軸線與主軸承承孔軸線的垂直度誤差。氣缸軸心線對主軸承承孔軸心線垂直度誤差超過規定值，可結合氣缸鏜削予以修復。

（3）裝配過程中要嚴格控制各個部件的尺寸和配合要求，確保氣缸與曲軸的裝配精度。

 

圖9  氣缸孔中心線與主軸孔中心線夾角

圖10  氣缸軸線對曲軸軸線垂直度檢驗儀

 

總結：

      曲柄連桿機構由曲柄、連桿、活塞和軸承組成，通過曲柄的旋轉運動，將動力傳遞給連桿，再從連桿傳遞給活塞，實現機械運動。曲柄連桿機構具有轉換運動形式、提供連桿變速比例、平衡力的垂直傳遞和提供周期性運動等功用。在各個領域中廣泛應用的曲柄連桿機構在機械傳動中起到了至關重要的作用。

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