新聞主題	柴油發電機零件彎曲變形的誤差檢驗

 

摘要：柴油發電機各總成的基礎件和主要零件在使用中產生不同程度的變形，它破壞了零件的相互裝配關系，甚至使柴油發電機和總成的性能變壞，降低了柴油發電機的動力性，增加燃料消耗，縮短柴油發電機的使用壽命。在柴油發電機修理技術標準中，零件形位誤差占的比例比較大，其中以圓跳動、平面度、圓柱度、平行度和垂直度等特征項目使用最多，是柴油發電機零件修理中形位誤差檢測的主要內容。根據柴油發電機總成和基礎件的功能要求，在技術上可行、經濟上合理的前提下，對其提出了相應的形狀和位置公差的要求，這對于柴油發電機的修理質量有重要的影響。

 

一、形位公差的概念和影響

1、形位公差的定義

      通常，在柴油機圖樣上給出的零件是沒有誤差的理想幾何體，如圖1所示。但是，在加工過程中由于機床、夾具、刀具和工件所組成的工藝系統本身存在各種誤差，以及加工過程中出現受變形、振動、磨損等各種干擾，使加工后零件的實際形狀和相互位置，與理想幾何體規定的形狀以及線、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，它們統稱為形狀和位置的誤差，簡稱形位誤差。柴油機零件特征項目和符號如圖2所示。

2、形位公差的影響

     柴油發電機零件的形位誤差對其使用性能會產生以下影響：

（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影響主軸的回轉精；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隙。有結合要求的平面形狀誤差將影響結合的密封性，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。

      例如，對于圓柱結合的間隙配合，圓柱表面的形狀誤差會使間隙大小分布不均，當配合件發生相對轉動時，磨損加快，降低零件的工作壽命和運動精度。

（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結；箱蓋、法蘭盤等零件上各螺栓孔出現位置誤差將難以自由裝配。

      形狀公差標準是重要的基礎標準之一。我國參照國際準，重新修訂并以頒布實施的《形狀和位置公差》國家標準有GB/T1182-1996《形狀和位置公差通則、定義、符號和圖樣表示法》、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體要求、最小實體要求和可逆要求》等。在形位誤差檢測方面，也頒布了一系列國家標準和行業標準，如GB/T1958-1980《形狀和位置公差檢測規定》、直線度、平面度、圓度、同軸度誤差檢測以及位置功能量規標準等。

 

圖1  柴油機零件的幾何要素

圖2  柴油機零件特征項目和符號

 

二、零件軸線誤差的檢測

 

1、軸線直線度誤差的檢測

      軸線的直線度是指柴油機軸線中心要素的形狀誤差，示例如圖3所示。在檢測時，直線度大小只與軸線本身的形狀有關，而與測量時的支撐位置無關。符合軸線直線度定義的測量方法是相當復雜的，在實際檢測中，軸線的直線度誤差常用簡單的徑向圓跳動來代替，這樣獲得的檢測數值是近似的，在一般的柴油發電機生產中已能滿足技術要求的精確度。

      軸頸表面的徑向跳動是位置誤差，是指在軸的同一橫截面上被測表面到基準軸線的半徑變化量，它是對關聯要素說的，其徑向跳動量的大小與基準的選取有關，因軸的支撐方式和位置的不同而變化。對于同一被測零件來說，徑向圓跳動誤差的數值是軸線直線度誤差的2倍甚至更大。所以，在柴油機測量方法上，軸線的直線度誤差可以用測徑向圓跳動來代替。直線度的檢測多用于等直軸或孔上，特別是在工作時易于產生彎曲變形和可以校直的軸類上。當軸發生彎曲變形時，其軸線的直線度發生了變化。在實際修理生產中通常用近似的方法進行軸線直線度誤差的檢測。首先檢查和校正中心孔的位置，使兩端中心線位于同一水平高度；檢測時，轉動軸并在軸向的不同位置進行測量，記下最大徑向圓跳動的部位與數值，則最大圓跳動數值的一半即可作為其軸線直線度誤差，以其作為校正的依據。

2、同軸度誤差的檢測

      同軸度是指被測軸線對基準軸線的誤差，測量方法如圖4所示。它是指柴油機零件兩個軸線之間的位置關系，在數值上等于被測軸線偏離基準軸線最大距離的2倍。同軸度包括被測軸線的形狀誤差，同時也包括了其位置誤差。這樣，對于同一根軸當選擇的基準不同時，同軸度誤差會有很大變化。所以，檢測同軸度時，首先要選擇好基準。同軸度的檢測多用于階梯軸和階梯孔，其誤差的產生是來源于加工時軸線的偏離或工作時的偏磨造成的，同軸度是屬于位置公差中的定位誤差，它是用來控制被測軸線與基準軸線的同軸度的。同軸度的公差帶是以公差值為直徑，且在基準軸線同軸的圓柱體內。同軸度誤差的檢測，經常用徑向圓跳動法來代替，且把最大徑向圓跳動數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徑向圓跳動與同軸度誤差值相近似。

 

圖3  柴油機軸線直線度示意圖

圖4  曲軸同軸度測量

 

三、零件位置公差的檢測

 

1、圓跳動的檢測

      圓跳動是位置公差，它包括有徑向圓跳動和端面圓跳動等。徑向圓跳動的檢測，在檢測圓柱面的跳動量時，基準軸線自身還有同軸度誤差，所以實際測得的徑向圓跳動，也必然反映出同軸度誤差，因而跳動是這些形狀和位置誤差綜合反映的結果。被測表面對基準軸線徑向圓跳動的檢測方法∶使用V形支撐，置于平臺上進行檢測。用這種方法檢測的結果，要受到V形架角度和基準的實際要素形狀誤差的影響。但是，一般軸類表面的徑向圓跳動用這種方法檢測的結果都能滿足技術標準的要求，而且這種方法簡單實用。

2、平行度與垂直度的檢測

      平行度與垂直度都屬于位置公差，其誤差是相對于基準要素而言的。用來確定被測要素方位的要素稱為基準要素，通常稱為基準。平行度和垂直度誤差的檢測是在基準要素和實際被測要素之間進行的，其中基準是確定實際被測要素公差帶方位的根據。實際上測量位置誤差時，常常是采用模擬法來體現基準。如以平板工作表面模擬基準平面，用心軸軸線模擬基準軸線。

      平行度誤差可以分為平面對平面，直線對平面，平面對直線和直線對直線的平行度誤差四種。不同的平行度要求不同的檢測基準，基準不同其檢測方法也不相同。因此，在平行度誤差的檢測中，確定基準的工作很重要。作為基準使用的實際要素（平面或直線）應排除其形狀誤差的影響，按最小條件確定測量基準。測量時，一般不排除被測更素形狀誤差的影響。這主要是考慮到形狀誤差對于位置誤差來說，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要素的形狀誤差，亦即提高了對柴油發電機零件的精度要求。

 

四、零件形狀公差的檢測

 

1、平面度的檢測

      柴油機零件（通常指柴油發電機氣缸體和缸蓋，如圖5、圖6所示）的平面度表示一個平面不平的程度，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。所以對于零件的配合平面和工作平面都有平面度公差的要求。對于一個平面的形狀誤差來說，平面度和給定平面內的直線度有一定的聯系，直線度誤差表示被測直線方向的垂直平面內形狀誤差，而平面度誤差是指被測平面在其垂直的任意方向的給定平面內的形狀誤差。也可以認為，平面度誤差是被測平面內各個方向的最大直線度誤差。當然，從定義上和數值上兩者又不是完全相同的。給定平面的直線度公差帶是兩條平行直線，而平面度公差帶是兩個平行的平面。也可以用各個方向的直線度誤差的檢測代替平面度誤差的檢測，但這樣測得的誤差值往往不準。

 

圖5  氣缸體上視圖

圖6  氣缸體上下二等角軸測圖

 

2、圓度與圓柱度的檢測

      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的任意正截面上的實際輪廓必須位于半徑差為公差值的兩個同心圓之間。圓度與橢圓度比較無論從概念上、數值上和測量方法上都不相同。圓柱度是指實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最大和最小直徑之差，并用各軸剖面中最大差值作為被測圓柱面的圓柱度誤差值，但其測量是在直徑方向進行的，不能反映軸線的直線度誤差和橫截面的圓度誤差情況。而圓柱度能對圓柱面縱橫截面各種輪廓誤差進行綜合反映，圓柱度是一個空間概念，圓柱度值為整個圓柱表面各點到理想軸線的最大與最小距離之差。但由于這一理想軸線是未知的，難以進行檢測。目前還沒有一種符合定義又便于修理生產的檢測方法。下面介紹在修理生產中有效的測量方法。

（1）圓度的檢測

      圓度公差是在同一橫截面上實際圓對理想圓所允許的最大變動量。圓度誤差常用兩點法進行測量。在修理生產中經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。檢測方法如圖7所示，實踐證明兩點法的檢測結果完全可以滿足生產的要求。為便于生產中的檢測，又把圓度誤差定為原標準中橢圓度值之半。這樣規定使測量方法簡便、實用，又不降低技術標準要求。

（2）圓柱度的檢測

      圓柱度公差是實際圓柱面對理想圓柱面所允許的最大變動量。圓柱度誤差用兩點法測量，其值為指示器讀數差值的一半。在柴油發電機修理生產中常用兩點法測量軸類和孔類零件，并允許用不同萬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的百分表測量，將原測量的圓柱度差值減半，再與標準進行比較，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準是提高了對圓柱表面的精度要求。但是用兩點法檢測圓柱度誤差時，不能包括軸線的直線度誤差，目前只作為代用方法使用。

 

圖7  曲軸間隙和圓度測量位置

圖8  柴油機曲軸圓柱度和彎曲變形檢查

 

 總結：

      柴油發電機零件在加工過程中，不僅有尺寸誤差，而且會產生形狀和位置誤差。柴油機零件形位誤差對機構、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仍難以保證零件的工作精度、聯結強度、密封性、運動平衡性、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械影響很大。因此，柴油發電機零件時必須根據零件的功能要求，并考慮制造時的經濟性，對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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