基于Adcole测量机的发动机曲轴圆度检测方法研究

赵国邑

摘 要：本研究旨在基于Adcole测量机开发一种高精度的发动机曲轴圆度检测方法。通过对曲轴圆度的准确测量和分析，评估发动机的加工质量和性能，为改进发动机设计和制造过程提供依据。采用Adcole测量机作为主要工具，通过将发动机曲轴放置在Adcole测量机上，并使用探针进行测量，获取曲轴的径向跳动和圆度数据。通过对一系列发动机曲轴的测量和分析，Adcole测量机能够高精度地测量发动机曲轴的圆度，测量结果具有良好的重复性和稳定性。基于Adcole测量机的发动机曲轴圆度检测方法具有高精度和可靠性，可以实现对发动机曲轴的准确评估，为改进发动机设计、提高整体发动机性能提供重要参考。

关键词：Adcole测量机 发动机 曲轴圆度检测

1 引言

发动机曲轴作为发动机的主要部件之一，对发动机的性能和运行稳定性起着重要作用。而曲轴圆度是评估曲轴加工质量和性能的一个重要指标。因此，开发一种高精度的发动机曲轴圆度检测方法对于改进发动机设计和制造过程具有重要意义。通过开发一种高精度的发动机曲轴圆度检测方法，可以进一步了解曲轴的加工精度和性能，从而为发动机设计和制造过程的改进提供技术依据。

2 Adcole测量机在发动机曲轴圆度检测中的应用优劣势与检测问题

2.1 Adcole测量机的主要用途

Adcole测量机是全球领先的曲轴、凸轮轴和活塞测量机的供应商，其产品被广泛应用于汽油和柴油发动机制造商等行业。自公司成立以来，Adcole一直致力于研发和制造高精度的测量设备，并取得了显著的成就。

Adcole测量机主要用于以下方面：第一，Adcole测量机可以准确测量曲轴的径向间隙、圆度、平整度等关键参数；第二，凸轮轴测量，Adcole测量机可以测量凸轮轴的相位、凸台形状和公差；第三，活塞测量，Adcole测量机可以测量活塞的直径、平度和圆度。

虽然Adcole测量机在发动机曲轴圆度检测中拥有广泛的应用，但也存在一些局限性：首先，Adcole测量机需要经过专业培训和熟练操作才能得到准确的测量结果。这需要额外的人力和时间投入。其次，Adcole测量机限于特定尺寸和类型的产品，不同型号的Adcole测量机适用于特定尺寸和类型的曲轴、凸轮轴和活塞等圆柱形部件。对于超出范围的产品，可能需要额外的定制或其他测量设备。

2.2 发动机曲轴圆度检测存在问题

连杆颈圆度超差是发动机曲轴圆度检测中的一个重要问题，对发动机的性能和使用寿命都有着直接影响[1]。这种问题的存在可能导致连杆颈与连杆轴瓦之间接触不良，进而在长期运行过程中引起异常磨损，降低发动机的使用寿命。

此外，曲轴的磨损和老化也可能导致连杆颈圆度超差。随着发动机使用时间的增加，曲轴表面可能会出现磨损、疲劳裂纹等问题，从而影响连杆颈的圆度。因此，为了解决连杆颈圆度超差问题，需要从制造过程的精度控制、设备维护、曲轴的磨损规律等方面进行深入研究和分析。降低连杆颈圆度超差的发生率。

3 针对发动机曲轴圆度检测问题的解决对策

3.1 工艺控制优化

加强工艺控制是有效降低连杆颈圆度超差的关键[2]。首先，对于曲轴的加工过程，应严格按照设计要求进行操作，确保工艺参数的准确性和稳定性。ADCOLE设备测量评价曲轴桶面度的原理是基于確定直线度扫描起始点和结束点之间的中间点的高度。测量曲轴桶面度的前提条件为建立曲轴零件数据文件。

这个文件包括主轴颈和连杆颈数量、各轴颈中截面位置、直径公差、几何量公差、零件轴向基准到仪器0点的位置、轴向扫描长度及径向扫描截面数量等信息。通过ADCOLE的零件数据文件公用程序Part.Dat，建立EB2DTS曲轴零件数据文件EB2DTS.Dat。其次，建立曲轴桶面度测量程序。测量机会按照指令清单的顺序执行各个指令。测量程序的建立是通过ADCOLE的Seqbuild公用程序编辑器来完成的。该程序会调用零件数据文件中的信息（如上面建立的EB2DTS曲轴零件数据文件EB2DTS.Dat），按照用户的检测规划及设置自动生成标准测量程序。

如上表1所示，其中主轴颈共有6个，分别命名为T1、T2、T3、T4，并给出了它们在曲轴上的截面位置。同样地，连杆颈有4个，命名为C1和C2，并给出了相应的截面位置。直径公差和几何量公差则指定了每个轴颈的公差范围。对于建立曲轴桶面度测量程序，可以使用ADCOLE的Seqbuild公用程序编辑器来完成。该编辑器可以根据用户的检测规划和设置，调用零件数据文件中的信息，自动生成标准测量程序。通过顺序执行指令清单，测量机会按照设定的步骤进行相应的测量操作。

测量桶面度时，测头沿着零件轴线进行线性扫描，依据EB2DTS曲轴产品功能图上的桶面度技术要求，线性扫描长度一般为14mm。

最后，针对EB2DTS曲轴零件全尺寸及桶面度的测量需求（主轴颈/连杆颈桶面度公差要求 lpm

3.2 设备维护改进

定期对加工设备进行检修和维护，确保其稳定运行和准确度。特别是对磨床、车床等加工设备，要注意刀具的磨损情况、紧固件的状态、润滑系统的正常运行等方面，及时调整和更换不合格的零部件，通过与已知标准样品进行比对来实现。校准过程中，需要根据设备的操作说明书和相应的校准工具进行调整和校验。确保设备的读数和测量结果的准确性，并记录校准数据以备后续分析和比对。

如上表2所示，ADCOLE1310设备在测量直径、直径偏差和桶面度方面存在一些误差。需要进一步分析校准过程中的可能问题，以确定校准设备的准确性和稳定性。

综上所述，为了保证其稳定运行和准确测量结果，需要进行定期的清洁、校准、保养和维护工作。这样才能确保ADCOLE1310设备长期稳定地为中汽成配装配式车间综检工序提供准确的曲轴测量数据，有效监测产品是否符合精密度要求。

3.3 曲轴磨损控制

注意曲轴的使用和保养对于确保其正常运行至关重要，特别是需要避免过度磨损和老化导致连杆颈圆度超差[3]。为了保持曲轴的良好工作状态，有以下几点需要注意。

首先，检查应包括主轴颈和连杆轴颈的磨损情况。主轴颈和连杆轴颈的磨损呈椭圆形，且最大磨损部位相互对应。

其次，对于曲轴的裂纹也需要进行检验。裂纹多数发生在曲柄臂与轴颈之间的过渡角处，以及油孔处。这些裂纹可能会导致曲轴断裂，因此需要重点关注。

裂纹的检测可以使用磁力探伤法或浸油敲击法进行。磁力探伤法利用探测仪器将曲轴磁化，并在可能产生裂纹的部位撒上磁粉，从而显现出裂纹的部位和大小。浸油敲击法则是将清洗干净的曲轴浸泡在油中，然后撒上白粉并用手锤敲击，如果有明显裂纹状油迹出现，则表明存在裂纹。

为了应对切削余量大、切削力较大的情况，需采取以下措施以增强刚性、减小变形和振动，并确保高刚度的机床刀具及夹具，中间托架可以提供额外的支撑，增强工件和刀具系统的整体刚性，以抵御切削力产生的变形和振动。

此外，柴油發电机曲轴存在明显的弯曲，则需要采取相应的校正措施。常见的校正方法包括表面敲击法和冷压校正法。表面敲击法适用于弯曲量不大的情况，使用球形手锤和风动锤进行敲击。冷压校正法则是利用压床将曲轴进行适度的压弯，然后通过时效处理消除内应力。冷压校正法的具体公式和计算方法会因为不同的情况而略有差异。冷压校正法公式如下：

式中，弯曲角度是曲轴在冷压校正过程中被压弯的角度（单位可以是弧度或度）；F 是应用于曲轴进行冷压校正的力（单位是N）；L 是曲轴上测量到应用力的位置到曲轴端点的距离（单位是m）；E 是曲轴材料的弹性模量（单位是pa）；I是曲轴截面的惯性矩（单位是m4）。实际的冷压校正过程设计材料的强度、变形特性等多个因素，需要严格按照安全操作规程来进行，确保对曲轴造成适度的压弯，并在时效处理过程中消除内应力。

3.4 质量检验加强

建立完善的质量检验体系，对生产过程中的关键部件进行严格的质量检测。发动机曲轴是发动机中的核心部件之一，关系着发动机的正常运转和性能[4]。为了对发动机曲轴的圆度进行全面、准确的检测，采用光学测量仪器，光学测量仪器可以使用激光或传感器等技术原理来测量曲轴的圆度。通过将测量仪器置于曲轴上，并使用激光或传感器扫描曲轴表面，可以获取曲轴各个点的坐标数据并绘制出圆度图。

上表3为通过光学测量仪器对曲轴进行扫描和测量后获得的结果。其中，光学测量仪器提供了曲轴表面各个点的坐标数据（X和Y坐标），用于评估圆度质量。这些数据可以用于评估曲轴的圆度质量，通过对比所测量的数据与理想的曲轴形状，评估曲轴的圆度情况。

3.5 数据分析与改进

为了全面监测和分析曲轴加工及其对发动机性能的影响，需要建立数据收集与分析系统，从工艺流程的各个环节开始收集数据，建立数据分析模型，将收集到的数据进行整理和分析。可以使用统计学方法和数据挖掘技术来识别关键的因素和变量，并进一步分析曲轴加工的影响因素。曲轴性能公式如下所示：

式中，曲轴性能是希望预测或分析的目标变量，例如曲轴的振动水平、噪声水平等；β0， β1， β2， ...， βn 是回归系数，表示每个自变量对目标变量的影响权重；变量1， 变量2， ...， 变量n 是自变量或特征变量，可能包括曲轴的几何参数、工艺参数、材料特性或其他相关因素；ε是误差项，表示模型无法解释的随机变动。

在实际应用中，可以使用统计软件或数据分析工具（如Python中的NumPy、Pandas和Scikit-learn等）来进行回归分析，通过建立模型来预测曲轴的性能指标，比如振动水平、噪声水平等。受到这些性能指标的影响，建立模型来预测曲轴性能指标通常需要考虑多个因素，并使用数值模拟或实验数据进行验证。以下举例一种预测曲轴振动水平的经验公式：

式中，K 是一个经验系数，用于衡量曲轴设计和制造质量对振动水平的影响；曲轴转速是曲轴旋转的速度；曲轴质量不平衡度是指曲轴上质量分布的不均匀性，通常用质量不平衡度或等效质量不平衡度来表示。

根据上表4所示，根据给出的数据中的桶面度数值，可以看出各个项目（例如1L、IC、1U等）的桶面度测量结果都处在规定的公差范围内，满足产品的技术要求。

为了进一步验证工艺优化后的桶面度测量结果的准确性，在粗糙度仪上测量该零件各个轴颈的表面形貌。这与ADCOLE测量结果仅差0.1μm。说明工艺优化后的零件加工结果桶面度合格，满足了产品的技术要求。

4 结语

综上所述，Adcole测量机的发动机曲轴圆度检测方法能够提供高精度的测量结果，让工作人员准确评估发动机曲轴的圆度，并识别任何可能存在的缺陷或偏差，能够为发动机制造业提供重要的技术支持，为发动机设计和制造的持续改进提供有力的依据和指导。

参考文献：

[1]吉晓可，王玲雅，马锦涛．曲轴精磨主轴连杆径向圆跳动和圆度分析及解决方案[J]．金属加工：冷加工，2022，（1）：33-35.

[2]刘金林，龚华林，张晓峰．改善汽车曲轴连杆颈内侧微观缩松缺陷的措施[J]．铸造工程，2022，46（5）：62-66.

[3]马欣，史强，王国斌，李强，张金玲．基于有限元模拟的焊后热处理曲轴热锻模磨损分析[J]．内燃机与配件，2021，000（004）：P.48-49

[4]张智斌.汽车发动机曲轴毛坯上料的自动化实现[J].精密制造与自动化，2022（1）：52-55，64.