測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽對(duì)稱度的方法
摘要：在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，為了提高測(cè)量效率和降低測(cè)量成本，需要盡可能多地在現(xiàn)場(chǎng)使用較簡(jiǎn)單的量具測(cè)量工件尺寸，即盡可能少去測(cè)量室使用三坐標(biāo)等大型測(cè)量設(shè)備。柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不容易直接實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，本文對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了探討，并通過(guò)理論分析提出了一種較為簡(jiǎn)單易行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法。
一、鍵槽相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度
1. 對(duì)稱度要求的提出
康明斯發(fā)電機(jī)廠家生產(chǎn)的直列四缸柴油發(fā)電機(jī)曲軸，為保證與鍵配合的零件能夠順利地安裝，且安裝后的相位角度正確，需要保證柴油發(fā)電機(jī)曲軸上的鍵槽相對(duì)基準(zhǔn)平面(在本文中為柴油發(fā)電機(jī)曲軸第1、5主軸頸和第1連桿軸頸中心線所形成的平面，見(jiàn)圖1中的紅色平面)有一個(gè)正確的位置，因此提出了鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度要求，即鍵槽的中心平面必須位于距離為公差值T且相對(duì)于基準(zhǔn)平面對(duì)稱配置的兩平行平面之間的區(qū)域。
2. 測(cè)量方法
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，受測(cè)量條件的限制，一般都忽略了鍵槽中心平面的直線度誤差和平面度誤差，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)只需要測(cè)量出鍵槽中心平面輪廓上幾個(gè)極限點(diǎn)的對(duì)稱度，其中值最大者即可作為鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度。由于鍵槽為半圓鍵槽，所以只需要測(cè)量出圓弧的兩個(gè)端點(diǎn)和圓弧中點(diǎn)(見(jiàn)圖2)的對(duì)稱度即可。
直接測(cè)量鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度存在一定的困難，主要表現(xiàn)為：受鍵槽寬度較小的限制，測(cè)量時(shí)不能用普通百分表而只能用杠桿百分表。在測(cè)量鍵槽圓弧中點(diǎn)的對(duì)稱度時(shí)，因?yàn)殒I槽寬度空間較小，所以目視表針圓頭部非常不便，在表針前進(jìn)時(shí)操作者難以準(zhǔn)確判斷表針圓頭部是否已經(jīng)到達(dá)鍵槽底部，通常操作者要等到表針圓頭部撞擊到鍵槽底部時(shí)才能判斷出表針已經(jīng)到達(dá)鍵槽底部，但這時(shí)經(jīng)常已經(jīng)造成百分表的讀數(shù)發(fā)生變化。此時(shí)，如果操作者沒(méi)有發(fā)現(xiàn)百分表讀數(shù)變化則會(huì)造成測(cè)量值錯(cuò)誤，如果操作者發(fā)現(xiàn)百分表讀數(shù)變化則不得不重新測(cè)量。因此，直接測(cè)量影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。
二、柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽對(duì)稱度的理論分析
為了便于后面的說(shuō)明，我們先定義一個(gè)點(diǎn)和二個(gè)平面，一個(gè)點(diǎn)即“鍵槽中心點(diǎn)”，在本文中為鍵槽與軸頸表面相交面的幾何中心，如圖1中三個(gè)平面的交點(diǎn);一個(gè)平面是過(guò)鍵槽中心點(diǎn)且與軸頸中心線垂直的平面，本文稱之為“鉛垂面”，如圖1中的黃色平面;另一個(gè)平面是過(guò)鍵槽中心點(diǎn)且與軸頸中心線平行與基準(zhǔn)平面垂直的平面，本文稱之為“水平面”，如圖1中的藍(lán)色平面。
忽略鍵槽中心平面的平面度誤差，則鍵槽的中心平面為一理想平面，該平面上有這樣兩條直線，一條直線是鍵槽中心平面和鉛垂面的交線，本文稱之為“徑向中心線”;另一條是鍵槽中心平面和水平面的交線，本文稱之為“軸向中心線”。兩條直線為相交直線，共有3個(gè)端點(diǎn)(該3個(gè)端點(diǎn)與圖2所示的3個(gè)點(diǎn)一致)。這3個(gè)端點(diǎn)的對(duì)稱度最大值即為鍵槽中心平面的對(duì)稱度。
為方便后面的表達(dá)和計(jì)算，我們先按圖3所示做一些準(zhǔn)備工作，其中A點(diǎn)為鍵槽徑向中心線頂端，C點(diǎn)為鍵槽徑向中心線底端，以該兩點(diǎn)為頂點(diǎn)如圖做直角三角形，三角形的另一個(gè)頂點(diǎn)為點(diǎn)B，A點(diǎn)到基準(zhǔn)平面的距離為X，C點(diǎn)到基準(zhǔn)平面的距離為Y，B點(diǎn)到C點(diǎn)的距離為Z;直線MN為軸向中心線在鉛垂面上的投影。
柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽中心線與基準(zhǔn)平面的位置關(guān)系可歸納為六種，如圖3所示，對(duì)稱度計(jì)算方法分為三種：
1.在第①和④種情況時(shí)，OA與BC方向相反，OA≥BC;鍵槽中心平面對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度為2×MAX(X+H，|X-H|，Y)=2×(X+H)。
2.在第②和⑤種情況時(shí)，OA與BC方向相反，OA
3.在第③和⑥種情況時(shí)，OA與BC方向相同;鍵槽中心線對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度為2×MAX(X+H，|X-H|，Y)=2×[MAX(X+H，X+Z)]。
三、柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽基本測(cè)量方法
根據(jù)鍵槽的使用條件分析，鍵槽的對(duì)稱度對(duì)裝配無(wú)直接意義，在其上裝配半圓鍵后半圓鍵體現(xiàn)出來(lái)的對(duì)稱度才對(duì)裝配有直接意義。為此，測(cè)量時(shí)可以模擬半圓鍵與鍵槽的配合，設(shè)計(jì)一種量塊(見(jiàn)圖4)。為保證其與鍵槽配合良好，可以按鍵槽寬度尺寸，每隔0.01?mm為一檔，設(shè)計(jì)不同寬度尺寸的量塊。量塊的徑向長(zhǎng)度宜為鍵槽深度的兩倍多一點(diǎn)，量塊的軸向長(zhǎng)度宜為鍵槽長(zhǎng)度的一倍多一點(diǎn)，以保證將量塊塞入鍵槽后，量規(guī)露出部分的尺寸不小于鍵槽的尺寸(包括徑向的深度尺寸和軸向的長(zhǎng)度尺寸)。如果量塊的尺寸小于鍵槽的尺寸，測(cè)量數(shù)值需要乘以一個(gè)系數(shù)，系數(shù)值等于鍵槽尺寸除以量塊尺寸。
該測(cè)量方法的具體步驟如下：
1. 先將配合合適的量塊塞入鍵槽，然后將工件找正(為提高測(cè)量效率，可以設(shè)計(jì)專(zhuān)用測(cè)具，使工件在測(cè)具上放好后理論上即已找正，如圖5所示)。
2. 用百分表先測(cè)量量塊上與鍵槽中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)處(見(jiàn)圖5中紅線和藍(lán)線交點(diǎn)處)的讀數(shù)，之后將工件翻轉(zhuǎn)180°，再測(cè)量量塊上與鍵槽中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的讀數(shù)，兩讀數(shù)做差值再除以2得到的數(shù)值即為鍵槽中心點(diǎn)到基準(zhǔn)平面的距離，該值近似等于X。
3. 將百分表沿徑向由量塊的鍵槽中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)處緩慢移動(dòng)到量塊的遠(yuǎn)端(見(jiàn)圖5中的藍(lán)線)，得到一個(gè)差值，該值理論上等
4. 將百分表自鍵槽中心點(diǎn)處沿軸向由量塊的一端緩慢移動(dòng)到量塊的另一端(見(jiàn)圖5中紅線)，得到一個(gè)差值，該值理論上等于2H。
5. 根據(jù)“理論分析”中介紹的方法計(jì)算對(duì)稱度，判斷零件是否合格。
上述測(cè)量方法中測(cè)量步驟1～4比較容易操作，操作者在進(jìn)行步驟5時(shí)需根據(jù)“理論分析”中的方法計(jì)算對(duì)稱度。判斷零件是否合格的具體步驟是：首先，判斷OA與BC的方向是相反還是相同，如果相同，則再判斷H和Z的大小，以確定對(duì)稱度是2×(X+H)還是2×(X+Z);如果相反，則再判斷OA與BC的大小關(guān)系;如果OA≥BC，則對(duì)稱度為2×(X+H);如果OA小于BC，則再判斷X+H和Z-X的大小，以確定對(duì)稱度是2×(X+H)還是2×(Z-X);最后，比較對(duì)稱度與T(公差值)的大小以判斷零件是否合格。
綜上所述，該方法中的“步驟5”不僅計(jì)算煩索，而且需要操作者進(jìn)行判斷，因此很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，存在一定的質(zhì)量隱患，不符合“防呆防錯(cuò)”思想，因此有必要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。
四、柴油發(fā)電機(jī)曲軸鍵槽簡(jiǎn)化測(cè)量方法
簡(jiǎn)化的中心思想是“統(tǒng)一公式，去除判斷”，即不需操作者再進(jìn)行判斷，不做或做少量簡(jiǎn)單的運(yùn)算，由于“理論分析”中提到的判斷公式“X+H”、“X+Z”和“Z-X”均不大于“X+H+Z”，所以如果將判斷公式統(tǒng)一成“X+H+Z”，則無(wú)論是哪種情況，只會(huì)出現(xiàn)把合格品判斷成不合格品，而不會(huì)出現(xiàn)把不合格品判斷成合格品，從而避免了質(zhì)量隱患。這樣簡(jiǎn)化后，“步驟5”的計(jì)算步驟如下：計(jì)算(X+Z+H)的值;比較2×(X+Z+H)與T(公差值)的大小，判斷零件是否
由于這樣有將合格品判斷成不合格品的可能存在，因此當(dāng)出現(xiàn)“超差品”時(shí)，需要操作者或工程師進(jìn)行再次判別。
雖然該方法已經(jīng)較簡(jiǎn)單，但是還是需要進(jìn)行一次計(jì)算?；诖朔N情況，我們對(duì)判斷公式再次進(jìn)行了簡(jiǎn)化，即對(duì)“2×(X+Z+H)≤T(公差值)”進(jìn)行分解，相當(dāng)于把對(duì)稱度指標(biāo)分解成3個(gè)指標(biāo)，分別是鍵槽中心點(diǎn)的對(duì)稱度、徑向中心線的傾斜度和軸向中心線的傾斜度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保證能力，可以均勻分解，即分解成“X≤T(公差值)/6、Z≤T(公差值)/6和H≤T(公差值)/6”;也可不均勻分解，如分解為“X≤T(公差值)/4、Z≤T(公差值)/8和H≤T(公差值)/8”，這樣分解后“步驟5”的計(jì)算步驟簡(jiǎn)化為：比較X、Z和H與各自公差值的大小以判斷零件是否
由于操作者的個(gè)人習(xí)慣和能力存在差異，為了適應(yīng)不同的操作者，在現(xiàn)場(chǎng)，“2×(X+Z+H)≤T(公差值)”和“X≤T/?、Z≤T/?、H≤T/?”這兩種判斷方法都是允許使用的。
由于鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度在現(xiàn)場(chǎng)難以直接測(cè)量，而使用量塊間接測(cè)量時(shí)，其測(cè)量結(jié)果又非常不直觀，甚至可以說(shuō)理解上存在一定的難度。因此，在康明斯發(fā)電機(jī)廠家，關(guān)于鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度如何測(cè)量以及如何判斷還存在著些許分歧。本文就該問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，從理論上系統(tǒng)分析了鍵槽中心平面相對(duì)基準(zhǔn)平面的對(duì)稱度的測(cè)量方法和計(jì)算方法，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，提出了兩種較簡(jiǎn)單易行的測(cè)量和判別方法。
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