曲轴动平衡机的能力验证

　　0　引言

　　发动机中的曲轴为不对称工件,相比砂轮、电机转子、车轮、轮胎一类形状规则、对称的工件,不仅形状复杂,且不同品种之间的差别很大。所配置的用作调整的样件,起着类似其他动平衡机“校验转子”(也称“标准转子”、“检定转子”)的作用,但难以作为真正意义上的标准件(工作标准器),以量值溯源(或量值传递)的方式进行校准或检定。调查表明,从新设备验收到在用设备的定期检验,目前均缺少比较规范、严谨的评定方法,在很多企业,曲轴动平衡机的定期校准甚至没有开展。

　　本文提出,对于曲轴动平衡机,能力验证才是一种较为科学、合理的评定方法,而评定指标则采用测量能力指数Cg、Cgk。所谓能力,是指某一过程的运行水平满足技术标准的能力,用质量特性值正常波动的分散范围来表示。此处“过程”指的是工序运行、机床加工、设备检测等的实施过程。而测量能力指数则是指设备检测能力满足技术标准的程度。

　　1　数据采集及其处理

　　1.1　质量特性值的矢量特性

　　图1是曲轴动平衡的示意图。工件法兰端的支承面T1和轴头端的支承面T2为不平衡量这一质量特性值的评定部位,也称为公差面。然而实施动平衡操作的钻削去重面,是进行测试时附加不平衡块的工作面,为靠近法兰端和轴头的二扇形板,即扇形修正面K1和K2(简称扇形面1和2)。不平衡量的单位是g·cm或g·mm,它是一个矢量,除了量值U外还有对应的相位角W。作为二维的极坐标,相位角规定从垂直向上的轴线起算。图1两组平面所对应的不平衡量之间有着很简单的转换关系(见图下方)。在动平衡机支承工件的两端,即图1中的T1、T2面处,设置有感应不平衡量的传感器,被检测、修正的曲轴的不平衡量就是从这两个传感器被检出,其量值U分别用U′1r和U′2r表示,其相位角W则分别用W′1r和W′2r表示。但U′1r和U′2r可以分解到靠近二端的修正面K1和K2,此时的不平衡量的量值U分别为U1K和U2K,而其相位角W则分别用W1K和W2K表示。从图1下方的转换公式可见,两者之间呈简单的定常数比例关系。专用设备实施的动平衡操作,就是根据测得的U′1r和U′2r,在曲轴的两扇形修正面K1和K2上按照相位角W1K和W2K决定的方位,利用钻削方式定向地去除一定的重量,而钻削的深度就取决于不平衡量的量值U1K和U2K。至于利用能力验证的方法对曲轴动平衡机进行测试、评定时,由于不涉及去重、修正,为简化起见,均明确规定按a=0、c=0处理。

　　用户可以通过供货厂商得到针对某一产品的曲轴样件,在经过厂商自己配备的高精度动平衡机(一般由通用平衡机改装)测试、修整后,其残余不平衡量已很小。同时得到的还有若干不平衡块,它(们)的质量经精确称量。如果图1中的工件为样件,并将标称质量为M1K的不平衡块分别附加在样件的修正面K1和K2的位于顶端的孔中,不平衡块M1K质心到样件轴线的距离R1K是定值,由此可以得到此时的不平衡量U1K=M1KR1K对应的相位角W1K=0°,对附加量移到修正面K2时的情况相同。把上述情况下的不平衡量沿水平、垂直2个方向进行分解:。显然,因为W1K=0, U1K=M1k·R1K故有H′Test1=0,而VTest1=M1KR1K。