曲轴制造定位误差的分析计算

李红娟　孟刚

摘要：文章论述了曲轴加工定位时，产生定位误差的原因。对曲轴加工定位误差进行了分析，同时介绍了用简便计算方法计算定位误差。提出了减少定位誤差的措施。

关键词：曲轴；定位误差；分析；简便计算

曲轴是发动机中最重要的机件之一。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩，然后通过飞轮输出[1]。在发动机工作中曲轴承受周期变化的气体压力、旋转质量的离心力、往复惯性力以及它们的力矩的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，产生疲劳应力状态。这就要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨。

随着汽车工业的发展，在汽车制造业中，加工曲轴不仅产量大，而且加工精度高。这就要求在加工中严格控制加工误差。影响加工误差的因素很多，本文仅对制造加工中定位所造成的定位误差进行分析计算。

一、曲轴的主要技术要求

（一）主轴颈、连杆轴颈本身的精度

曲轴主轴颈、连杆轴颈的直径尺寸公差等级通常为IT6～IT7；主轴颈的直径极限偏差为0.15～+0.05mm；曲拐半径极限偏差为±0.05mm；曲轴的轴向尺寸极限偏差为±0.15～±0.50mm[2]。

（二）轴颈长度及形状精度

轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度公差应控制在尺寸公差的1/2之内。

（三）曲轴的位置精度

曲轴的位置精度包括：主轴颈与连杆轴颈的平行度，一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速发动机曲轴为0.025mm，中大型低速发动机曲轴为0.03～0.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于±30[2]。

二、曲轴产生定位误差的原因

当用调整法加工一批工件时，工件是通过机床夹具固定在加工设备上的，工件在机床夹具上的定位过程中，工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量称为定位误差。

产生定位误差的原因有两个：一是工序基准与定位基准不重合，引起基准不重合误差；二是定位基准（基面）与定位元件本身存在制造误差和最小配合间隙，使定位基准偏离其理想位置，产生基准位移误差。

三、曲轴加工定位误差的分析与计算

（一）曲轴加工定位误差的分析

曲轴在加工时，用主轴颈在V型块或半圆上定位。连杆轴颈的加工是用偏心夹紧机构。在定位过程中，两定位支撑点A、B的中心连线O1O2是定位基准，同时也是加工时的工序基准。因此，定位基准与工序基准重合，基准不重合误差等于零。由此可知，只需计算出基准位移误差，就可得到定位误差值。

基准位移误差包括两类：一是沿轴线方向的纵向定位误差；二是基准O1O2偏离理想位置的转动的基准位移误差。应着重考虑转动的基准位移误差。

对于转动的基准位移误差，如图1所示。设中心O1在O′1和O"1之间变动，因此，中心线O1O2有两种极端变动：一种是从O′1O′2变到O"1O"2；另一种是从O′1O"2变动到O"1O′2。计算定位误差时，首先应分析哪一种情况会引起工序基准产生最大位移，以最大位移部位来计算定位误差。

（二）定位误差的计算

1.加工部位位于两定位点之间

当加工部位位于两定位点之间时，如图2所示。加工部位M1位于两定位支点A、B间的X点，此时，工序尺寸E的基准位移量FG最大。其特点是F、G两点分别在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的两腰上。

加工部位位于两定位点之外时，如图3所示。加工部位M2位于两定位支点之外的X点，此时工序尺寸H的基准位移量QS最大。其特点是Q、S两点分别在等腰梯形O′1O′2O"2O"1的两对角线O′1O"2、O"1O′2的延长线上。

曲轴加工中，工序尺寸H的定位误差用简便方法计算为：

ΔX+ΔALAX=ΔB+ΔALAB

ΔXLAB=ΔALBX+ΔBLAX

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB（式2）

四、定位误差值的确定

如前所述，曲轴轴颈以V型块定位，两端V型块A、B定位时定位误差分别为：

ΔA=TdA2sinα2（式3）

ΔB=TdB2sinα2（式4）

式中：ΔA、ΔB—分别为A、B点V型块定位的定位误差；

TdA、TdB—分别为定位点处曲轴轴颈的公差；

α—为V型定位块斜面夹角（常用α=90°）

（1）若加工部位位于两定位点之间时：

设TdA=0.04mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=200mm，α=90°。则定位误差计算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔBLAX+ΔALXBLAB=0.033×200+0.028×400600=0.030（mm）

（2）若加工部位在两定位点之外时：

设TdA=0.040mm；TdB=0.046mm；LAB=600mm；LAX=800mm，α=90°。则定位误差计算如下：

ΔA=TdA2sinα2=0.028

ΔB=TdB2sinα2=0.033

ΔX=ΔALBX+ΔBLAXLAB=0.028×200+0.033×800600=0.053（mm）

五、结语

综上所述曲轴定位误差的分析与简化计算的结果来看，工序尺寸位于两定点之外时，引起的定位误差较大。因此，为了减小定位误差，可采取如下措施：

（1）提高定位元件和轴颈的尺寸精度；

（2）增大两定位点的中心距，应尽量使两定位点布置的远些；

（3）尽量使加工部位位于两定位点之间。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造（上册）[M].北京：机械工业出版社，2005，70.

[2]曾东建.汽车制造工艺学.北京：机械工业出版，2008.

作者简介： 李红娟（1989 ），女，宁夏人，硕士，助教，机电系统智能控制，从事汽车服务工程教学工作。