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发动机飞轮导向轴承安装卡滞问题探讨

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陈维余 杨合安

(潍柴(潍坊)中型柴油机有限公司,山东潍坊,261109)

  摘 要:车用柴油机由于连接变速器的需要,在飞轮中心孔处设计了导向轴承。它的作用是:支承变速器第一轴的前端,并为其导向,使得发动机与离合器接触平稳,输出动力平顺。它的安装状态、技术状况的好坏,直接影响柴油机飞轮中心孔、及变速器第一轴的同轴度。会导致飞轮壳内部异响、变速器第一轴常啮合齿轮严重磨损等故障。安装过程如果出现轴承转动卡滞的现象,严重影响生产效率和装配质量。对此,我们从加工制造和装配等环节做了分析探讨,会同设计部门共同解决轴承安装卡滞的问题。

  关键词:飞轮中心孔;导向轴承;卡滞

  1 概述

  本文仅探讨车用柴油机飞轮导向轴承安装过程中,出现轴承运转卡滞的现象及解决方案。

  在实际生产中,飞轮导向轴承装配安排在柴油机试车下线后进行。利用专用工装完成。结果经常出现轴承转动卡滞的现象,又需要拆下轴承,修磨飞轮中心孔,再次重新安装导向轴承。导致作业效率严重下降,装配质量难以有效控制,装配一致性难以保证;工人的劳动强度数倍加大。如何解决此问题成当务之急。

  2 飞轮中心孔技术要求和图纸介绍

  技术图纸如图1所示:


  从以上图纸可以看出:

  飞轮中心导向轴承安装孔直径Φ52M7,公差(0,-0.03)mm;周围非均匀分布6个螺栓孔,沉孔直径Φ26mm;沉孔直径Φ17.5mm。

  在导向轴承安装过程中,引起卡滞结果的因素包括以下几个方面:

  导向轴承自身加工制造的因素;飞轮中心孔加工制造的因素;螺栓把紧力矩导致材料变形的因素;装配导向轴承方式方法的因素等等。

  下面我们详细分析所列的几方面造成的影响,以期找到导致轴承卡滞最主要的影响因素。

  3 导向轴承自身问题检查

  检查导向轴承加工制造是否存在超出标准的现象。

  导向轴承为外购标准件,型号规格为:6205-2RS,相关尺寸有:

  外径:Φ520-0.011mm;内径:Φ250-0.008mm;宽度:150-0.12mm

  在安装过程中,造成卡滞起主要作用的是轴承外径。为此,抽取10件轴承,我们利用精度2.8um的三坐标测量机测量外径。

  测量结果如表1所示:


  从表1,10件轴承外径测量结果来看,最大直径:51.9987mm,最小直径:51.9930mm。直径均在公差范围内,但大致分布在公差带的上半部分。

  4 飞轮加工制造及装配问题的影响:

  (1)飞轮中心孔在飞轮安装前后内径变化的考察:

  飞轮有专门的制造单位依照技术要求加工,作为外协件采购进厂。

  为了考察飞轮中心孔的加工精度,在柴油机总装待上线工位,随机抽取10件飞轮并标记,利用内径千分表测量其中心孔直径。

  在柴油机台架试验结束,二次把紧飞轮待安装轴承工位,对这10件飞轮进行跟踪测量。重新利用同一支内径千分表、同一人员测量所标记的飞轮内径。

  测量结果的统计图如图2所示:


  从图2可以看出,飞轮上线前的中心孔直径大部分分布在Φ520-0.03的公差下1/3处,这也符合对孔径的加工往往偏公差下限的特点。

  明显的,可以看出,螺栓把紧前后,飞轮中心孔直径缩小。平均缩小值在0.02mm。飞轮中心孔直径均已经超出公差下限。最大的已经达到-0.07mm。

  (2)飞轮螺栓把紧力矩对中心孔直径影响:

  技术要求飞轮把紧力矩为285-295牛顿米。

  参照前面图1图纸知道,沉孔深度16mm,螺栓孔深度为21.5mm。

  下面计算螺栓孔壁到中心孔壁的壁厚。

  沉孔部分的壁厚:b1=82/2-26/2-52/2=2mm

  螺栓孔部分的壁厚:b2=82/2-17.5/2-52/2=6.25mm

  飞轮把紧力矩产生的压紧力:根据经验公式M=K×P×d×10计算压紧力。

  其中M:力矩;P:压紧力;K:拧紧力系数;d:螺栓直径。则有:

  M=290Nm;螺栓为M16-6H,所以d=16mm;一般加工表面K取0.2。

  所以P=M/2/d=290/2/0.016=9062N。

  把紧螺栓依约9KN的压力施加作用,势必引起金属材料的受压弹性变形。

  弹性变形量的计算:螺栓孔的受压变形,可以参考钢管的受压变形模式。这样就有计算公式:δ=FL/ES。

  式中δ:变形量(米);F:压力(牛顿);E:弹性模量,对于铸铁,一般取E=120×109Pa;S:截面积(米2)。

  则有:δ=FL/ES=9062×0.0215÷(120×109)÷3.14÷[(0.0262-0.01752)÷22]=0.006(mm)

  根据金属材料变形前后总体积不变的的原则,螺栓孔周边材料会向四周延展。考虑到飞轮中心孔周围分布的6个螺栓孔距离中心孔壁厚b1、b2很薄、其他方向材料很厚的情况,材料的延展量集中向中心延展。从实测中心孔径平均变形量0.02mm来看,符合实际情况。

  可以得出以下结论:飞轮中心孔孔径在螺栓把紧后,孔径变小的原因主要来自于螺栓的把紧力矩造成的变形。

  (3)螺栓把紧工艺的影响:飞轮中心孔周围六个螺栓孔,在导向轴承安装前,经过台架试验,存在二次把紧的情况,且是利用定扭扳手逐个把紧,会造成飞轮中心孔变形量不均匀。

  5 改善的方法

  (1)现场作业时,发现轴承安装卡滞后,退出轴承,利用铰刀或者砂轮,对飞轮中心孔实施修磨。再次装入轴承,检查是否正常。当遇到大批量轴承卡滞时,带来非常棘手的难题。

  这种措施存在以下缺点:修磨量无法准确控制;退出轴承时容易造成轴承异常,甚至损坏;人工工作量增加、降低工作效率;轴承装配一致性变坏。

  (2)更改飞轮中心孔加工工艺要求。飞轮中心孔公差要求(0,-0.03)mm,实质是为了确保轴承安装后,为过盈配合。但是,由于中心孔周围六个螺栓孔把紧后,引起变形,导致孔径减小,造成过度过盈。再加上把紧力矩引起的不均匀变形,导致轴承卡滞。导向轴承有轴承座,不会导致离合器轴伸缩时脱出。

  经过各方对接验证,在技术要求上,将导向孔由Φ52M7提高到Φ52H7,也即提高0.03mm,抵消中心孔径的变形。即保证过盈配合,又可消除安装过程出现卡滞。杜绝由此带来的一系列不利影响。

  (3)实际改善和创新效果:经过改进飞轮中心孔加工工艺后,在半年的时间周期来看,还没有出现一例卡滞现象。

  6 结论

  通过对某型车用柴油机飞轮导向轴承安装作业中,出现的轴承安装卡滞问题的调研、测量、分析和探讨,有根有据的提出飞轮加工工艺的修订,有效的改善装配作业的浪费,同时满足装配质量的要求。彻底消除了卡滞问题,实施达到预期效果。

  参考文献:

  [1]潘成刚.金属压力加工的变形基础[J].高等教育,2012(04).

  [2]汤安民,王忠民,李智慧.金属材料弹塑性加、卸载时弹性变形大小与分布[J].西安理工大学学报,1006-4710.

来源:《山东工业技术》2016年20期