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柴油发电机零件弯曲变形的误差检验 |
摘要：柴油发电机各总成的基础件和主要零件在使用中产生不同程度的变形，它破坏了零件的相互装配关系，甚至使柴油发电机和总成的性能变坏，降低了柴油发电机的动力性，增加燃料消耗，缩短柴油发电机的使用寿命。在柴油发电机修理技术标准中，零件形位误差占的比例比较大，其中以圆跳动、平面度、圆柱度、平行度和垂直度等特征项目使用最多，是柴油发电机零件修理中形位误差检测的主要内容。根据柴油发电机总成和基础件的功能要求，在技术上可行、经济上合理的前提下，对其提出了相应的形状和位置公差的要求，这对于柴油发电机的修理质量有重要的影响。
一、形位公差的概念和影响
1、形位公差的定义
通常，在柴油机图样上给出的零件是没有误差的理想几何体，如图1所示。但是，在加工过程中由于机床、夹具、刀具和工件所组成的工艺系统本身存在各种误差，以及加工过程中出现受变形、振动、磨损等各种干扰，使加工后零件的实际形状和相互位置，与理想几何体规定的形状以及线、面相互位置存在差异，这种形状上的差异就是形状误差，相互位置之间的差异就是位置误差，它们统称为形状和位置的误差，简称形位误差。柴油机零件特征项目和符号如图2所示。
2、形位公差的影响
柴油发电机零件的形位误差对其使用性能会产生以下影响：
（1） 影响零件的功能要求。
例如，主轴两支承轴颈的形位误差会影响主轴的回转精；齿轮箱上各轴承孔的位置误差将影响齿面承载能力和齿轮副的侧隙。有结合要求的平面形状误差将影响结合的密封性，并因接触的减小面降低承载能力等。
（2） 影响零件的配合性质。
例如，对于圆柱结合的间隙配合，圆柱表面的形状误差会使间隙大小分布不均，当配合件发生相对转动时，磨损加快，降低零件的工作寿命和运动精度。
（3） 影响零件的自同装配性。
例如，花键轴各键的位置误差将影响与花键孔的联结；箱盖、法兰盘等零件上各螺栓孔出现位置误差将难以自由装配。
形状公差标准是重要的基础标准之一。我国参照国际准，重新修订并以颁布实施的《形状和位置公差》国家标准有GB/T1182-1996《形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法》、GB/T1184-1996《形状和位置公差未注公差值》、GB4249-1996》《公差原则》、GB/T16671-1996《形状位置公差最大实体要求、最小实体要求和可逆要求》等。在形位误差检测方面，也颁布了一系列国家标准和行业标准，如GB/T1958-1980《形状和位置公差检测规定》、直线度、平面度、圆度、同轴度误差检测以及位置功能量规标准等。
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图1 柴油机零件的几何要素 |
图2 柴油机零件特征项目和符号 |
二、零件轴线误差的检测
1、轴线直线度误差的检测
轴线的直线度是指柴油机轴线中心要素的形状误差，示例如图3所示。在检测时，直线度大小只与轴线本身的形状有关，而与测量时的支撑位置无关。符合轴线直线度定义的测量方法是相当复杂的，在实际检测中，轴线的直线度误差常用简单的径向圆跳动来代替，这样获得的检测数值是近似的，在一般的柴油发电机生产中已能满足技术要求的精确度。
轴颈表面的径向跳动是位置误差，是指在轴的同一横截面上被测表面到基准轴线的半径变化量，它是对关联要素说的，其径向跳动量的大小与基准的选取有关，因轴的支撑方式和位置的不同而变化。对于同一被测零件来说，径向圆跳动误差的数值是轴线直线度误差的2倍甚至更大。所以，在柴油机测量方法上，轴线的直线度误差可以用测径向圆跳动来代替。直线度的检测多用于等直轴或孔上，特别是在工作时易于产生弯曲变形和可以校直的轴类上。当轴发生弯曲变形时，其轴线的直线度发生了变化。在实际修理生产中通常用近似的方法进行轴线直线度误差的检测。首先检查和校正中心孔的位置，使两端中心线位于同一水平高度；检测时，转动轴并在轴向的不同位置进行测量，记下最大径向圆跳动的部位与数值，则最大圆跳动数值的一半即可作为其轴线直线度误差，以其作为校正的依据。
2、同轴度误差的检测
同轴度是指被测轴线对基准轴线的误差，测量方法如图4所示。它是指柴油机零件两个轴线之间的位置关系，在数值上等于被测轴线偏离基准轴线最大距离的2倍。同轴度包括被测轴线的形状误差，同时也包括了其位置误差。这样，对于同一根轴当选择的基准不同时，同轴度误差会有很大变化。所以，检测同轴度时，首先要选择好基准。同轴度的检测多用于阶梯轴和阶梯孔，其误差的产生是来源于加工时轴线的偏离或工作时的偏磨造成的，同轴度是属于位置公差中的定位误差，它是用来控制被测轴线与基准轴线的同轴度的。同轴度的公差带是以公差值为直径，且在基准轴线同轴的圆柱体内。同轴度误差的检测，经常用径向圆跳动法来代替，且把最大径向圆跳动数值直接作为同轴度误差使用。这是由于在圆度误差比较小时径向圆跳动与同轴度误差值相近似。
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图3 柴油机轴线直线度示意图 |
图4 曲轴同轴度测量 |
三、零件位置公差的检测
1、圆跳动的检测
圆跳动是位置公差，它包括有径向圆跳动和端面圆跳动等。径向圆跳动的检测，在检测圆柱面的跳动量时，基准轴线自身还有同轴度误差，所以实际测得的径向圆跳动，也必然反映出同轴度误差，因而跳动是这些形状和位置误差综合反映的结果。被测表面对基准轴线径向圆跳动的检测方法∶使用V形支撑，置于平台上进行检测。用这种方法检测的结果，要受到V形架角度和基准的实际要素形状误差的影响。但是，一般轴类表面的径向圆跳动用这种方法检测的结果都能满足技术标准的要求，而且这种方法简单实用。
2、平行度与垂直度的检测
平行度与垂直度都属于位置公差，其误差是相对于基准要素而言的。用来确定被测要素方位的要素称为基准要素，通常称为基准。平行度和垂直度误差的检测是在基准要素和实际被测要素之间进行的，其中基准是确定实际被测要素公差带方位的根据。实际上测量位置误差时，常常是采用模拟法来体现基准。如以平板工作表面模拟基准平面，用心轴轴线模拟基准轴线。
平行度误差可以分为平面对平面，直线对平面，平面对直线和直线对直线的平行度误差四种。不同的平行度要求不同的检测基准，基准不同其检测方法也不相同。因此，在平行度误差的检测中，确定基准的工作很重要。作为基准使用的实际要素（平面或直线）应排除其形状误差的影响，按最小条件确定测量基准。测量时，一般不排除被测更素形状误差的影响。这主要是考虑到形状误差对于位置误差来说，一般较小可以忽略，排除形状误差比较困难，在位置误差中包括了被测要素的形状误差，亦即提高了对柴油发电机零件的精度要求。
四、零件形状公差的检测
1、平面度的检测
柴油机零件（通常指柴油发电机气缸体和缸盖，如图5、图6所示）的平面度表示一个平面不平的程度，是零件表面的形状误差，其表面误差的状况要影响到零件配合的位置精度和密封效果。所以对于零件的配合平面和工作平面都有平面度公差的要求。对于一个平面的形状误差来说，平面度和给定平面内的直线度有一定的联系，直线度误差表示被测直线方向的垂直平面内形状误差，而平面度误差是指被测平面在其垂直的任意方向的给定平面内的形状误差。也可以认为，平面度误差是被测平面内各个方向的最大直线度误差。当然，从定义上和数值上两者又不是完全相同的。给定平面的直线度公差带是两条平行直线，而平面度公差带是两个平行的平面。也可以用各个方向的直线度误差的检测代替平面度误差的检测，但这样测得的误差值往往不准。
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图5 气缸体上视图 |
图6 气缸体上下二等角轴测图 |
2、圆度与圆柱度的检测
圆度公差主要用于气缸的形状公差，它是指加工后在垂直于轴线的任意正截面上的实际轮廓必须位于半径差为公差值的两个同心圆之间。圆度与椭圆度比较无论从概念上、数值上和测量方法上都不相同。圆柱度是指实际圆柱面必须位于半径差为公差值的两同轴圆柱面之间。而圆度是指在同一轴向剖面内最大和最小直径之差，并用各轴剖面中最大差值作为被测圆柱面的圆柱度误差值，但其测量是在直径方向进行的，不能反映轴线的直线度误差和横截面的圆度误差情况。而圆柱度能对圆柱面纵横截面各种轮廓误差进行综合反映，圆柱度是一个空间概念，圆柱度值为整个圆柱表面各点到理想轴线的最大与最小距离之差。但由于这一理想轴线是未知的，难以进行检测。目前还没有一种符合定义又便于修理生产的检测方法。下面介绍在修理生产中有效的测量方法。
（1）圆度的检测
圆度公差是在同一横截面上实际圆对理想圆所允许的最大变动量。圆度误差常用两点法进行测量。在修理生产中经常以垂直和水平两方向最大直径差值之半，作为圆度误差值。检测方法如图7所示，实践证明两点法的检测结果完全可以满足生产的要求。为便于生产中的检测，又把圆度误差定为原标准中椭圆度值之半。这样规定使测量方法简便、实用，又不降低技术标准要求。
（2）圆柱度的检测
圆柱度公差是实际圆柱面对理想圆柱面所允许的最大变动量。圆柱度误差用两点法测量，其值为指示器读数差值的一半。在柴油发电机修理生产中常用两点法测量轴类和孔类零件，并允许用不同万位的最大与最小直径差，并用其半径作为圆柱度误差。例如气缸圆柱度误差仍用原来的百分表测量，将原测量的圆柱度差值减半，再与标准进行比较，如图8所示。在一般情况下所有圆柱度误差值都大于原圆柱度误差值之半。所以用圆柱度公差值之半作为圆柱度公差值标准是提高了对圆柱表面的精度要求。但是用两点法检测圆柱度误差时，不能包括轴线的直线度误差，目前只作为代用方法使用。
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图7 曲轴间隙和圆度测量位置 |
图8 柴油机曲轴圆柱度和弯曲变形检查 |
总结：
柴油发电机零件在加工过程中，不仅有尺寸误差，而且会产生形状和位置误差。柴油机零件形位误差对机构、仪器的使用功能影响很大。因此，仅控制尺寸误差尺寸误有时仍难以保证零件的工作精度、联结强度、密封性、运动平衡性、耐磨性和可装配性等方面的要求，特别在高温、高压、高速重载等条件下工作的精密机械影响很大。因此，柴油发电机零件时必须根据零件的功能要求，并考虑制造时的经济性，对其形位误差加以必要且合理的限制，即合理地确定零件的形位误差。
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