曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的研发与设计

钱宝石

（大连智云自动化装备股份有限公司 ，辽宁 大连 116039）

曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的研发与设计

钱宝石

（大连智云自动化装备股份有限公司 ，辽宁 大连 116039）

在发动机装配过程中，发动机曲轴回转力矩和轴向间隙是两个较为关键的质量参数，本文介绍了曲轴回转力矩及轴向间隙在线自动测量的关键技术，以及设计过程中的注意事项，对测量技术研究人员具有一定的参考价值。

曲轴；回转力矩；轴向间隙；发动机；装配

CLC NO.:U464.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-45-02

背景

汽车发动机的主轴(曲轴、凸轮轴等)部件、活塞工装配质量对发动机的性能影响很大，其影响的重要指标之一就是主轴旋转时摩擦力矩的大小。因此在发动机装配过程中，在主轴部件和活塞部件组装后都设有主轴摩擦力矩检测工位。如果曲轴回转力矩过大或过小，说明装配存在缺陷，可能造成曲轴卡死或空转对整机装配造成严重影响。发动机曲轴的轴向限位装置为两个半圆形的止推垫片，分别安装

在发动机气缸体第四道主轴承座的两侧，并支承载轴承盖上。如果曲轴的轴向窜动量过大，可能会造成曲轴、气缸体、轴承盖等处急剧擦伤，产生不正常的响声。如不及时地检查和调整，不但止推片的磨损速度会急剧增加，而且止推片还会掉入油底壳中，造成发动机损坏。

国内某公司在发动机装配的过程中，多次出现曲轴旋转力矩值超差现象，直接影响到了整机的装配质量和装配进度，并引发大量用户索赔的现象。因此研发与设计发动机装配中曲轴回转力矩和轴向间隙的实时在线测量机，具有重要意义。

1、曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的功能概述

曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的基本功能是自动测量发动机没有装配活塞时的曲轴回转力矩以及曲轴的轴向间隙。机床自动对测量结果进行判断，并把检测结果显示在工控机上。

如图1，托盘带着工件进入本工位，经托盘定位装置定位后，升降装置下降到指定高度，夹紧缸体，依次自动测量曲轴回转力矩和轴向间隙（自动对测量结果进行判断），将缸体松开，升降装置上升到原位，托盘定位装置退回，托盘放行。

2、曲轴回转力矩及轴向间隙测量机各部分构成及工作原理

曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的主要部件有：

基础定位部分：底座、立柱、托盘定位装置。

功能部分：升降装置、力矩测量装置、间隙测量装置。

辅助部分：润滑装置、防护、气动设备、电气设备等。

2.1 基础定位部分

底座、立柱：作为各部件安装的基础。底座底部安装调整设备用的调整地脚；当工件较大，机床较大时，要慎重考虑机床基础的刚性。

托盘定位装置：托盘定位装置安装在底座上，托盘带着工件进入本工位，经托盘定位装置实现托盘的精确定位。

2.2 功能部分的工作原理

2.2.1 升降装置

升降装置主要由驱动部分和导向部分组成。当载荷较小时，优先采用气缸驱动。当载荷较大时，优先选用电机驱动。升降装置需要停止的位置数大于2时，可采用伺服电机驱动。电机驱动时载荷较大时要考虑在升降装置上增加平衡气缸，一般在立柱左右两侧各安装一个平衡气缸（气缸升降时不加平衡气缸）。选取平衡气缸时要估算载荷重量，原则上平衡气缸要能平衡掉所有载荷重量。平衡气缸要配精密减压阀，调试时通过调节减压阀的压力，使升降电机用很小的力就能驱动升降装置。

导向部分采用直线导轨滑块结构，滚珠丝杠传递动力（电机驱动时）。

2.2.2 回转力矩测量装置

力矩测量装置一般有两种方式：电动扳手回转，测量；伺服电机回转，扭矩传感器测量。两种方式比较详见表1。

表1

本文以伺服电机回转方式进行说明。如图2所示，用伺服电机进行回转，用联轴器将电机轴和扭矩传感器联在一起，扭矩传感器和回转盘之间通过扭矩限制器进行联接。扭矩限制器的作用是保护扭矩传感器和伺服电机，当回转力矩大于扭矩限制器的保护值（保护值可以在一定范围内进行设定）时，扭矩限制器内部自动脱落，电机空转，从而起到保护作用。人工复位后扭矩限制器正常工作。

2.2.3 间隙测量装置

间隙测量装置采用位移传感器进行测量。缸体夹紧的前提下，左（力小的一端，暂定为左侧）推靠气缸先推靠曲轴，位移传感器有一个读数A；右（力大的一端，暂定为右侧）推靠气缸（力量比左推靠气缸大）推靠曲轴（左推靠气缸一直处于推靠状态），位移传感器有一个读数B。B减去A所得的差即为曲轴的轴向间隙。

3、结论

随着汽车企业规模的不断扩大，生产节拍不断提高，对发动机自动装配设备的研究越来越受到研发部门的重视。

本文所设计的曲轴回转力矩及轴向间隙测量机能够满足发动机生产企业对质量及效率的要求，该设备使用PLC控制，自动化程度高，劳动强度低，工作效率高，对测出的技术数据自动采集处理，不合格具有自动报警提示，整个设备噪音低，安全可靠。该设备的使用，对我国发动机装配技术的发展具有促进作用。

[1] 郑 军，发动机原理与汽车理论【M】.天津：天津科学技术出版社，2009.

[2] 李 军，汽车发动机构造与维修【M】.重庆：重庆大学出版社，2006.

[3] 王荔岩，发动机装配技术浅谈【J】.黑龙江科技信息，2010（23）:49.

[4] 孙立琴等，汽车发动机和变速箱自动化装配技术【J】.工艺与装备，2009（3:）：59-62.

Design of crankshaft rotation torque and axial clearance measurement machine

Qian Baoshi
（Dalian Zhiyun Automation Equipment Co., Ltd., Dalian Liaoning 116039）

Engine crankshaft rotation torque and axial clearance are two key parameters in the process of engine assembly, This paper mainly introduces the key technologies of the crankshaft rotation torque and axial clearance on-line measurement automatically, as well as the matters needing attention in the process of design, it has a lot of reference value for designer who is researching the measurement technology.

crankshaft; rotation torque; axial clearance; engine; assembling

U 464.2

A

1671-7988(2014)08-45-02

钱宝石，就职于大连智云自动化装备股份有限公司。