某增压器的整机动不平衡量偏大的工艺改进

刘石源，王小宁，全学鳌，刘麟，徐晓波，许贡

（1.湖南天雁机械有限责任公司，湖南衡阳421005；2.湖南省湘西土家族苗族自治州汽车运输总公司161车队，湖南吉首416000）

某增压器的整机动不平衡量偏大的工艺改进

刘石源1，王小宁1，全学鳌2，刘麟1，徐晓波1，许贡1

（1.湖南天雁机械有限责任公司，湖南衡阳421005；2.湖南省湘西土家族苗族自治州汽车运输总公司161车队，湖南吉首416000）

通过对某四缸柴油机用增压器的整机动平衡通过率低的原因分析，找到影响整机动平衡的主要原因，通过工艺参数的调整，使整机动平衡达到设计要求。

增压器；动平衡；改进

1 概述

涡轮增压器的应用范围越来越广，目前增压器向小型化、高压比、高转速、高可靠性等方向发展。由于转子不平衡会引起转子轴的挠曲和内应力，使增压器产生振动和噪声，加速轴承和密封零件的磨损，降低增压器的机械效率，严重时会引起叶轮和壳体相碰，导致涡轮转子系统的损坏。由转子的结构特点和工作状态，决定了增压器转子必须具备很高的动平衡精度。

目前，动平衡技术可分为工艺平衡法、现场整机平衡法及自动在线平衡法。平衡是相对的，而不平衡是绝对存在的；平衡的结果只是把不平衡减小到不会影响产品总体性能的程度。在生产线某四缸柴油机用增压器在整机动平衡工序通过率较低，合格率只有70%，严重影响装配整机的进度，导致整机返修率增加，生产效率降低，同时增加了产品出厂后的可靠性风险。

2 引起整机动不平衡量大的原因

引起整机动不平衡量的原因很多，主要有以下方面：涡轮转子、压气机叶轮及涡轮转子上的其它单件动不平衡量偏大；整机装配后涡轮转子轴发生变形；动平衡去重的位置及方法不对；装配人员的装配方法不对；动平衡设备不稳定等原因造成的。

2.1 涡轮转子动不衡量研究

针对以上引起整机动不平衡量偏大的原因，主要研究涡轮转子在机加过程中，机加工误差对增压器整机动不平衡的影响。

图1为涡轮与转子轴焊接后的机加工图，涡轮转子的关键尺寸有：φD和φd两轴连接处圆角R；螺纹MH-左螺纹中径相对基准轴φD的同轴度误差；d轴相对基准轴φD的同轴度误差。

图1 涡轮转子机加工图

图2为涡轮转子总成装配图，此种平衡方法是通过涡轮转子组件平衡后，装配整机时需要拆开再重新装配，对整机的动平衡有很大的影响，在现代高速涡轮增压器上，已经被淘汰，但是可以验证转子总成的静不平衡量是否符合设计要求。

图2 涡轮转子总成装配图

图3是增压器芯部零件装配图。整机动平衡是采用外气源吹动涡轮高速旋转，达到工艺要求时转速，检测此时的动不平衡量及角度，在相应的位置通过去掉一部分涡轮转子上的零件部分重量来降低动不平衡量。

图3 涡轮增压器芯部总成装配图

2.2 原因分析

由于增压器的所有旋转件都是装配在涡轮转子轴上，涡轮转子又是由涡轮与涡轮轴焊接而成，然后再机加工，所以涡轮转子对整机动不平衡量的影响最大，因此对涡轮转子进行分组抽样，检测涡轮转子在机加工过程中的零件尺寸是否符合图纸设计要求或者机加过程中存在变差。

（1）选取第一组用冷拉圆钢加工的涡轮转子检测。检测内容如下，数据如表1所示。①检测零件关键尺寸是否合符设计要求，是否对装配后的整机动平衡有影响。②在光学轮廓投影仪上测量涡轮转子的螺纹底径跳动的是否在公差范围内。③使用同一组螺母、叶轮、密封套、止推片增压器的芯部零件对不同编号的涡轮转子进行组合，使用千分表在偏摆仪上检测φD轴部跳动x3，目的是检测螺纹底径跳动对转子总成跳动的影响。④抽取10件某四缸柴油机用增压器整机动不平衡偏大的增压器，更换涡轮转子，使用千分表在偏摆仪上检测φD轴部跳动见图2中压端检查面与涡端检查面，目的是检测转子总成其它旋转部分零件对转子总成跳动的影响。⑤将涡轮转子总成上的零件逆时针旋转90°后旋紧锁紧螺母，在偏摆仪上使用千分表检测φD轴部跳动（同检测4中的部位），目的是检测转子总成上其它零件装配对转子总成的影响。⑥对检测4中的转子总成进行整机动平衡检测，然后进行整机动平衡，统计去重次数，目的是检测转子总成跳动对整机动平衡的影响。

表1 检测结果统计表

（2）选取第二组用冷拉圆钢加工的涡轮转子检测。检测内容如下，数据如表2所示。①在光学轮廓投影仪上测量螺纹底径跳动，并按编号进行实测值记录。②使用V型块和千分表检测φd轴相对基准轴φD的同轴度误差。

表2 检测结果统计表

（3）选取第三组用热模锻转子轴加工的涡轮转子检测。检测内容同第一组转子轴，数据如表3所示。

表3 检测结果统计表

2.3 检测结果分析

（1）第一组检测结果分析。第一组检测结果分析可以看出以下4点：①转子总成跳动对整机动平衡影响较大。②芯部零件装配方式对转子总成跳动影响较小。③芯部零件（止推片、隔套、密封套、锁紧螺母）主要影响涡轮转子总成跳动。④涡轮转子螺纹底径跳动主要影响转子总成跳动。

第三，新形势下的统战工作存有相当程度失衡现象。有许多统战工作人员，其工作的制度存在缺陷，工作的力度存有不足，其在统战工作中作为干部的作用未能确实发挥出来。除此之外，还有相当一部分统战社团的凝聚力相对较弱，也没有在工作过程中开展一些有利于统战工作的活动。[7]

（2）第二组检测结果分析。①涡轮转子螺纹底径跳动影响整机动平衡。②涡轮转子φd轴相对基准轴φD的同轴度误差存在超差现象，超差率占50%。

（3）第三组检测结果分析。①转子总成跳动影响整机动平衡。②芯部零件装配方式对转子总成跳动影响较小。③芯部零件（止退片、隔套、密封套、锁紧螺母）影响涡轮转子总成跳动.④涡轮转子螺纹底径跳动影响转子总成跳动。

2.4 影响因子

通过三次检测数据可以得出，涡轮转子总成装配跳动是影响四缸柴油机用增压器整机动平衡的主要因素，然而影响涡轮转子总成装配跳动（转子总成跳动应≤0.02mm）的因素包括以下部分。

（1）涡轮转子总成零件：止推片、隔套、密封套、锁紧螺母零件的精度及涡轮转子螺纹跳动精度要求。

（2）涡轮转子加后的内应力释放导致涡轮转子φd轴相对基准轴φD的同轴度超差。按照“6σ”模式对上述影响因子进行因果矩阵分析见表4，影响程度按照“0、1、3、9”进行分配，其中“0”表示影响程度最小，“9”表示影响程度最大。

表4 “6σ”模式分析结果统计表

从27个输入因子中进行降序排列，从中筛选出了10个影响程度不良的输入因子，下一步将对其“9”分以上输入因子：①涡轮转子螺纹跳动，②止推片端面平行度，③止推片端面平面度，④隔套端面平行度，⑤隔套端面平面度，⑥密封套端面平行度，⑦密封套端面平面度，⑧锁紧螺母螺纹要素，⑨锁紧螺母端面平面度，⑩锁紧螺母端面跳动；再进行FMEA分析，找出影响上述10个因子最关键的影响因子。

由于转子总成中的其它零件采取全尺寸检测，都符合设计要求，同时通过对其进行PFEMA分析，其影响因素小于涡轮转子的影响；因此对涡轮转子的螺纹跳动进行PFMEA分析，找出潜在影响因素，如表5所示。

表5 涡轮转子机加工PFEMA分析表

表6 高频淬火后回火保温H1分钟后，螺纹底径跳动变化表

表7 高频淬火后回火保温H2分钟后，螺纹底径跳动变化表

从表6可以看出，高频淬火回火时间为Hmin时，螺纹底径跳动变化范围在0～0.025，其中变差在0.01以上的约占50%；从表7可以看出，高频淬火回火时间为H2min时，螺纹底径跳动变化范围在-0.005～0.015，其中变差在0.01以上的约占12%；从表6、7可以看出，数控车工序螺纹底径跳动基本控制在0.02mm，但仍然存在个别超差现象。

3 改善效果

通过控制某四缸柴油机用增压器的涡轮转子螺纹底径的跳动值，某四缸柴油机用增压器的整机动平衡合格率大大提高，通过连续跟踪十一批次如表8合格率基本稳定在93.5%以上，但仍有约5%的废品率，后期还需继续进行改善。

表8 整改后的整机动平衡统计表

4 结语

（1）严格控制加工零件尺寸变差，降低涡轮转子的单件动不平衡量，能够降低整机的动不平衡量，减少在整机动平衡工序时的去重次数，提高工作效率。

（2）螺纹中径跳动主要影响涡轮增压器整机动不平衡量值。

（3）高频淬火回火工艺参数影响螺纹中径跳动误差，不合理的回火工艺参数会导致高频淬火应力无法完全消除，产生螺纹变形，影响涡轮增压器整机动平衡G值。

［1］朱大鑫涡轮增压与涡轮增压器［M］.北京:机械工业出版社，1992.

［2］周仁睦.转子动平衡—原理、方法、标准［M］.北京:化学工业出版社，1992.

［3］宫志国，魏名山.涡轮增压器动平衡技术研究［J］.车用发动机，2005，（12）：46-48.

［4］王延生，黄佑生.车辆发动机废气涡轮增压器［M］.北京：国防工业出版社，1984.

A Turbocharger of the Whole Maneuver Unbalanced Large Process improvement

LIU Shi-yuan1，WANG Xiao-ning1，QUAN Xue-ao2，LIU Ling1，XU Xiao-bo1，XU Gong1
（1.Hunan Tianyan Machinery Co.，Ltd.，Hengyang，Hunan 421005，China；2.Hunan Province Xiangxi Tujia and Miao Autonomous Prefecture Motor Transport Corporation 161 fleet，Hunan，Jishou 416000，China）

Based on the analysis of the reasons of the low dynamic passing rate of a turbocharger for a four-cylinder diesel engine，the main reason for the dynamic balance of the whole machine is found.Through the adjustment of the process parameters，the whole dynamic balance is designed.

supercharger；dynamic balance；improvement

TH877

A

2095-980X（2017）03-0065-03

2017-02-18

刘石源（1978-），男，工程师，大学本科，主要从事涡轮增压器设计与应用工作。