汽车发动机检测工装设计

2018-05-11姜向京

汽车零部件 2018年2期

姜向京

(广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700)

0 引言

一台完整的汽车由许多不同的零部件和内饰件组成，每个零部件检测试验合格后才能装车售卖，其外形尺寸、材质、性能、可靠性都是考核的试验项目，最后再装车调试。汽车内所有部件检测试验中，发动机试验为重中之重，危险隐患也最大，如工装设计考虑不周全，就会引起安全隐患。试验中有汽油、高温、高速，所以整套工装设计很复杂，各项专业技能互相配合，才能实现一项完整的发动机检测工装，每次都需现场划线、钻孔、安装，还要对试验环境做改善、对装配精度定要求等。以下是每项专业技能的介绍和心得。

1 画线

画线最重要的是基准的选择，选好基准后，仔细分析图纸尺寸，选好基准面固定。下一步需要放置工件调好平行，一般选择精度高的铁平台，校准好工件的中心线、加工面跟平台平行。样件形状不规则的，必要时借助方箱、螺纹调节顶等工具来校基准。画线校基准是工件加工前重要的一个工序，操作要细心，车上经常有一些大工件，由于安装受限，不能通过万能分度头仪器辅助，只能通过几何知识来作业，完成后参照着图纸一一检查验证，整个工作要仔细多检查[1]。

2 钻孔

钻孔是一项常用技能，操作不当钻头很容易断裂，不熟练也容易钻偏，钻孔时先检查钻头是否合要求，选择好钻头的类型，麻花钻是用来钻金属的，此种类型的钻头硬度很高，切削散热快，作业时双手扶稳，垂直加力，多清除废屑，多添加冷却液[1]。

3 装配

装配看似简单，觉得装上去压紧螺丝就行了，其实不是，因为工件安装后，还有一个内应力要考虑，如果不分析清楚，这样的零部件寿命可能很短，可能很快就会磨损断裂。装配图拿到后首先分析设计者的思路，注意技术要求，分析图纸视图，分析结构的形状, 分析关键尺寸，最后综合分析整图。第2步就是检测工件的尺寸，这个工序不能忽视。虽然只有合格的零件才入库房，但是工件加工都是有公差的，一个固定孔有上偏差和下偏差，在公差范围内的零件都是合格产品。一个销也一样有公差，如果一个下偏差的销，被安装到一个上偏差的孔里，则间隙很大，短时间内没有问题，但会导致机器使用寿命不长。虽然公司都有品检员，但是他们只检查工件是否在图纸设计公差范围内。所以装配时一定要细心，多实践，不但要考虑尺寸公差，还要考虑形位公差、哪些安装要过渡配合、哪些安装要过盈配合等，保证每个工件装配的质量[1]。

作者从事发动机检测工作，主要负责发动机试验时的工装夹具设计。发动机是汽车的动力装置，人们通常把发动机比作汽车的心脏[3]，由此可见发动机在汽车里的重要性。发动机机械效率是影响汽车运行效果的重要因素，探讨提高汽车发动机机械效率的使用措施具有非常重要的研究意义[4],所以整车厂对发动机的机械设计、性能和可靠性也尤为关注，需要大量的试验数据来分析改善。

4 发动机试验的检测环境

环境条件都要模拟汽车的真实工况才能得到准确数据，因为汽车冬天有可能行驶在寒冷的东北，夏天在新疆戈壁滩、西藏的高原等，这些数据需要通过检测设备试验得出，试验间在通风、隔音、防爆的前提下，还有室温、水温、油温、大气压力等都需要调节监控。

5 发动机试验的检测转速

汽车正常行驶状态，路面行驶速度不大于120 km/h，挂上5挡，仪表显示发动机转速约3 500 r/min。但是发动机试验状态，速度最高要做到6 300 r/min，油门设定为100%，运行500～1 200 h，在这种高工况下试验结束后，厂家取回数据进行分析。

6 发动机试验前的工装设计

发动机工装设计有几种形式，有一种属于批量安装试验。这种工装的特点是：针对同型号、同尺寸的发动机，设计一个对中小车，直接通过轨道推进去对中安装并试验。还有一种是检测标准试验发动机壳体装配到位的工装。检测工装为圆盘状，该检测工装的外径与壳体的外径相同。检测工装下表面为与发动机壳体配合的定位面。在定位面的外边缘有轴向凸出的定位台，该定位台的外径与位于壳体端面的止口内径相同，该定位台为圆环形，在检测工装定位面中心有圆形凹槽，该凹槽的直径与芯模直筒段的外径相同，该检测工装下表面圆形凹槽的中心有通孔，该通孔与芯模顶端的定位杆配合。该检测工装具有结构简单，使用方便，能够快速、准确地对发动机壳体装配进行检测[5]等优点。还有一种是非批量的发动机，每次尺寸都不同，这种因为是初次设计，经验数据少，所以发动机试验前的工装设计要很严谨，设计工装时要全面考虑轴心校中、动平衡、形位公差，因为发动机在高速旋转下，如果出现问题，加上汽油的喷射，后果很严重。发动机测试主要是通过专业连接轴和测功机相连接，然后启动转速，通过油耗仪、测功机、传感器来测试其油耗、功率、扭矩等。图1所示为非批量工装。

图1 测功机、连接轴与发动机的组合图

(1)设计支撑架工装。接到试验样机时，先认真分析重力点，通过向厂家询问和交流，找出支撑点的位置，开始设计前后支撑架，标注好垂直度、角度和平行度，支撑架工装不能影响发动机的平衡，强度要能承受发动机3倍扭力。支撑架和平台连接处要设计专业减震座，设计高度要在中心高调节范围内，要为螺栓孔设计定位销，使用12.9强度螺栓、螺母、弹簧垫。

(2)设计发动机飞轮盘工装。飞轮盘的设计和加工精度直接影响发动机转动的动平衡和同轴度，影响发动机的曲轴旋转力矩，影响测功机的检测数据等，所以要严谨对待。首先测量样机飞轮的定位止口、螺栓孔距检查分布力点，然后根据测量结果开始设计图纸，标注好使用的材料厚度、硬度、同轴度、平行度、垂直度、对称度，避免高速旋转时，动平衡和对中出现问题，引起安全隐患。

(3)设计发动机样机和检测设备之间的管道对接。选择的管道需要耐高温、耐油浸泡，爆破压力不小于5 MPa，每使用1 000 h后，需要更换新的，防止高速作业时，管道老化喷油出现险情。连接处用螺纹连接，做好防松动标记,在管道最高处安装自动排气安全阀，在发动机的进出油口安装温度、压力传感器。