供油单元零件自重对齿隙检测结果的影响

黄海华，王越峰，黄世忠

（昆山江锦机械有限公司，江苏 昆山 215331）

0 引言

船用柴油机工作过程的燃烧效率、燃油消耗以及废气排放一直是人们十分关注的问题。国际海事组织《MARPOL73／78 公约》对船舶柴油机NOx 的排放进行了严格的限制，而控制其最有效的手段之一是降低最高燃烧温度及控制燃气在高温下停留的时间，为此推动了智能型柴油机的诞生。智能型柴油机主要是应用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射速率、压力以及进、排气阀正时，有效地实现柴油机在各种负荷下的性能最优化，从而达到在满足最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。本文所述的供油单元就是这种智能型柴油机的关键零部件之一，它通过齿轮传动带动燃油泵及伺服油泵为整个柴油机高效、精准地提供燃油和伺服油。为了保证本单元能持久而精准地供油，该传动齿轮间的间隙（齿隙）是否符合要求就显得极为重要。

1 供油单元齿隙的检测方法及其结果

以7RT-flex60C为例，供油单元结构如图1 所示。

图1 供油单元装配示意图

1.1 供油单元齿隙要求及检测方法

供油单元齿隙检测如图2 所示。

根据图纸，各小齿轮与薄齿轮之间的间隙要求均为0.12～0.22 mm。

图2 供油单元齿隙检测示意图

检测方法：压铅丝法，即用一条长度能横跨4～5 个齿数的φ1 mm 铅丝沿齿型弯曲放置于齿轮上，然后慢慢转动薄齿轮，测量铅丝经过齿轮啮合后最薄处的厚度，并取其算数平均值。

1.2 供油单元齿隙检测结果

#1 位置实测齿隙为0.26 mm；#2 位置为0.26 mm；#3位置为0.30 mm。显然各处齿隙均大于图纸要求的0.12～0.22 mm。通过对装配过程的质量数据统计，在其它机型的Flex 供油单元齿隙也同样存在不符合图纸要求的问题。

2 供油单元齿隙不符合图纸要求的原因分析

经过组织相关人员的讨论和仔细分析，认为供油单元齿隙不符合图纸要求的原因有可能是：（1）供油壳体L（532 mm）孔距不符合图纸要求；（2）齿轮的公法线尺寸不符合图纸要求；（3）冷套后的各轴瓦内孔尺寸和配合的轴外圆尺寸不符合图纸要求；（4）实际测量时，供油单元的摆放位置以及零件自重因素的影响造成齿隙不符合图纸要求。

2.1 对影响供油单元齿隙的相关零件尺寸实施检测的结果

为了排除相关零件的加工误差对齿隙检测结果的影响，采取相应的控制措施：定制专用量具用于测量供油壳体L（532 mm）孔距，保证孔距符合图纸要求；购买齿轮的公法线千分尺，对齿轮进行复验，保证公法线尺寸符合图纸要求；对配合的各档孔、轴在加工后和装配前进行全尺寸测量，保证各档尺寸符合图纸要求。装配前分别对可能影响供油单元齿隙的相关零件予以检测和记录，其结果如表1 所示。

表1 供油单元相关零件尺寸检测结果mm

对供油单元相关零件尺寸检测结果均符合图纸要求。因此零件尺寸的加工制造误差带来的齿隙检测结果的影响可以排除。

2.2 供油单元齿隙的理论计算

2.3 考虑零件自重情况供油单元齿隙的计算

实际上，供油单元装配及齿隙检测时其供油壳体大平面均朝下平放，由于零件配合为间隙配合，其中凸轮轴与轴承的配合间隙分别为：+0.23-（-0.03）=0.26（#1 位置），+0.22-（-0.04）=0.26（#2 位置），+0.20-（-0.03）=0.23（#3 位置），+0.185-（-0.03）=0.215（#4 位置）；小齿轮与轴瓦的配合间隙分别为：+0.1-（-0.01）=0.11（#1 位置），+0.07-（-0.01）=0.08（#2 位置），+0.085-（-0.015）=0.1（#3 位置）；薄齿轮组自重约为619 kg；小齿轮组自重约为25 kg；因此供油单元装配及齿隙检测过程中受其零件自重的影响，齿轮轴的中心与轴承孔的中心已不在同一中心线上，考虑薄齿轮组的重心偏向#3 至#4 位置，其实际间隙为（0.23+0.215）/2≈0.223 mm。

2.3.1 小齿轮#1 与薄齿轮齿隙的计算

薄齿轮在其自重的作用下，中心偏下0.223/2≈0.112，不影响两孔中心距L1=532+0.025 mm，以及实测薄齿轮公法线W=305.013-0.088 mm，小齿轮公法线w1=64.805-0.085 mm，那么理论齿隙为h=0.088+0.085+0.025×2×sin20°≈0.190 mm。但由于使用铅丝测量间隙时可造成两种极端：①仅小齿轮被顶偏，中心距变为532+0.025+0.11/2=532+0.08 mm，实际齿隙就为h1=0.088+0.085+0.08×2×sin20°≈0.228 mm；②两种齿轮同时被顶偏，中心距变为532+0.025+0.112+0.11/2=532+0.192 mm，实际齿隙就为h2=0.088+0.085+0.192×2×sin20°≈0.304 mm；取其算数均值为（0.228+0.304）/2=0.266 mm；正与实测齿隙0.26 mm 基本吻合。

2.3.2 小齿轮#2 与薄齿轮齿隙的计算

同小齿轮#1 的计算方法。即薄齿轮在其自重的作用下，中心偏下0.112 mm，不影响两孔中心距L2=532+0.045 mm，以及实测薄齿轮公法线W=305.013-0.088，小齿轮公法线w2=64.805-0.08，那么理论齿隙为h=0.088+0.08+0.045×2×sin20°≈0.199 mm。但由于使用铅丝测量间隙时可造成两种极端：①仅小齿轮被顶偏，中心距变为532+0.045+0.08/2=532+0.085 mm，实际齿隙就为h1=0.088+0.08+0.085×2×sin20°≈0.226 mm；②两种齿轮同时被顶偏，中心距变为532+0.045+0.112+0.08/2=532+0.197 mm，实际齿隙就为h2=0.088+0.08+0.197×2×sin20°≈0.303 mm；取其算数均值为（0.226+0.303）/2=0.265 mm；正与实测齿隙0.26 mm 基本吻合。

2.3.3 小齿轮#3 与薄齿轮齿隙的计算

壳体两孔中心距L3=532+0.02 mm，以及实测薄齿轮公法线W=305.013-0.088，小齿轮公法线w3=64.805-0.08，那么理论齿隙h=0.088+0.08+0.02×2×sin20°≈0.182 mm。但由于大、小齿轮受重力作用压在轴瓦上，且在使用铅丝测量间隙时，小齿轮因重力不够而被顶起时，此时两齿轮中心距变为532+0.02+0.112+0.1/2=532+0.182 mm，实际齿隙为h=0.088+0.08+0.192×2×sin20°≈0.292 mm。正与实测齿隙0.30 mm 基本吻合。

2.3.4 小齿轮与薄齿轮齿隙的极限尺寸

3 结语

虽然实测齿隙与图纸要求数据偏大，其主要原因是由于零件自重导致齿轮轴偏离了轴承孔的中心位置引起，但当柴油机动车运转时，润滑油的作用会使齿轮轴返回至轴承孔中心位置并在其周围形成油膜，那时齿隙就完全符合设计要求了，即在供油单元静态时齿隙的实际检测结果往往比图纸要求数据偏大，但在动态时其齿隙能够满足油膜建立的要求，以上小齿轮与薄齿轮齿隙的极限尺寸（0.12～0.359 mm）可以作为供油单元静态时的检测数据要求。该7RT-flex60C#H5 供油单元经主机动车试验，各方面性能完全符合瓦锡兰专利设计的要求，并得到主机厂商的认可，顺利通过其国产化项目的鉴定。