曲轴动平衡超差问题解决方案

郭海生　覃华

摘 要：曲轴原本就是发动机非常重要的高速旋转部件，其平衡的精度对发动机的振动、运行平稳性及寿命都有很大的影响。还有曲轴毛坯主要是通过铸造得来的，造成曲轴加工存在很多不确定的因素。基于上述情况，我们根据曲轴动平衡原理，通过对曲轴在平衡机上测量不平衡量分布的角度和大小进行分析，调整中心孔位置

达到降低动不平衡量，提高生产效率。关键词：动平衡；中心孔 ；初始不平衡量 ；质量中心孔

1 动平衡定义

曲轴有一根质量轴线（惯性轴线）和一根几何轴线，当曲轴的质量轴线与其几何轴线发生偏移时即产生了不平衡。几何轴线是由支撑旋转体的两个轴颈的几何中心点所决定的轴线。当旋转体完全对称时，质心将位于其轴线的中点，与几何中心重合，如果旋转体不受轴承限制，将围绕其几何轴线旋转；在旋转体的中心部位上放置重块 w，质心将发生改变，质量轴线将与几何轴线平行，但径向偏移一个距离，如果旋转体不受轴承约束，将绕质量轴线旋转；如果重块 w置于旋转体的一端，质心在径向和轴向均会发生偏移，偏移量与重块 w的质量成比例关系。在自由状态下，旋转体将绕质量轴线旋转。

对于一个给定物体的不平衡量，可以用一个给定半径的确定质量来表示。如图所示，设物体的附加重物 W的质量为 G，它与质量轴线的距离为 R，则不平衡量为：M=GR

2 轴向尺寸对不平衡的影响

铣两端面工序加工的法兰端面中心孔是后工序的轴向定位基准，其对后工序轴向加工余量均有极大的影响。加工主轴颈和连杆颈轴向偏离，工件的重心会随着曲拐分布不同位置，导致动平衡不稳定。

3 曲轴动平衡改善措施

首先对曲轴进行了分模（该曲轴毛坯共有 3个模号）上线，分别记录各个模号曲轴的动不平衡量，经过分析总结，发现 2号模与 3号模曲轴的动不平衡角度大体相近， 1号模的动不平衡角度与它们相差较大，平均孔数为 13个，曲轴的 3个模号分别在如下的平衡角度上： 1号模曲轴法兰端不平衡角度主要集中在 160°～ 240°之间，芯轴端不平衡角度集中在 160°～ 240°之间， 2号模曲轴法兰不平衡角度主要集中在 340°～ 40°之间芯轴端不平衡角度集中在 335°～ 40°之间， 3#模法兰端不平衡角度主要集中在 330°～ 30°度之间，芯轴端不平衡角度主要集中在 330°～ 30°。从以上分析可以看出 1号模与 2号、3号模的不平衡角度是分离的。

从该曲轴的分析中可以得出 1、2、7、8平衡纵可以去除 180°方向上的不平衡量，而 3、4、5、6平衡纵用来去除 0°方向上的不平衡量。且 2号、3号模相对集中在同一个区域。基于以上原因，因 1、2、7、8平衡纵对力偶不平衡量处理的效果较大，且 1号模毛坯的数量较少，以调整 2#与 3#模为主。将 2号与 3号模曲轴数据进行整理，得出法兰端调整不平衡量 105.7464，98.95，-11.66，

芯轴端调整不平衡量 115.1914，108.23，13.82（三个数据分别为平衡机上 X方向和 Y方向上总的不平衡量）。

最终算出总的偏心距ε=（105.7464+115.1914）/10000 ≈ 0.022（cm） =0.22mm。

即曲轴的轴线移动 0.22mm。同理，对曲轴两端中心孔 X方向与 Y方向的具体移动位置进行计算，参照现有的钻孔方式，最终将机床钻孔数据调整如下：法兰端（ -0.2，0.1），芯轴（ -0.2，0.1），调整后 2号模与 3模去除的不平衡量明显降低，平均孔数仅为 7.3个。

4 结论

由于加工曲轴中心孔位置度与质量中心孔相差太大，工件的不平衡量分布不均，导致无法去除不平衡量产生报废。通过对曲轴在平衡机上的初始不平衡量分析，根据曲轴动平衡数据优化中心孔的位置，可以减少曲轴加工中的初始动平衡量，同时减少了机床加工时间。

作者简介

郭海生：（1981.08—），男，大专，广西兴安人，现于上汽通用五菱汽车股份有限公司，主要从事生产现场质量控制和设备效率提升的工作。