汽车发动机曲轴磨削振纹分析及改进

吴光正

摘 要：振纹是汽车发动机曲轴磨削中非常常见的一种缺陷，为了对汽车发动机曲轴磨削振纹进行分析和改进，本文主要根据曲轴区域的圆度以及表面的粗糙度来对振纹进行探测。关于汽车发动机曲轴磨削振纹的消除主要是从机床的硬件、加工的方法以及来料的方式进行详细的研究。本文最终通过對汽车发动机的丝杠备件进行更换，并且在汽车发电机上增加上正压系统，在此之后，汽车发动机曲轴磨削振纹基本消失。

关键词：曲轴;磨削振纹;汽车;发动机

0 引言

汽车发动机曲轴是发动机非常重要的部件之一，曲轴磨削振纹是其极为常见的因素，主要是出现在汽车发动机曲轴的圆周方向。磨削振纹会使得汽车动机的曲轴表面的质量下降以及表面的粗糙度增加，与此同时，可能会造成汽车发动机的运行噪声变大以及可能会产生汽车发动机的异常振动。但是由于目前的文件当中，没有具体的界限来判断是否有振纹，一般而言，大都通过眼睛进行评判，所以精确度十分有限。

1 振纹的形状分布

汽车发动机曲轴磨削振纹的形状分布是不同振动所产生的不同表现形式，比较典型的是磨削后所产生的直条形状的磨削振纹，并且振纹与汽车发动机的曲轴轴颈中心线相平行，如图1所示。这里的连杆颈的直径为40毫米，砂轮的直径为500毫米。由此可知，连杆颈的直径是远远小于砂轮的直径的。因此，当磨床上直径为500毫米的砂轮在笔直向前做轻微振动的时候，在汽车发动机曲轴磨削所留下的振纹面几乎为平面。所以，磨削所产生的振纹平面，也就是绕着整体的圆周方向，由许许多多的微小平面组合出来的振纹平面。

2 振纹的评价方式

2.1 通过区域圆度来评价磨削振纹

由于磨削所产生的振纹平面，是由绕着整体的圆周方向，许许多多的微小平面组合而成的振纹平面，所以汽车发动机曲轴磨削的振纹分布方式主要是圆周的方向。由此，考虑通过区域圆度的方式来对磨削振纹进行衡量和评价。通过区域圆度来对磨削振纹进行评价的主要方法是计算轴颈一周的最大半径以及轴颈一周的最小半径，求得差值进行衡量评价。相比于用眼睛直接对汽车发动机曲轴磨削振纹的识别和评价，通过区域圆度来对磨削振纹进行评价的方式，能够有效减少误差，有利于指标的量化和评价。

2.2 通过平面粗糙度来评价磨削振纹

由于磨削产生的振纹平面是由许许多多的微小平面组合而成的振纹平面，所以可以通过平面的粗糙度来对汽车发动机曲轴磨削的振纹进行衡量和评价。通过对比分析具有振纹的工件的表面粗糙度以及正常工件的比表面粗糙度的数据，进行归纳分析可以得出差距较为明显，因此可以通过工件磨削平面的粗糙度来对于磨削的振纹进行量化和评价。

3 振纹的产生原因

汽车发动机曲轴磨削振纹的产生主要是包括机床的硬件、加工的方法以及来料的方式这三个部分。机床的硬件主要包括液压系统、尾夹、头架、砂轮架等多种因素。加工的方法主要包括砂轮修整的整体参数以及机床加工的整体参数等多种因素。来料的方式主要取决于汽车发动机曲轴本身的刚性等多种因素。接下来对这些因素对于汽车发动机曲轴磨削振纹的影响，进行研究分析和数据验证。

3.1 机床硬件

首先，对生产加工汽车发动机的机床进行检查，依次从机床的精度，头架和尾架以及砂轮架进行检查，根据整体的检查出来的结果可以得出，所检查的部分都是满足机床的标准要求的。

其次，当静压丝杠这一部分出现问题的时候，将会导致汽车的发动机曲轴在磨削振动的时候，曲轴的磨削平面产生振纹。静压丝杠的简化图如图1所示，它主要应用于机床上。为了防止静压丝杠与静压丝杠的丝杠螺母之间直接产生摩擦，通常来说，通过整体机床的负载情况并且采用流量控制器来对静压丝杠的进油量进行调节和控制。最终通过检查的数据结果表明，使用流量控制器会产生一定的杂质堵塞流量控制器，而杂质的主要来源则是其中的液压油水分的含量。因此，在静压丝杠中增添一个正压系统，将有效的避免静压丝杠中进入水蒸气，导致液压油水分的含量增高，所以也能有效的避免类似的问题发生。

最后，砂轮的磨料一旦残存在机床的砂轮上，会导致机床的刀口因此钝化。当刀口钝化之后，就不能进行有效的磨削工作，将其转化为刀口与工件的挤压作用，这对于汽车发动机曲轴磨削振纹的出现有着非常大的影响。因此，在进行磨料选择的时候，需要选取冲击韧度较低的磨料。

3.2 加工方法

加工的方法主要包括砂轮修整的整体参数以及机床加工的整体参数等多种因素。其中，关于砂轮修整的整体参数最关键的包括砂轮线的运动速度、砂轮线的横移速度、金刚轮的线速度以及整体的修正量，可以通过改变这些参数来使得曲轴的磨削平面的平面粗糙度和机床的磨削性能有一定程度上的改善和提高。

如表1所示，砂轮的修整参数对于磨削振纹的影响进行了详细的数据记录。可以得到，对砂轮的横移速度和砂轮每刀的修整量进行调整，对于汽车发动机曲轴的磨削振纹的影响很小。但是，对轮线速度进行调整和修改，对于汽车发动机曲轴的磨削振纹的改善和磨削平面粗糙度的提高有着一定程度上的改善。

3.3 来料方式

如若汽车发动机曲轴本身的刚性不好，那么大概率会引发曲轴磨削时候的自激振动现象。为了防止汽车发动机曲轴在磨削时候所发生的自激振动现象，可以使用中心支架对主轴颈进行支柱。这样，即使曲轴在磨削过程中自身的刚性差，也能起到很好的抗振效果。

4 结论

汽车发动机曲轴磨削振纹部分相对于正常部分的表面，其粗糙度较大，所以可以通过对汽车发动机曲轴的表面粗糙度进行测量，进而将其作为判断衡量振纹的重要指标之一。通过实验的结果表明，更换砂轮的磨料、调整机床加工的相关参数以及调整砂轮修整的相关参数都会对汽车发动机曲轴磨削振纹抑制有着一定程度上的作用，但是在更换丝杠之后，汽车发动机曲轴磨削振纹基本消失。所以最终可能的原因应该是液压油整体程度上的含水量偏高，导致静压丝杠螺母受到一定程度上的磨损。为了能够从根本上解决这一问题，减少同样的问题再次发生的概率，在静压丝杠当中增加一个正压系统，这样能够有效降低液压油整体程度上的含水量，振纹将会得到有效抑制。

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