汽车发动机-曲轴扭转减震器产品图纸定义参考

程芳庆 朱名玉

摘要：曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，因此曲轴各曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化的。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，因此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮的转动时快时慢，这种现象称为曲轴的扭转振动。曲轴的扭转振动容易造成发动机的功率损失，引起曲轴扭转变形，振动强烈时甚至会扭断曲轴。一般来说，低速发动机不易达到临界转速，但对于缸数多及转速高的发动机，由于其曲轴刚度小、旋转质量大，自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振，因此加装扭转减振器很有必要。为规范曲轴扭转减震器（俗名：皮带轮）产品图纸的所有内容定义，更规范，合理，高效的定义工程图纸的公差，技术要求等。为保证曲轴扭转减震器在设计过程中保质保量的达到技术的要求，故对图纸的各项指标的定义变得举足重轻，用以保证开发部门图纸的统一性，专业性，适用性，合理性。

关键词：曲轴扭转减震器;产品图纸;汽车发动机

针对汽车发动机曲轴前端的曲轴扭转减震器的图纸开发设计，凭借多年的产品设计与研发经历，接触过非常多的汽车厂，通过对外资品牌、合资品牌及自主品牌产品的不同性能要求与技术规范，最终总结出一套合理的产品开发图纸定义规范，本文以普通的曲轴扭转减震器三件套设计与开发为例，以供本行业的研发人员借鉴参考。具体谈谈从总成图纸、零件图纸、毛坯图纸等的公差及技术要求的定义。

1.曲轴扭转减震器总成图纸

1.1.橡胶圈组装压缩比定义：

根据大量实验数据证明，橡胶圈组装时的压缩比为41-43%时为最佳，最大不能超过48%，超过此数值时不易组装，而且会对整个带轮性能产生影响，压缩比越大，产生的滑移扭矩也就越大，此时带轮近似于刚性配合.在设计橡胶圈时，因组装的中径（齿环与轮毂所形成的空间）不变，故设计时从此入手即可.

壓缩比计算公式如下：

压缩比（i）=〈橡胶圈厚度（T）-（惯性环内径（D）-轮毂外径（d））/2〉/橡胶圈厚度（T）

即：i=〈T-（D-d）/2 〉/T，标注时应在橡胶圈两头标出允许高出铁件平面2mmMax。

1.2.尺寸公差定义：

（1）总成外径：如无特殊要求时定义为±0.6mm。（2）跨棒距：如无特殊要求时定义为±0.6mm。（3）总成内径：如无特殊要求时定义为+0.05/-0mm。（4）总成总高：如无特殊要求时定义为±0.3mm。（5）齿到安装面距离：如无特殊要求时定义为±0.25mm。（6）齿顶圆：如无特殊要求时定义为R0.325±0.075 mm;齿根圆：如无特殊要求时定义为R0.425±0.075mm。（7）齿形角度：如无特殊要求时定义为±1度。（8）齿间距：均定义为3.56±0.05mm.（9）键槽宽度：如无特殊要求时定义为+0.2/+0.05mm。 （10）装车螺孔：如无特殊要求时定义为±0.2mm。（11）轮毂轴外径磨销：如无特殊要求时定义为+0/-0.05mm。

备注：以上11项均为关键特性尺寸，要根据客户要求识别为关键特性符号附加.其他尺寸在无客户特殊要求下无需标注公差.总体来说总成图关键控制标齐，别的尺寸越少越好，客户有要求时参照技术交流后定义。

1.3.形位公差定义：

（1）轴径向跳动：OEM三件套式带轮如无特殊要求时定义为0.4mm，多件套式带轮如无特殊要求时定义为0.5mm，AEM全为0.5mm.（2）键槽对称度：如无特殊要求时定义为0.1mm.（3）装车孔位置度：如无特殊要求时定义为0.2mm.（4）装车面平面度：如无特殊要求时定义为0.1mm.备注：客户有要求时参照技术交流后定义。

1.4.粗糙度定义：

（1）装车面粗糙度：如无特殊要求时定义为Ra3.2mm.（2）装车内孔粗糙度：如无特殊要求时定义为Ra1.6mm.（3）齿形粗糙度：铸件如无特殊要求时定义为Ra3.2mm，钢件（旋压）如无特殊要求时定义为Ra1.6mm （这里所指的粗糙度均为未表面处理前）。（4）轮毂轴外径磨销：如无特殊要求时定义为Ra0.8mm。备注：客户有要求时参照技术交流后定义。

1.5.技术要求：

（1）OEM如下实例，无特殊要求时必须按此定义;客户有特殊要求时可随之增加或减少.

1.材料：1）轮毂：XXX符合XXX标准;2）橡胶圈：XXX符合XXX标准;3）惯性环：XXX 符合XXX标准;

2.动平衡测试：1）不平衡量：≤XXg.cm;2）平衡孔位置为：ΦXXmm;3）平衡孔直径为：ΦXmm;4）孔深：≤Xmm;5）孔数：≤8个。

3.固有频率（温度60 ± 3°，振幅±0.1°）：XXX±30 HZ;

4.滑动扭矩：≥XXX N.M（常温下，23℃）;

5.供应商标记和零件号，生产批次号刻记：XXXXXX;

6.表面处理：黑色油漆，涂层厚度≥30um，试验标准D26 5316;盐雾试验48H无红锈，试验标准D17 1058;

7.扭震角：<XX°;

8.惯性环转动惯量：XXXkgm2平方;

9.轮毂转动惯量：XXXkgm2平方;

10.压出力试验：（室温，5mm/min）≥12KN

11.极限转速测试：

1）从7000rpm每上升1000rpm运转1min，转速到达13000rpm再运转1min后停止;2）确认零件尺寸与性能符合图纸定义要求。

12.共振点追踪疲劳测试：追踪时间：XX小时，激励振幅：±XX°

a.扭转疲劳试验后橡胶不允许有裂纹;b.扭转疲劳试验后压出力不小于10KN;c.扭转疲劳试验后滑动扭矩变化±50Nm;d.扭转疲劳测试后固有频率变化±30Hz

13.扭转疲劳测试：次数：100万次、频率：XXHz、扭转角：±XX°、环境温度：XX℃。a.扭转疲劳试验后橡胶不允许有裂纹;b.扭转疲劳试验后压出力不小于10KN;c.扭转疲劳试验后滑动扭矩变化±50Nm;d.扭转疲劳测试后固有频率变化±30Hz。

备注：第12、13项可根据客户要求选其一，无要求时此两项可不做为技术要求。表中数字为标准数据，表中XX为可变化数据。

（2）AEM按下面标准执行.

1.材料：1）轮毂：XXX;2）橡胶圈：XXX;3）惯性环：XXX;

2.动平衡测试：1）.不平衡量：≤15g.cm;2）.平衡孔位置为：ΦXXmm;3）.平衡孔直径为：ΦXmm;4）.孔深：≤Xmm;5）.孔数：≤8个;

3.固有频率（温度60°，振幅±0.1°）：XXX±30HZ;

4.滑动扭矩：≥XXX N.M（常温下，23℃）;

5.供应商标记和零件号，生产批次号刻记：XXXXXX;

6.表面处理：黑色油漆，涂层厚度≥30um，试验标准D26 5316;盐雾试验48H无红锈，试验标准D17 1058;

7.压出力试验：（室温，5mm/min）≥12KN。

备注：表中数字为标准数据，表中XX为可变化数据。

2.曲轴扭转减震器零件图纸

2.1.组装橡胶类尺寸公差定义：

（1） 零件外径：通过车销获得者要求定义为±0.1mm.（2）齿环跨棒距：通过车销获得者要求定义为±0.3mm.（3） 零件内径：通过车销获得者要求定义为±0.1mm.（4）零件高度：通过车销获得者要求定义为±0.1mm.（5）齿环齿到端面距离：通过车销获得者要求定义为±0.1mm.（6）齿环角度：通过车销获得者要求定义为±0.5度.

（7）毂形角度：通过车销获得者要求定义为±1度.

备注：其他尺寸公差可参照总成图纸定义的相关内容，无要求的部分定义为±0.15mm，非重要尺寸可不标公差。

2.2.旋压类尺寸公差定义：

（1）齿环旋压定位径：通过原毛坯获得要求定义为±0.1mm.（2）齿环旋压内径：通过旋压获得者要求定义为+0.1/-0.05mm.（3）齿环齿到端面距离：通过旋压获得者要求定义为±0.15mm.（4）齿环内外径，高度：通过旋压获得者要求定义为min.后序通过车销终成型.（5）齿环跨棒距：通过旋压获得者要求定义为±0.3mm.（6）橡胶尺寸公差：全部要求定义为±0.15mm.

2.3.硫化类尺寸公差定义：

在铁件硫化类产品中，如是车销获得的要求定义为±0.15mm，旋压或冲压获得的可不做尺寸公差要求，参照冲压毛坯或旋压公差定义即可。

2.4.过度配合公差定义：

（1）轴公差：轴公称尺寸比孔公称尺寸大0.1mm，公差要求定义为+0.1/+0.02mm.

（2）孔公差：孔公称尺寸比轴公称尺寸小0.1mm，公差要求定义为-0.02/-0.1mm.

2.5.零件形位公差定义：

（1）平行度：通过车销获得者要求定义为0.05mm.（2）同轴度：通过车销获得者要求定义为0.1mm.（3）平面度：通过车销获得者要求定义为0.05mm.（4）位置度：通过冲孔车销获得者要求定义为0.2mm.（5）圆跳动：通过车销获得者要求定义为0.2mm.（6）垂直度：通过车销获得者要求定义为0.05mm.

以上形位公差具体标注时请自行综合评判，有的要求是不适合同时约束的.比如说有了同轴度要求，尽量不要去要求圆跳动等。

2.6.零件粗糙度定义：

（1）与橡胶压装接触面：通过车销获得者要求定义为Ra12.5mm.客户有要求时参照技术交流后定义.（2）其他如是通过车销获得者均要求Ra3.2mm，总成装车内孔要求Ra1.6mm.

3.曲轴扭转减震器毛坯图纸

3.1.铸件粗加工尺寸公差定义：

铸件粗加工毛坯设计，遵循了在产品零件尺寸基础上均以单边0.6mm的加工余量放之.

以下为已放余量的粗加工示意图。外径与高度：通过车销获得者要求定义为+0.2/-0mm;内孔：通过车销获得者要求定义为+0/-0.2mm;粗糙度如是通过车销获得者均要求Ra3.2mm.

3.2.铸件毛坯尺寸公差定义：

铸件毛坯设计，遵循了在产品零件尺寸基础上均以单边2.5mm的加工余量放之.

以下为已放余量的毛坯示意图.备注：在使用原则上不再采用毛坯，但在报价时需要设计好毛坯以供评估价差.外径与高度：通过铸造获得者要求定义为+2/-0mm;内孔：通过铸造获得者要求定义为+0/-2mm;粗糙度均要求为非去除材料方式（走自由数值）。

3.3.冲压毛坯尺寸公差定义：

冲压毛坯遵循板材由模具控制成型要求，公差定义如下：板材厚度及断裂口尺寸均定义为±0.15mm;其他尺寸：均定义为±0.1mm;

形位公差定义：如图示内外径保证同轴度为0.15mm，重要定位平面保证平面度0.1mm，上下面保证平行度0.1mm.粗糙度均要求为非去除材料方式（走自由数值）。

3.4.技术要求（以材料区分）：

（1）SPHE（标准如下）：

1、冲压件断面应平整，无飞边、毛刺;2、表面無锈蚀、油污;3、未注圆角R0.5;4、材料SPHE/T=X 符合Q/BQB 302-2003。

1）化学成分：C：≤0.10% S：≤0.035% Mn：≤0.50% p：≤0.03%

2）抗拉强度：≥270Mpa;

3）延伸率：≥X%（X=T1.6-2.0 mm≥33%，X=T2.0-2.5 mm≥35%，X=T2.5-3.2 mm≥37%，X=T3.2-4.0 mm≥39%，X=T4.0以上 ≥41%）;

5、交货时提供尺寸报告、性能报告和试片两根。

（2）SPHC（标准如下）：

1、冲压件断面应平整，无飞边、毛刺;2、表面无锈蚀、油污;3、未注圆角R0.5;

4、材料SPHC/T=X 符合Q/BQB 302-2003;

1）化学成分：C：≤0.15% S：≤0.035% Mn：≤0.60% p：≤0.035%

2）抗拉强度：≥270Mpa;

3）延伸率：≥X%（X=T1.6-2.0 ≥29%，X=T2.0-2.5 ≥29%，X=T2.5-3.2 ≥29%，

X=T3.2-4.0 ≥31%，X=T4.0以上 ≥31%）;

5、交货时提供尺寸报告、性能报告和试片两根。

（3）ST12（标准如下）：

1、冲压件断面应平整，无飞边、毛刺;2、表面无锈蚀、油污;3、未注圆角R0.5;4、材料ST12/T=X 符合Q/BQB 403-1999;

1）化学成分：C：≤0.10% S：≤0.025% Mn：≤0.50% p：≤0.035%

2）抗拉强度：≥270Mpa;

3）屈服强度：130-260Mpa;

4）延伸率：≥34%;

5、交货时提供尺寸报告、性能报告和试片两根。

（4）ST14（标准如下）：

1、冲压件断面应平整，无飞边、毛刺;2、表面无锈蚀、油污;3、未注圆角R0.5;4、材料ST14/T=X 符合Q/BQB 403-1999;

1）化学成分：C：≤0.08% S：≤0.020% Mn：≤0.40% p：≤0.025%

2）抗拉强度：≥270Mpa;

3）屈服强度：120-210Mpa;

4）延伸率：≥40%;

5、交货时提供尺寸报告、性能报告和试片两根。

（5）HT250（标准如下）：

1.铸件无变形，缩松，夹渣，气孔，错模等铸造缺陷;2.铸件表面平整，不允许有凹陷，突起;3.未注圆角R0.5;

4.材料：HT250（GB 9439）

1）化学成分：C：3.00-3.40% Si：1.60-2.00% Mn：0.60-1.00% p：≤0.15%

S：≤0.12%

2）金相组织（GB7216-87）：

a：石墨，石墨形状以A型（片状）为主，石长4.5～18;b.基体组织，珠光体数量不小于珠95;c.碳化物数量不大于2%（相当于碳1）;d.磷共晶数量约为1%。

3）抗拉强度：≥250Mpa;

4）硬度：HB180-230;

5.交货时产品应去除铸造瘤、沙子等，并提供尺寸报告、性能报告和试棒两根。

总结：

目前每个行业的标准与开发定义都是参差不齐的，特别是新入职的员工，因为没有参考与依据，在设计时更是一头雾水，无法下手。为了更进一步的规范开发工作的统一性，专业性，适用性，合理性，本人于一家国内生产曲轴扭转减震器的龙头企业里从事基层研发与质量管理多年，并长期担任研发部经理，此文是对本人在工作过程中的一些总结与经验分享，希望能给广大读者带来一些启迪。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。不经历风雨怎能见彩虹。我们要时刻保持一颗清醒的头脑。其实，每个人心中都有一座山，雕刻着理想、信念、追求、报负;每个人心中都有一片森林，承载着收获、芬芳、失意、磨砺。一个人，若要获得成功，必须拿出勇气，付出努力、拼搏、奋斗、成功。机遇不相信眼泪，不相信颓废，不相信幻影，只相信爱打拼的人！

参考文献：

[1]JBJB_NBTOP-20190801-2019曲轴扭转减震器产品图纸定义规范.程芳庆

[2]汽车曲轴扭转减振器的设计.2018.2.7

[3]汽车发动机曲轴减震器.上官文斌.2008.7.华南理工大学

作者简介：程芳庆（1984-）男，汉，籍贯：廣西临桂，职务：教师;职称：工程师，高级企业管理咨询师，学历：硕士研究生，研究方向：中小企业运营与管理。