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试论发动机轴类零件振纹分析与测量

发表时间：2020/12/15 来源：《创新人才教育》2020年第9期作者：尹艳红1 彭飞 2

[导读] 本文主要探究发动机轴类零件振纹分析与测量措施。

中国重汽济南动力有限公司发动机制造部第一作者尹艳红第二作者彭飞 250200

摘要：本文主要探究发动机轴类零件振纹分析与测量措施。研究过程中，以振纹概述为切入点，可将振纹分为直振纹、螺旋纹及斜振纹，以此为研究基础，明确振纹分析测量需应用傅里叶变换工具，此过程中应确定振纹公差，保证不同仪器测量结果一致性，并提出改善轴类零件振纹加工措施，以期为相关工作者提供有益借鉴。
关键词：发动机；轴类零件；振文；测量
        前言：随着汽车行业不断发展，竞争愈发激烈，各企业为满足用户需求，逐步提高自身产品质量。近几年人们对于发动机噪声愈发重视，不仅需要在整车上进行降噪处理，还应当在发动机零件加工设计中改善其表面状态。而振纹是磨削过程中由于振动造成的，振纹振动过大将会产生噪音，对发动机应用造成严重影响，需做好分析测量工作，减少轴类零件加工振纹。
        一、振纹概述
         振纹根据形状特点，可分为直振纹、螺旋纹及斜振纹，具体如下：
        直振纹。直振纹也可称其为多棱形或多角形，形状为直条状，且与工件内表面母线方向相同。在分布间隔与宽度方面，大部分直振纹具有一定规律性，包含不均布、不等宽却周期性变化；等宽均布型等，还有直振纹分布与宽度无规律，较为少见[1]。
        螺旋纹。振纹如同螺旋线一样在工件内表面分布，分布与宽度较为均匀，属于特殊的斜振纹。
        斜振纹。斜振纹为条状，该振纹方向与内表面有夹角，振纹分布与宽度与直振纹类似，分为规律与不规律两种。
        通过测量振纹，可判断工件是否超差，便于对加工质量控制，通过该方法能够为生产提供指导，寻找产生振纹的原因，提出解决措施，利用振纹频谱寻找较大振幅或异常振动频率点，按照加工机床运动部件与工件速比，即可了解振动部位与原因，对提高整车质量具有积极作用。
        二、发动机轴类零件振纹分析与测量
       1.振纹分析
        振纹在分析过程中，其软件为广泛应用于信号分析的傅里叶变换数学工具。傅里叶变换是指将看似杂乱无章信号，考虑其由一定频率、振幅、相位的基本正余弦构成，通过寻找正余弦中较大振幅或较高能量信号对应频率，进而对主要振动频率特点进行分析[2]。曲轴、凸轮轴等为回转工件，径向周长犹如凸轮型线与曲轴圆度，以此为分析振纹信号来源,通过傅里叶变化可获得组合信号或波动谱线图。通过分析后，不同频率可展现不同颜色的光，光谱也为频谱。振纹分析应用傅里叶变换，综合光强计与三棱镜功能，变换后曲线各组分的幅度、频率如同光谱图，能够直观展现到人们面前，便于应用处理。
        2.振纹测量
        在凸轮轴曲轴综合测量仪器进行振纹测量，无需过多调整，仅需在当前程序中输入振纹公差、算法、输出数据及频谱图模块指令即可。在测量中，即可使用标准方法评定，也可将轮廓去除后评定，或是突出振纹部分进行计算，通过报告可将不同频段最大振幅最大值输出，或是输出连续曲线图。公差限可为曲线型或区域型，通常凸轮振纹应用区域型，轴颈振纹则应用曲线型。如，频率40-50UPR范围，则凸轮振幅值最大不超过1um公差限；50-100UPR频率内，凸轮振幅值最大不超过0.25um公差限；100-350UPR频率内，凸轮振幅值最大不超过0.15um公差限[3]。

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区域型公差限则是工程师通过分析大量振纹频谱图，与抬架试验结果相结合，以不同颜色体现凸轮，且振幅值均处于粗线范围，表明其表面符合加工要求，不会在工作中产生噪音。
        3.注意事项
        在轴类零件振纹分析测量中，应当注意两方面：一方面为确定振纹公差。发动机由于结构不同，其加工曲轴与凸轮轴工艺也有所不同，产生噪声原因不同，设置振纹公差时，不能一概而论，需通过检测仪器测量多次后获得公差，选择若干凸轮轴和曲轴较小、振纹较大进行台架试验，以明确不同级别振纹噪声产生情况，明确加工控制线，以此为公差；另一方面，则保证结果测量相同。检测仪器不同结构也有所区别，如测头、型号、夹具不同等，导致工件与以期共振点有所差异，工件与测头摩擦所引起的噪声不同，加上电器与环境噪声，不同于其在振纹测量中可能存在频率差异。
        三、发动机轴类零件振纹解决对策
        发动机轴类零件振纹分析测量后，则应当根据结果对其振纹产生原因加以分析，可从机床、工件、砂轮、冷却液等入手，采取对策。
        1.机床方面
        在机床系统运行中，主要受到冷却泵、液压油泵、工件轴电机等动力源影响易产生振动，需将动力源振动消除。并且，对工件轴轴承预紧度进行合理调整，确保能够平稳运转；检查电磁夹具，查看支架是否存在松动，支爪夹角是否合理，夹具与工件接触均匀性如何，支爪工作面有无伤痕或崩块，电磁力松紧度如何等，适当转变工件轴转速。
        2.工件方面
        对坯料外圆与端面是否存在碰伤与振纹进行检查，内圆表面是否存在原始振纹，对内圆磨量加以校对，保证其在规定工艺范围内。
        3.砂轮方面
        选择砂轮符合磨削速度，高速磨削应用高速砂轮，硬度相较于普通磨削高2个小级，在K-N之间，保证砂轮接杆与砂轮安装牢靠。此过程中，还需要对砂轮进行修正，保证其均匀锋利，行程修正需超过砂轮两端4cm，维持金刚石刀尖锋利度，伸出刀杆越短越好。
        4.冷却液
        冷却液选用与高速磨削相符的类型，不能混合颗粒杂质，否则需进行更换，保证冷却液流量与压力充分稳定，对其进行定期排渣过滤，保证冷却泵能够稳定运行工作，发现问题后及时解决。
        总结：综上所述，在汽车行业不断发展下，人们愈发重视汽车行驶的噪音，对汽车设计与生产提出了更高要求。而发动机作为其中重点，应用轴类零件较多，易产生振纹引发噪声，所以，应当通过傅里叶变换工具对其进行分析测量，提出解决措施，从而提高汽车企业生产质量。
参考文献：
[1]袁志华,郭首邑,袁博.基于轴类零件表面特征的加工工艺[J].装备制造技术,2020(07):23-25.
[2]陈菁菁,葛蕾,张迪,张宇.航空发动机盘轴类零件加工环节中的过程质量控制策略研究[J].科学技术创新,2018(15):155-156.
[3]魏静,白培鑫,杨攀武,秦大同,张鸿.叶片丢失对齿轮涡扇发动机风扇轴振动影响的研究[J].振动工程学报,2018,31(02):226-237.
第一作者：姓名:尹艳红    出生年月:1986.02.14   性别:女，民族:汉，籍贯:山东淄博，学历：本科，单位:中国重汽济南动力有限公司发动机制造部，研究方向:测量与分析，单位所在地:山东省济南市。邮编:250200
第二作者：姓名:彭飞   出生日期:1989.10.26性别:男民族:汉籍贯:山东济南，学历:专科   单位：中国重汽济南动力有限公司发动机制造部，研究方向:智能制造技术在发动机生产过程中的应用，单位所在地:山东省济南市。邮编:250200