曲軸鍵槽對稱度問題的現(xiàn)場測量

在生產(chǎn)現(xiàn)場中，為了提高測量效率和降低測量成本，需要盡可能多地在現(xiàn)場使用較簡單的量具測量工件尺寸，即盡可能少去測量室使用三坐標等大型測量設(shè)備。曲軸鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度是一個現(xiàn)場測量不容易直接實現(xiàn)的項目，本文對此問題進行了探討，并通過理論分析提出了一種較為簡單易行的現(xiàn)場測量方法。

鍵槽相對基準平面的對稱度

1. 對稱度要求的提出

我公司生產(chǎn)的直列四缸發(fā)動機曲軸，為保證與鍵配合的零件能夠順利地安裝，且安裝后的相位角度正確，需要保證曲軸上的鍵槽相對基準平面(在本文中為曲軸第1、5主軸頸和第1連桿軸頸中心線所形成的平面，見圖1中的紅色平面)有一個正確的位置，因此提出了鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度要求，即鍵槽的中心平面必須位于距離為公差值T且相對于基準平面對稱配置的兩平行平面之間的區(qū)域。

2. 測量方法

現(xiàn)場測量時，受測量條件的限制，一般都忽略了鍵槽中心平面的直線度誤差和平面度誤差，因此現(xiàn)場測量時只需要測量出鍵槽中心平面輪廓上幾個極限點的對稱度，其中值最大者即可作為鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度。由于鍵槽為半圓鍵槽，所以只需要測量出圓弧的兩個端點和圓弧中點(見圖2)的對稱度即可。

直接測量鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度存在一定的困難，主要表現(xiàn)為：受鍵槽寬度較小的限制，測量時不能用普通百分表而只能用杠桿百分表。在測量鍵槽圓弧中點的對稱度時，因為鍵槽寬度空間較小，所以目視表針圓頭部非常不便，在表針前進時操作者難以準確判斷表針圓頭部是否已經(jīng)到達鍵槽底部，通常操作者要等到表針圓頭部撞擊到鍵槽底部時才能判斷出表針已經(jīng)到達鍵槽底部，但這時經(jīng)常已經(jīng)造成百分表的讀數(shù)發(fā)生變化。此時，如果操作者沒有發(fā)現(xiàn)百分表讀數(shù)變化則會造成測量值錯誤，如果操作者發(fā)現(xiàn)百分表讀數(shù)變化則不得不重新測量。因此，直接測量影響了測量的準確性和效率。

對稱度的理論分析

為了便于后面的說明，我們先定義一個點和二個平面，一個點即“鍵槽中心點”，在本文中為鍵槽與軸頸表面相交面的幾何中心，如圖1中三個平面的交點;一個平面是過鍵槽中心點且與軸頸中心線垂直的平面，本文稱之為“鉛垂面”，如圖1中的黃色平面;另一個平面是過鍵槽中心點且與軸頸中心線平行與基準平面垂直的平面，本文稱之為“水平面”，如圖1中的藍色平面。

忽略鍵槽中心平面的平面度誤差，則鍵槽的中心平面為一理想平面，該平面上有這樣兩條直線，一條直線是鍵槽中心平面和鉛垂面的交線，本文稱之為“徑向中心線”;另一條是鍵槽中心平面和水平面的交線，本文稱之為“軸向中心線”。兩條直線為相交直線，共有3個端點(該3個端點與圖2所示的3個點一致)。這3個端點的對稱度最大值即為鍵槽中心平面的對稱度。

為方便后面的表達和計算，我們先按圖3所示做一些準備工作，其中A點為鍵槽徑向中心線頂端，C點為鍵槽徑向中心線底端，以該兩點為頂點如圖做直角三角形，三角形的另一個頂點為點B，A點到基準平面的距離為X，C點到基準平面的距離為Y，B點到C點的距離為Z;直線MN為軸向中心線在鉛垂面上的投影。

鍵槽中心線與基準平面的位置關(guān)系可歸納為六種，如圖3所示，對稱度計算方法分為三種：

1.在第①和④種情況時，OA與BC方向相反，OA≥BC;鍵槽中心平面對基準平面的對稱度為2×MAX(X+H，|X-H|，Y)=2×(X+H)。

2.在第②和⑤種情況時，OA與BC方向相反，OA

3.在第③和⑥種情況時，OA與BC方向相同;鍵槽中心線對基準平面的對稱度為2×MAX(X+H，|X-H|，Y)=2×[MAX(X+H，X+Z)]。

基本測量方法

根據(jù)鍵槽的使用條件分析，鍵槽的對稱度對裝配無直接意義，在其上裝配半圓鍵后半圓鍵體現(xiàn)出來的對稱度才對裝配有直接意義。為此，測量時可以模擬半圓鍵與鍵槽的配合，設(shè)計一種量塊(見圖4)。為保證其與鍵槽配合良好，可以按鍵槽寬度尺寸，每隔0.01?mm為一檔，設(shè)計不同寬度尺寸的量塊。量塊的徑向長度宜為鍵槽深度的兩倍多一點，量塊的軸向長度宜為鍵槽長度的一倍多一點，以保證將量塊塞入鍵槽后，量規(guī)露出部分的尺寸不小于鍵槽的尺寸(包括徑向的深度尺寸和軸向的長度尺寸)。如果量塊的尺寸小于鍵槽的尺寸，測量數(shù)值需要乘以一個系數(shù)，系數(shù)值等于鍵槽尺寸除以量塊尺寸。

該測量方法的具體步驟如下：

1. 先將配合合適的量塊塞入鍵槽，然后將工件找正(為提高測量效率，可以設(shè)計專用測具，使工件在測具上放好后理論上即已找正，如圖5所示)。

2. 用百分表先測量量塊上與鍵槽中心點對應處(見圖5中紅線和藍線交點處)的讀數(shù)，之后將工件翻轉(zhuǎn)180°，再測量量塊上與鍵槽中心點對應處的讀數(shù)，兩讀數(shù)做差值再除以2得到的數(shù)值即為鍵槽中心點到基準平面的距離，該值近似等于X。

3. 將百分表沿徑向由量塊的鍵槽中心點對應處緩慢移動到量塊的遠端(見圖5中的藍線)，得到一個差值，該值理論上等

于Z。

4. 將百分表自鍵槽中心點處沿軸向由量塊的一端緩慢移動到量塊的另一端(見圖5中紅線)，得到一個差值，該值理論上等于2H。

5. 根據(jù)“理論分析”中介紹的方法計算對稱度，判斷零件是否合格。

上述測量方法中測量步驟1～4比較容易操作，操作者在進行步驟5時需根據(jù)“理論分析”中的方法計算對稱度。判斷零件是否合格的具體步驟是：首先，判斷OA與BC的方向是相反還是相同，如果相同，則再判斷H和Z的大小，以確定對稱度是2×(X+H)還是2×(X+Z);如果相反，則再判斷OA與BC的大小關(guān)系;如果OA≥BC，則對稱度為2×(X+H);如果OA小于BC，則再判斷X+H和Z-X的大小，以確定對稱度是2×(X+H)還是2×(Z-X);最后，比較對稱度與T(公差值)的大小以判斷零件是否合格。

綜上所述，該方法中的“步驟5”不僅計算煩索，而且需要操作者進行判斷，因此很容易出現(xiàn)錯誤，存在一定的質(zhì)量隱患，不符合“防呆防錯”思想，因此有必要對其進行簡化。

簡化測量方法

簡化的中心思想是“統(tǒng)一公式，去除判斷”，即不需操作者再進行判斷，不做或做少量簡單的運算，由于“理論分析”中提到的判斷公式“X+H”、“X+Z”和“Z-X”均不大于“X+H+Z”，所以如果將判斷公式統(tǒng)一成“X+H+Z”，則無論是哪種情況，只會出現(xiàn)把合格品判斷成不合格品，而不會出現(xiàn)把不合格品判斷成合格品，從而避免了質(zhì)量隱患。這樣簡化后，“步驟5”的計算步驟如下：計算(X+Z+H)的值;比較2×(X+Z+H)與T(公差值)的大小，判斷零件是否

合格。

由于這樣有將合格品判斷成不合格品的可能存在，因此當出現(xiàn)“超差品”時，需要操作者或工程師進行再次判別。

雖然該方法已經(jīng)較簡單，但是還是需要進行一次計算。基于此種情況，我們對判斷公式再次進行了簡化，即對“2×(X+Z+H)≤T(公差值)”進行分解，相當于把對稱度指標分解成3個指標，分別是鍵槽中心點的對稱度、徑向中心線的傾斜度和軸向中心線的傾斜度。根據(jù)現(xiàn)場保證能力，可以均勻分解，即分解成“X≤T(公差值)/6、Z≤T(公差值)/6和H≤T(公差值)/6”;也可不均勻分解，如分解為“X≤T(公差值)/4、Z≤T(公差值)/8和H≤T(公差值)/8”，這樣分解后“步驟5”的計算步驟簡化為：比較X、Z和H與各自公差值的大小以判斷零件是否

合格。

由于操作者的個人習慣和能力存在差異，為了適應不同的操作者，在現(xiàn)場，“2×(X+Z+H)≤T(公差值)”和“X≤T/?、Z≤T/?、H≤T/?”這兩種判斷方法都是允許使用的。

結(jié)語

由于鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度在現(xiàn)場難以直接測量，而使用量塊間接測量時，其測量結(jié)果又非常不直觀，甚至可以說理解上存在一定的難度。因此，在我公司，關(guān)于鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度如何測量以及如何判斷還存在著些許分歧。本文就該問題進行了深入探討，從理論上系統(tǒng)分析了鍵槽中心平面相對基準平面的對稱度的測量方法和計算方法，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，提出了兩種較簡單易行的測量和判別方法。