发动机平衡轴衬套压装质量问题分析

发动机平衡轴衬套压装质量问题分析

刘军;杨守军;陈政弘;唐灵聪;王瑞平

【摘要】为了满足社会对车辆噪声和振动的更高要求，设计师们采用了多种方案

来使发动机运行更平稳，让车辆的行驶得更舒适。为此，平衡轴技术作为一项十分重要的技术在轿车上得到广泛应用。本文对某发动机平街轴衬套压装设备的压装方案进行剖析，对其存在的问题提出了解决方案。

【期刊名称】《汽车制造业》

【年(卷),期】2016(000)018

【总页数】3页(P53-55)

【关键词】平衡轴技术;发动机运行;压装设备;质量问题分析;衬套;车辆噪声;设计师;行驶

【作者】刘军;杨守军;陈政弘;唐灵聪;王瑞平

【作者单位】宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司

【正文语种】中文

【中图分类】U483

为了满足社会对车辆噪声和振动的更高要求，设计师们采用了多种方案来使发动机运行更平稳，让车辆的行驶得更舒适。为此，平衡轴技术作为一项十分重要的技术在轿车上得到广泛应用。本文对某发动机平衡轴衬套压装设备的压装方案进行剖析，对其存在的问题提出了解决方案。

发动机处在工作状态时，活塞的运动速度极快，且速度不均匀。活塞在发动机气缸

上下止点的运动速度为零，在上下止点中间位置的速度则达到最高。活塞在气缸内做高速往复直线运动，因此会在活塞、活塞销和连杆上产生较大的惯性力。在连杆上增加的配重可以有效等平衡这些惯性力，由于这部分增重只有部分参与直线运动，另外一部分参与旋转运动，因此，除在上下止点外，其他状态惯性力不能完全达到平衡状态，故发动机产生振动。

活塞上下运动一次，发动机产生一上一下两次振动，因此发动机转速和发动机的振动频率息息相关。在振动理论上，经常使用多个谐波振动来描述发动机的振动。随着振动频率的增大，振幅逐渐减小，发动机二阶以上的振动可以忽略不计。发动机70%以上的振动为一阶振动，为了消除这些振动，设计者采用了很多方法，例如

采用轻质的活塞减少运动件的质量、提高曲轴的刚度以及采用“V”型布置发动机等。增加平衡轴也是解决发动机拉缸故障的办法之一，其实质是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴，利用偏心重块所产生的反向振动力使发动机获得良好的平衡效果。目前，此项技术在发动机上得到广泛的应用，可以大大降低发动机的振动和噪声。

1．平衡轴的作用

平衡轴分为单平衡轴和双平衡轴两种。单平衡轴利用齿轮传动方式进行工作，通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿轮、平衡轴从动齿轮以及平衡轴。单平衡轴可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动，使发动机的振动得到明显改善。单平衡轴结构简单，占用空间小，因而广泛应用在单缸和小排量发动机中。而双平衡轴则采用的是链传动方式带动两根平衡轴转动，其中一根平衡轴的转速与发动机相同，能够消除发动机的一阶振动；另一根平衡轴的转速是发动机的两倍，能够消除发动机的二阶振动，从而达到更加理想的减振效果。因为双平衡轴的结构较复杂，占用较大的发动机空间且成本较高，因此常用于大排量发动机上。另外，双平衡轴还存在一种双对旋布置方式，将两个平衡轴与气缸中心线呈对称布置，两平衡轴转速与曲

轴转速相同但旋转方向相反，用来平衡发动机的一阶振动。

发动机安装平衡轴后能够较好地平衡和减少发动机的振动，从而实现降低发动机噪声、延长使用寿命和提升驾乘者舒适性的目的。

2．衬套的作用

在运动部件中，因为长期的磨擦易造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度时，轴或者轴座就会报废。因此，在轴类配合运动中很多设计者会在轴和轴座之间增设硬度较低、耐磨性较好的轴套或衬套，以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度时进行更换，从而节约因更换轴或轴座的成本。发动机平衡轴在设计过程中考虑到此项技术，在发动机缸体内压装平衡轴衬套，以达到增加平衡轴及发动机缸体寿命的目的。

3．油孔偏差对性能的影响

平衡轴在旋转运动过程中，需要具有良好的润滑，否则，平衡轴内供油效果不好，会造成平衡轴抱死现象；轴和轴套之间出现干摩擦状况，平衡轴和轴套将会很快报废，对发动机造成不可修复的损伤。因此，平衡轴衬套油孔与发动机机体油孔应存在一定的位置度要求，如位置偏差较大将会导致油路不畅，易造成平衡轴抱死甚至平衡轴及平衡轴衬套报废现象。

图1所示为某款发动机平衡轴压装位置示意图。在某工厂平衡轴压装机安装调试初期，该发动机一直存在一个现象，即：进气侧平衡轴衬套油孔与缸体油道的位置关系较好，能很好贯通；而排气侧平衡轴衬套油孔与缸体油孔的贯通性较差，甚至完全不对应，难以满足产品要求。

1. 产生原因

平衡轴衬套的上料方式为自动上料，油孔位置由平衡轴衬套油孔定位销保证，如图2、图3所示。

在压装时，平衡轴先自动上料到压头处。由于衬套上料后，衬套油孔的位置不能保

证在正确位置，因此需要进行姿态调整。此时，衬套随转动轮转动，如定位销插入衬套油孔内，则衬套不再随转动轮转动，并将信号传送给设备，设备得到信号后，衬套压头伸出，定位销退回，平衡轴衬套的压装到位。

经观察分析发现，排气侧平衡轴衬套在压装前，定位销插入衬套内（见图4），但压装后衬套油孔与缸体油道之间总是存在位置偏差，归结其原因如下：

（1）定位销压紧力不足

在压头伸出过程中衬套位置移动。

（2）压头直径偏小

压头伸出后，衬套与压头间隙较大，造成衬套位置移动。

（3）压头处衬套定位球

如图5所示，压力过大或过小，衬套在压头上的位置移动。

（4）定位销位置在压头周向位置出现偏差

当压头伸出时，压头上定位球对衬套重新定位，造成衬套位置移动。

（5）定位销位置轴向均有偏差

当压头伸出时，压头上定位球对衬套重新定位，造成衬套位置移动。

（6）压头形成过大或过小

导致衬套油孔与缸体油孔位置存在偏差。

2. 解决措施

针对以上可能导致衬套油孔偏差的原因，逐项进行分析排查：

（1）加大定位销压紧力

压紧力增大后，衬套转动困难，定位销长时间未插入衬套油孔内，造成设备报警停机。

（2）改变压头直径

减小压头与衬套之间的间隙。压装后，衬套油孔与缸体油孔之间的位置度仍难以保