摘要：柴油机在定性之后,性能的一致性就取决于柴油机装配的一致性。因此柴油机装配过程控制就显的极为重要。

关键词：柴油机 清洁度 螺栓轴向力 三漏 测量 调整

柴油机之所以应用广泛,一是因为它的燃烧效率高,再是因为柴油机的使用寿命长。柴油机的可靠性除决定于零部件的材质、加工及后期的使用保养外,柴油机的装配也是影响其可靠性的基本因素。

1、零部件的清洁度

清洁度指标一般包括杂质的质量、颗粒度。另外,一般要求零件在装配前不允许有锈蚀、磕碰伤。针这些问题我们需要采取相应的措施。

为保证零件的清洁度,对于规定的须清洗的部件,在装配前进行清洗、吹清洗液、烘干。清洗的目的为除防锈油和除尘。吹清洗液的目的是防止清洗液残留在零件表面表面,影响喷漆质量。烘干的目的是防止清洗液残留后造成锈蚀。零件清洗后,应立即装车,避免长时间暴露在空气中造成锈蚀、落灰。对于必须长时间暴露在空气中且已清洗过的半成品,则需要进行防尘、防锈蚀处理。

为防止锈蚀,对于加工面,需要在加工后立即进行涂防锈油等措施;而毛坯面则一般采取喷涂防锈底漆的方式。对于钣金件、冲压件、螺栓、螺母等,则采取表面镀锌钝化、氧化处理等防锈措施。

对于易产生磕碰伤的零件,如平衡轴、轴瓦、活塞、活塞销等,为保证其清洁度,一般要求供应商进行防尘包装。为避免装配过程中产生磕碰伤,在装车前须采取隔离措施。

对于零件间的结合面,为保证密封,必须保证结合面干净,必要时还需用干净的软布擦拭结合面。

对于对清洁度很敏感的零件,如轴瓦、缸套等,装配前还需用干净的软布擦拭,以避免颗粒拉伤轴瓦、缸套。

2、预涂润滑油

柴油机上有很多重要的回转件,如曲轴、凸轮轴、平衡轴、活塞连杆总成。装配时须检查曲轴、凸轮轴、平衡轴、活塞连杆总成的转动灵活性,检测回转力矩。检查时,如不在轴瓦、缸套上预涂润滑油,则形成干摩擦,容易损伤轴瓦、缸套,而且回转力矩必定很大。所以,必须在需要回转的零部件上涂适量干净的润滑油。涂油的位置须在旋转件的支持面上,而不能将大部分润滑油漏进油道内。

3、螺栓扭矩的一致性控制

柴油机的大部分零部件是用螺栓连接的。柴油机的三漏和防止机械负荷造成的影响是靠螺栓连接保证的。因此,螺栓连接的可靠性和一致性就显得特别重要。

控制螺栓连接的目的是控制螺栓轴向力。螺栓轴向力一致性的控制,最早是通过控制螺栓扭矩来实现的。但是采用扭矩法,螺栓轴向力分布较分散,所以现代一般采取扭矩——转角法来控制螺栓轴向力的一致性。

除了采取先进的螺栓轴向力控制方式,还需降低螺纹副和螺栓头部（螺母）与零件的摩擦力,以提高装配的一致性和可靠性。为降低螺纹副和螺栓头部（螺母）与零件的摩擦力,须在螺纹和螺栓（螺母）与零件结合面涂润滑油。

对于非关键的螺栓连接,可以不需要在螺纹上涂润滑油,可以采用扭矩法控制螺栓的轴向力,但是螺栓的扭矩必须不能低于工艺规定值。

4、三漏的控制

柴油机的三漏由密封件、螺栓连接来控制。密封件一般包括油封、密封圈、垫片。

装配油封时,要求油封唇口无破损、翻边,油封须均匀压入,压入后油封不能有变形。因此,就需要制作相应的工装设备来保证,并需要油封牵引套防止油封唇口翻边、破损。

装配密封圈时,要求密封圈无切圈。因此,一般需要在密封圈或孔内涂润滑油或其他润滑液,以防止切圈。另外,为防止切圈,孔口上需设计用于起导引作用的倒角且不能有毛刺,加工面还要有较高的光洁度。

密封垫片的材质有很多种,但主要材质为乳胶石棉板、乳胶无石棉板、橡胶板、金属橡胶复合板、金属石棉复合板、金属无石棉复合板、金属板等。各种材质间的性能和价格差别很大,即使同一种材质,因加工工艺不同价格差别也很大,当然性能也有很大的差别。因此具体用途还需考虑综合因素。

无论密封垫的材质、性能如何,在装配时,都需要装配到位。垫片本身的特性如材质、密度、厚度、预涂胶线的位置等都直接影响了密封的可靠性。依靠螺栓压紧密封的,螺栓扭矩一定要达到工艺规定要求,并且要有较好的一致性。

除用垫片密封外,采用涂胶方式密封油、水的方式也得到了广泛的应用,特别是当垫片密封失效时,临时采用涂胶方式来密封就显得特别重要。

5、零件变形的控制

零件在装配过程中,零件的变形是不可避免的,但是我们需要做的就是将零件变形控制到允许的范围内。活塞环、缸套、挡圈、缸盖、曲轴箱的变形尤其需要控制。

活塞环有一个开口,但是这个开口不足以使活塞环嵌入活塞,因此需要设备来扩张活塞环的开口以使活塞环嵌入活塞。当活塞开口过度扩张时,活塞环会塑性变形,这样就改变了活塞环的力学性能,就可能造成活塞环划伤缸套。因此,一般情况下,活塞环开口应控制在8倍的活塞环径向厚度以内,并且在扩张活塞环时,活塞环受力应均匀。

总装完缸盖造成后,缸套就不可避免的产生变形。缸套的变形量过大,就会造成机油消耗量大、漏气量大,进而会产生机油结焦、拉缸等不良后果。所以在装配时,需要对缸套变形量进行测量。

挡圈分轴用挡圈和孔用挡圈。在装配挡圈时,挡圈的变形须控制在弹性变形内。如挡圈出现塑性变形就会造成磨损,例如如果活塞销挡圈转动,就会造成活塞磨损,久之则可能出现捣缸恶果。

缸盖、曲轴箱因受到高达200～300N.m的螺栓扭矩的作用,除分体式缸盖、轴承盖变形较小外,整体式缸盖和曲轴箱变形十分可观。因此,在装配缸盖、曲轴箱时,如果不能同时将所有螺栓拧紧,那么一般螺栓拧紧顺序为先拧紧中间的螺栓,然后依次对称拧紧,螺栓拧紧一般先预紧然后再拧紧至工艺要求值。

6、在线调整

由于定位不准、加工偏差等因素,在装配过程中必然要对零件间的配合尺寸进行调整,以保证产品的可靠性、密封性。

装配缸套时,缸套突出量需要控制在设计范围内,这个范围根据发动机不同缸套突出量得范围也不同。如果超出最大值,则需要对缸体进行清根等处理;如果低于最小值则不允许使用或经过验证后才可继续使用。

部件间有平面度要求的,需要对平面度进行初调整和终调整,调整时就需要进行在线测量,以保证终调整后的平面度在工艺规定范围内。

因部件差异而引起装配过程中无法满足工艺要求的还有很多,也都需要在装配过程中进行调整。

在线调整不能是随意的,而是要以尽可能的满足设计要求为目的,并对需要调整的因素进行归总、分析,力求尽可能少的调整,以尽可能的提高生产效率。

7、在线测量

为保证产品的一致性,达到各种设计指标,在线测量比不可少。在线测量一般检测影响冲击、燃烧、噪声、回转力矩、转动灵活性、工作可靠性等因素的数据。

影响冲击的一般包括曲轴轴向窜动、连杆与曲轴连杆颈的间隙、各齿轮与止推板间的间隙等。各个间隙须根据各自的特性来设计,一般最小间隙不得小于0.03～0.05mm,过小就形不成油膜,造成干摩擦;最大间隙不得大于0.1～0.25mm,过大就会造成冲击,破坏油膜。

影响燃烧的因素除了喷油压力、燃烧室形状、喷油器、气门正时外,压缩余隙也是一个重要的因素。虽然不同的系列的发动机的压缩余隙也不同,但是在装配时还需根据各自的设计,保证压缩余隙在设计范围内。

影响噪声的来源主要来自燃烧,机型噪声次之。燃烧噪声则由喷油规律决定,因此在此不做说明。机械噪声由传动部件间的间隙造成。为降低机械噪声,就要控制传动部件的间隙。由于用途不同,乘用车的齿轮等级在3～6级间,其他对噪声要求不高的机械,齿轮等级一般在8级以上。由于齿轮等级的原因,齿侧间隙必然较大,但是也不能超过设计要求,否则就会影响使用寿命。

回转力矩的一致性影响了发动机的扭矩输出和排放及燃油经济性,因此必须得到有效的控制。但是零件在加工完后尺寸就不可改变,因此对于要求比较高的发动机,对零件做分组就显得十分重要。但是零件分组就会增加成本,因此对于回转力矩一致性要求不高的发动机就不做分组,因此也可不测回转力矩。但随着排放指标日益提高,零件精度和发动机的一致性必须提升,零件分组也将普及。

对于回转部件例如曲轴、轴承、平衡轴、凸轮轴等,总装后转动不能有卡滞现象。因此在总装后必须检查,如有卡滞则须调整或更换。转动灵活性检查方式一般为手动检查,对职工素质要求较高。

影响可靠性的因素很多,这里重点强调偶件和活塞、连杆的分组。柴油机缸体的曲轴主轴孔、连杆的连杆颈孔一般是由孔盖和本体组成的,是偶件,不具备互换性。所以在装配时,必须检查是否配对,如不配对发动机必定出现重大故障。活塞、连杆合件具有互换性,但如果重量分组不同,会造成发动机振动加大,影响发动机的可靠性。所以,装配时必须检查活塞、连杆合件的重量分组是否相同。

8、结语

柴油机是一种复杂的机械。影响柴油机性能的因素很多,但是柴油机的装配过程是其可靠工作的基础。

随着技术的进步和理论的更新,柴油机装配的设备在不断的更新换代,随之装配过程控制也必须不断优化。

参考文献

[1]杨连生.内燃机设计.中国农业出版社,1981.

[2]朱正德,林湖.基于螺栓装配技术中扭矩法与扭矩/转角法比较与应用研究.柴油机设计与制造,2005年第2期.