一种大型半组合船用曲轴的装配方法
【专利摘要】本发明涉及一种大型半组合船用曲轴的装配方法，该装配方法将曲轴长度控制转化为垫块厚度的控制，而垫块厚度的计算方法分为两个阶段，首先，依据曲臂内开档尺寸、中间主轴颈红套部分长度尺寸、中间主轴颈红套挡环间距和曲轴的轴间距来计算中间主轴颈伸出量。其次，依据中间主轴颈红套部分长度、曲臂壁厚和经验值计算垫块尺寸。与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法将曲轴长度控制转化为垫块厚度的控制，简单方便，容易操作。采用该方法计算垫块，既消除了整根曲轴所有零件(曲臂和轴颈类)因加工尺寸不一致导致的曲轴伸出量的不一致，又能解决曲臂因加热冷却后变形对伸出量的影响。
【专利说明】一种大型半组合船用曲轴的装配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工【技术领域】，尤其涉及一种大型半组合船用曲轴的装配方法。【背景技术】
[0002]大型半组合船用曲轴是低速大马力柴油发动机最核心的部件之一，半组合式曲轴由曲拐、轴颈、推力轴、法兰轴几部分组成。曲轴制造流程主要包括真空冶炼、真空浇注、锻造、热处理、粗加工、红套和整轴精加工。这些流程中最关键的环节是如何制造具有良好冶金质量的锻件和如何将曲拐和轴颈等各部分连接在一起。实际过程中，在对各部分零件进行粗加工后，常常采用红套的方法将柴油机曲轴的各部分连接起来。
[0003]红套是利用金属的热胀冷缩原理，将曲拐红套孔加热使其胀大到一定的尺寸，快速将轴颈放入曲拐红套孔中，待曲拐红套孔冷却后抱紧轴颈。通过表面接触压力将几部分同质或异质材料永久连接地在一起，是一种既经济又可靠的重要连接方式。许多无法通过整体铸造或锻造方法制造的大型轴类零件，均采用红套方法实现各部分的连接。
[0004]目前广泛采用的红套方法:首先将曲拐放平，对曲拐的红套孔部位进行加热，红套孔发生膨胀，然后缓慢插入轴颈，直到轴颈上的挡环与放置在曲臂表面上的垫块相接触为止，最后整体冷却到室温，实现曲拐与轴颈之间的紧密连接，这个过程称为单套。然后，将所有单套在一起的各部分采用相似的红套方法连接起来，直到各部分曲拐和轴颈都被连接在一起，成为整体的曲轴，这个过程称为复套。而曲轴红套长度的控制即是通过垫块来控制的，通过垫块来控制曲轴的长度和轴颈的伸出量，也就是说垫块的计算方法是曲轴红套长度控制的关键。
[0005]与曲轴红套长度控制的重要性相反的是，目前关于这方面的定量分析却并不充分，目前通行的作法是根据轴颈红套挡环外长度减去曲壁壁厚，再减去Imm的伸出量即为垫块尺寸，该计算方式脱离了生产实际，忽略了零件的加工误差、加热后的零件尺寸变化等，整根曲轴红套后总长很容易出现超差现象，进而影响曲轴后期精加工的质量。但是目前采用上述计算方式的原因是:红套过程涉及零件加热和冷却过程，以及材料热膨胀变形、弹性变形和塑性变形，是一个耦合了传热、变形、接触等物理过程的综合问题。尤其对于像曲轴这样非轴对称的几何体来说，在加热冷却过程中存在很多不可控因素，并且不同型号的曲轴的曲臂变形量不同，导致曲臂冷却后伸出量大小不一，又兼整根曲轴所有零件的曲臂厚度和轴颈红套挡环外长度有一定的偏差范围，故此只能通过这样简单的计算方式来控制曲轴总长，而主要依靠后期精加工来弥补这种不足。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的是针对现有技术结构上的缺点，提出一种大型半组合船用曲轴的装配方法。
[0007]为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种大型半组合船用曲轴的装配方法是通过以下技术方案实现的:[0008]—种大型半组合船用曲轴的装配方法，适用于曲轴上各曲拐和中间主轴颈、自由端轴颈以及输出端轴颈连接时的长度控制，其特征在于包括如下步骤:
[0009]A、在所述中间主轴颈、自由端轴颈以及输出端轴颈的外周面上加工绕其周向分布的挡环；
[0010]B、测量上述的各轴颈和曲拐的外形尺寸，包括:轴颈挡环外的外圆部分长度D，曲拐内开档尺寸DB，曲拐单臂厚DA，中间主轴颈两挡环外端面间的间距L ；
[0011]C、基于曲轴的轴间距设计值B和上述步骤所获得的各测量值，计算中间主轴颈插入曲拐红套孔后的伸出量I，通过如下公式计算:l=DB/2+D+L/2-B/2 ；
[0012]D、计算各支撑位置处的垫块的厚度h，根据如下公式计算:
[0013]用于所述曲拐与所述自由端轴颈或输出端轴颈之间连接的垫块厚度h=D_DA_l， -y ；
[0014]用于所述曲拐和所述中间主轴颈之间单套连接的垫块厚度h=D-DA-l-x ；
[0015]用于所述曲拐和所述中间主轴颈之间复套连接的垫块厚度h=D-DA-l_y ；
[0016]所述X的取值范围为0.1-0.8mm,所述y的取值范围为0.05-0.7mm,且所述x比y大 0.0Smm-Q.1mm ；
[0017]所述I’的取值为lmm;
[0018]E、根据上述步骤获得的各垫块厚度h，加工相应厚度的垫块，且每一支撑位置处的垫块的数量为至少三块；
[0019]F、加热曲拐使其红套孔内径胀大到红套要求，并将对应的垫块放置在该曲拐端面的支撑位置上，之后吊放轴颈插入曲拐红套孔中直至其挡环压迫所述垫块。
[0020]所述X的取值范围为0.2-0.6mm;所述y的取值范围为0.1-0.5mm。
[0021]每一支撑位置处的垫块的数量为三块。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是:该方法将曲轴长度控制转化为垫块厚度的控制，简单方便，容易操作。采用该方法计算垫块，既消除了整根曲轴所有零件(曲臂和轴颈类)因加工尺寸不一致导致的曲轴伸出量的不一致，又能解决曲臂因加热冷却后变形对伸出量的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。
[0024]图1为本发明实施例中间主轴颈的结构示意图；
[0025]图2为本发明实施例曲拐的结构示意图；
[0026]图3为本发明实施例中间主轴颈垫块支撑位置示意图；
[0027]图4为本发明实施例曲拐垫块支撑位置示意图；
[0028]图5为本发明实施例曲轴整体示意图；
[0029]图6为图5的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:[0031]如图1-6所示，标号分别表示:
[0032]中间主轴颈1、输出端轴颈2、自由端轴颈3、挡环4、曲拐5、内开档51、红套孔52、垫块61、垫块62、垫块63。
[0033]参见图1-6所示，本实施例中提供一种大型半组合船用曲轴的装配方法，适用于曲轴上各曲拐5和中间主轴颈1、自由端轴颈3以及输出端轴颈2连接时的长度控制。
[0034]该方法包括如下步骤:
[0035]1、在粗加工中间主轴颈1、输出端轴颈2以及自由端轴颈3时，在其外周面上加工绕其周向分布的挡环4。其中，每个中间主轴颈I上设置两个挡环4，两个挡环4应当靠近装配成曲轴后的曲拐5端面设置。而输出端轴颈2以及自由端轴颈3上只设置一个挡环4，并且同样靠近装配成曲轴后的曲拐5端面设置。
[0036]2、测量各中间主轴颈1、输出端轴颈2、自由端轴颈3以及曲拐5的外形尺寸，包括:
[0037]曲拐5内开档51尺寸DB (参见图2所示)；
[0038]曲拐5单臂厚DA (参见图2所示)；
[0039]中间主轴颈I上两挡环4外端面间的间距L (参见图1所示)；
[0040]各轴颈上各挡环4外的外圆部分长度D。
[0041]需要注意的是，中间主轴颈I由于具有两个挡环4，也就是说具有两个D，每个挡环外的外圆部分长度D对应不同的曲拐5，而且仅中间主轴颈I上存在间距L (参见图1所示)。而各输出端轴颈2和自由端轴颈3上仅有一个外圆部分长度D，且没有间距L。
[0042]另外，上述测量步骤中，各零件的外形尺寸均采用多点测量并求平均值的方式，例如对于一个输出端轴颈2，在其周向上选择多个测量位置并逐次测量，获得多个外圆部分长度D (Dp D^Dn),之后求平均值获得该输出端轴颈2的圆长D。
[0043]3、基于步骤2所获得的测量值和曲轴的轴间距设计值B (参见图5所示)，计算中间主轴颈I插入曲拐红套孔后的伸出量I (参见图6所示)，通过如下公式计算:l=DB/2+D+L/2-B/2。
[0044]另外，由于自由端轴颈3和输出端轴颈2均属于单侧配合的零件，不存在间距L，因此无法通过上述方法计算其伸出量。但是，由于红套后，在对曲轴整体精加工的过程中还需对自由端轴颈3和输出端轴颈2的法兰部分进行精加工，且法兰的轴向加工余量足够保证加工后自由端轴颈3和输出端轴颈2与各自曲拐配合的段长尺寸符合图纸要求，故综合考虑后，此处的伸出量I’直接取设计的理论伸出量1mm。
[0045]4、根据上述步骤获得的伸出量I以及I’计算各支撑位置处的垫块的厚度h，根据如下公式计算:
[0046]用于所述曲拐5与所述自由端轴颈3或输出端轴颈2之间连接的垫块厚度h=D_DA_l，-y ；
[0047]用于所述曲拐5和所述中间主轴颈I之间单套连接的垫块厚度h=D-DA-1-x ；
[0048]用于所述曲拐5和所述中间主轴颈I之间复套连接的垫块厚度h=D-DA-l_y ；
[0049]上述步骤中所引入的x、y，是本 申请人:在长期的生产过程中，基于不同机型的红套后曲轴的长 度偏差总结而来。所引入的经验值之所以存在，是因为在曲轴红套时，曲轴的零件在加热后的尺寸会发生一定程度的变化(通常是受热冷却后尺寸变大)，这就导致在红套之后，曲轴的整体长度会偏大，因此用经验值来进行校正。
[0050]该经验值的运用可以使红套后的曲轴长度最接近于设计长度值。本 申请人:在生产过程中所掌握的部分经验值可参见下表:
[0051]
【权利要求】
1.一种大型半组合船用曲轴的装配方法，适用于曲轴上各曲拐和中间主轴颈、自由端轴颈以及输出端轴颈连接时的长度控制，其特征在于包括如下步骤: A、在所述中间主轴颈、自由端轴颈以及输出端轴颈的外周面上加工绕其周向分布的挡环； B、测量上述的各轴颈和曲拐的外形尺寸，包括:轴颈挡环外的外圆部分长度D，曲拐内开档尺寸DB，曲拐单臂厚DA，中间主轴颈两挡环外端面间的间距L ； C、基于曲轴的轴间距设计值B和上述步骤所获得的各测量值，计算中间主轴颈插入曲拐红套孔后的伸出量I，通过如下公式计算:I = DB/2+D+L/2-B/2 ； D、计算各支撑位置处的垫块的厚度h，根据如下公式计算: 用于所述曲拐与所述自由端轴颈或输出端轴颈之间连接的垫块厚度h = D-DA-1’ -y ； 用于所述曲拐和所述中间主轴颈之间单套连接的垫块厚度h = D-DA-1-x ； 用于所述曲拐和所述中间主轴颈之间复套连接的垫块厚度h = D-DA-1-y ； 所述X的取值范围为0.1-0.8mm,所述y的取值范围为0.05-0.7mm,且所述x比y大.0.0Smm-Q.1mm ； 所述I’的取值 为1mm ； E、根据上述步骤获得的各垫块厚度h，加工相应厚度的垫块，且每一支撑位置处的垫块的数量为至少三块； F、加热曲拐使其红套孔内径胀大到红套要求，并将对应的垫块放置在该曲拐端面的支撑位置上，之后吊放轴颈插入曲拐红套孔中直至其挡环压迫所述垫块。
2.根据权利要求1所述的一种大型半组合船用曲轴的装配方法，其特征在于:所述X的取值范围为0.2-0.6mm ;所述y的取值范围为0.1-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种大型半组合船用曲轴的装配方法，其特征在于--每一支撑位置处的垫块的数量为三块。
【文档编号】B23P11/02GK104002095SQ201310058109
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月25日 优先权日:2013年2月25日
【发明者】马志鸿, 刘超明, 冯军, 周焕军, 周俊栋, 许增祥, 严峻, 马炜, 王震宇, 杜胜宝, 宗亮亮, 许 鹏 申请人:上海船用曲轴有限公司