汽车发动机平衡轴加工的关键技术
【】发动机振动问题一直是影响发动机和车辆性能的不利因素。 近年来，随着车身轻量化和发动机功率增加的需求不断增加，由发动机引起的车辆振动问题日益明显。 发动机的振动主要由内部活塞和曲柄连杆机构的不平衡运动的惯性力引起。 因此，平衡和优化发动机内部的不平衡惯性力是发动机振动控制的一个重要方面。平衡轴技术是发动机中广泛使用的技术。平衡轴结构简单实用，能有效减少振动，提高驾驶舒适度。针对当今行业竞争加剧和价格战不断加剧，越来越多的厂商不得不将注意力转向内部管理，以提高加工技术和零部件质量，降低质量问题带来的质量成本。
目 录
一、平衡轴概述 1
（一）平衡轴在发动机中的作用 1
（二）平衡轴的结构与应用特点 1
（三）平衡轴加工工序原则 2
二、平衡轴加工工艺和改善 3
（一）中心孔工艺问题与改善 3
（二）切削工艺问题与改善 3
三、平衡轴加工工序 4
（一）加工设备的调试 4
（二）定长及预打孔 5
（三）左边刀架套车刀并车倒角 6
（四）车铣直径φ33的外圆 7
四、平衡轴加工设备的控制系统 9
（一）PLC选型 9
（二）程序设计 10
总结 12
谢辞 13
参考文献 14
一、平衡轴概述
（一）平衡轴在发动机中的作用
发动机是一种重要的热机，广泛应用于各种车辆，船舶和工程机械，是这些机械装置的核心。 近年来，随着市场需求的增加和用户对动力机械性能要求的不断提高，人们对发动机进行了不断深入的研究，取得了不少成果。
工作发动机存在一些不平衡的特性，例如连杆和活塞。 由于发动机安装在车辆或机械设备中，发动机底座的振动会传递到工作机器上，机械结构会引起磨损，缩短机器各部分乃至整个寿命期间 ，造成不必要的经济损失。 更重要的是，发动机的振动会影响仪表的正常运行，造成严重事故。另外，对于汽车，发动机的振动会影响车辆的行驶舒适性。强烈的振动会加速驾驶员的疲劳并影响车辆的行车安全。另外，振动也消耗能量，导致能量浪费。振动造成的噪音污染环境，严重影响人们的身心健康。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
近年来，随着发动机NVH（噪音，振动，人性化和舒适性）性能要求的提高，发动机振动和噪音水平已成为衡量各种车辆和工程机械性能的重要因素，因此发动机振动和噪音问题已成为当前研究关键领域的动力。从发动机的振动源开始，找出引起发动机振动的不平衡力或扭矩。平衡轴的作用便必不可少了。
（二）平衡轴的结构与应用特点
发动机的振动主要是由惯性（扭矩）发动机运行不平衡引起的，所以平衡机构以不平衡力来平衡发动机的安装以抵消发动机本身（扭矩），以便 实现发动机整体平衡。
目前，平衡轴机构在发动机中得到了广泛的应用，平衡轴旋转时，平衡轴受离心力或偏心质量平衡，平衡力或扭矩不平衡。
平衡轴的典型结构如图11所示。
平衡轴工作时具有以下特点:
1.每个转速平衡轴产生的离心力或力矩在一定频率下呈正弦或余弦曲线形式，只能在一定频率下平衡励磁元件。但是，如果各种转速的平衡轴可以用来平衡不同频率的励磁元件。
2.单轴平衡机构只能平衡频率的旋转力，但不能完全平衡往复力。 同时，单轴平衡机构也可以平衡一定频率的扭矩，但在平衡力矩的作用下，安装位置一般是固定的。
3.双轴平衡机构可以在一定的方向上平衡旋转力和往复力。 同时，平衡扭矩时，双轴平衡机构的安装位置更加灵活。
4.一定速度的平衡轴只能平衡一定频率的振动。 由于平衡轴的高速旋转需要平衡高频振动，因此系统不稳定。 因此平衡轴机构通常用于平衡低频振动。
图11 平衡轴结构示意图
（三）平衡轴加工工序原则
平衡轴加工工序原则：
1.当使用平衡轴来控制源时，应该确保在平衡现有励磁时不会产生新的励磁元件。
2.平衡轴的设计不干涉平衡轴和原部件的运动。
二、平衡轴加工工艺和改善
如果发动机正常，活塞运动速度非常快，但速度非常不均匀。 由于活塞在缸体中的高度线性运动，存在大惯性，活塞，活塞销和连杆，但仅在连杆中。 重量是包含在质量中的线性运动的一部分，另一个涉及旋转，各种惯性力不能完美平衡并且发动机振动。 振动频率越高，振幅越小。 常见的方法是添加平衡轴。
平衡轴是一个与曲轴同步旋转的偏心轴，利用偏心配重产生的反向振动力来改善发动机的平衡，减少发动机的振动。
（一）中心孔工艺问题与改善
中心孔是加工轴上工件的参考，对于轴的加工精度至关重要。另外，产品机身中心的大尺寸将不可避免地影响后续过程并在检查中发现：
1.中心轴的中心轴具有不同的轴线，导致中心孔与轴的顶部接触不良。工件的变形是由两个销的压力引起的，造成形状误差并导致产品质量下降。
2.数控机床采用普通夹具加工，夹紧力不稳定，夹紧后容易松动，工件在切削过程中振动和下沉。一方面影响中心孔的质量，另一方面影响后续工艺的质量，导致产品质量下降。
所以我们采用液压夹具取代普通夹具，夹紧装置压力稳定，控制在一定的标准范围内，产品的质量大大提高了。
（二）切削工艺问题与改善
1.尺寸保证
据观察，工件在加工后有时会出现超差返工的现象，这是由于加工刀具质量的参差不齐导致的，刀具耐用度只是提供一个参考，机床爆刀会影响尺寸导致尺寸超差而返工。
2.改进
每个小时都检验一次工件，由于每台机床每个小时的产量并不高，所以每个小时的抽检就很有必要了，若是工件尺寸超差出现返工这种情况，可以极大地减少损失，检查机床，换刀，调整。
3.提高中心孔稳定性
由于该产品的中心孔直径较大，主旋是容易破坏的中心孔，中心孔，造成颠簸，对后续工艺的影响，尤其是在磨外圆的圆度误差，针对这一问题，我们适当调整夹住工件的上下顶尖压力，保持稳定就能避免跳动误差。
4.工艺适当修整
这部分在加工中，必须先粗加工平衡轴长度，粗车不能保证轴跳动，由上顶尖处理，跳动依然存在，所以与工件的夹紧试验循环进一步处理，能保证跳动0.05mm，然后通过调整背吃刀量，车削速度控制、减少进给量，可以在跳动，加工余量大，处理加工的不利影响，提高工件的质量。
三、平衡轴加工工序
（一）加工设备的调试
首先完成平衡轴加工设备的调试，如图31所示为跟刀架与上顶尖的位置关系。
通过夹爪将工件送至跟刀架上，由于机床为立式结构，所以工件以下端面为基准面。
目 录
一、平衡轴概述 1
（一）平衡轴在发动机中的作用 1
（二）平衡轴的结构与应用特点 1
（三）平衡轴加工工序原则 2
二、平衡轴加工工艺和改善 3
（一）中心孔工艺问题与改善 3
（二）切削工艺问题与改善 3
三、平衡轴加工工序 4
（一）加工设备的调试 4
（二）定长及预打孔 5
（三）左边刀架套车刀并车倒角 6
（四）车铣直径φ33的外圆 7
四、平衡轴加工设备的控制系统 9
（一）PLC选型 9
（二）程序设计 10
总结 12
谢辞 13
参考文献 14
一、平衡轴概述
（一）平衡轴在发动机中的作用
发动机是一种重要的热机，广泛应用于各种车辆，船舶和工程机械，是这些机械装置的核心。 近年来，随着市场需求的增加和用户对动力机械性能要求的不断提高，人们对发动机进行了不断深入的研究，取得了不少成果。
工作发动机存在一些不平衡的特性，例如连杆和活塞。 由于发动机安装在车辆或机械设备中，发动机底座的振动会传递到工作机器上，机械结构会引起磨损，缩短机器各部分乃至整个寿命期间 ，造成不必要的经济损失。 更重要的是，发动机的振动会影响仪表的正常运行，造成严重事故。另外，对于汽车，发动机的振动会影响车辆的行驶舒适性。强烈的振动会加速驾驶员的疲劳并影响车辆的行车安全。另外，振动也消耗能量，导致能量浪费。振动造成的噪音污染环境，严重影响人们的身心健康。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
近年来，随着发动机NVH（噪音，振动，人性化和舒适性）性能要求的提高，发动机振动和噪音水平已成为衡量各种车辆和工程机械性能的重要因素，因此发动机振动和噪音问题已成为当前研究关键领域的动力。从发动机的振动源开始，找出引起发动机振动的不平衡力或扭矩。平衡轴的作用便必不可少了。
（二）平衡轴的结构与应用特点
发动机的振动主要是由惯性（扭矩）发动机运行不平衡引起的，所以平衡机构以不平衡力来平衡发动机的安装以抵消发动机本身（扭矩），以便 实现发动机整体平衡。
目前，平衡轴机构在发动机中得到了广泛的应用，平衡轴旋转时，平衡轴受离心力或偏心质量平衡，平衡力或扭矩不平衡。
平衡轴的典型结构如图11所示。
平衡轴工作时具有以下特点:
1.每个转速平衡轴产生的离心力或力矩在一定频率下呈正弦或余弦曲线形式，只能在一定频率下平衡励磁元件。但是，如果各种转速的平衡轴可以用来平衡不同频率的励磁元件。
2.单轴平衡机构只能平衡频率的旋转力，但不能完全平衡往复力。 同时，单轴平衡机构也可以平衡一定频率的扭矩，但在平衡力矩的作用下，安装位置一般是固定的。
3.双轴平衡机构可以在一定的方向上平衡旋转力和往复力。 同时，平衡扭矩时，双轴平衡机构的安装位置更加灵活。
4.一定速度的平衡轴只能平衡一定频率的振动。 由于平衡轴的高速旋转需要平衡高频振动，因此系统不稳定。 因此平衡轴机构通常用于平衡低频振动。
图11 平衡轴结构示意图
（三）平衡轴加工工序原则
平衡轴加工工序原则：
1.当使用平衡轴来控制源时，应该确保在平衡现有励磁时不会产生新的励磁元件。
2.平衡轴的设计不干涉平衡轴和原部件的运动。
二、平衡轴加工工艺和改善
如果发动机正常，活塞运动速度非常快，但速度非常不均匀。 由于活塞在缸体中的高度线性运动，存在大惯性，活塞，活塞销和连杆，但仅在连杆中。 重量是包含在质量中的线性运动的一部分，另一个涉及旋转，各种惯性力不能完美平衡并且发动机振动。 振动频率越高，振幅越小。 常见的方法是添加平衡轴。
平衡轴是一个与曲轴同步旋转的偏心轴，利用偏心配重产生的反向振动力来改善发动机的平衡，减少发动机的振动。
（一）中心孔工艺问题与改善
中心孔是加工轴上工件的参考，对于轴的加工精度至关重要。另外，产品机身中心的大尺寸将不可避免地影响后续过程并在检查中发现：
1.中心轴的中心轴具有不同的轴线，导致中心孔与轴的顶部接触不良。工件的变形是由两个销的压力引起的，造成形状误差并导致产品质量下降。
2.数控机床采用普通夹具加工，夹紧力不稳定，夹紧后容易松动，工件在切削过程中振动和下沉。一方面影响中心孔的质量，另一方面影响后续工艺的质量，导致产品质量下降。
所以我们采用液压夹具取代普通夹具，夹紧装置压力稳定，控制在一定的标准范围内，产品的质量大大提高了。
（二）切削工艺问题与改善
1.尺寸保证
据观察，工件在加工后有时会出现超差返工的现象，这是由于加工刀具质量的参差不齐导致的，刀具耐用度只是提供一个参考，机床爆刀会影响尺寸导致尺寸超差而返工。
2.改进
每个小时都检验一次工件，由于每台机床每个小时的产量并不高，所以每个小时的抽检就很有必要了，若是工件尺寸超差出现返工这种情况，可以极大地减少损失，检查机床，换刀，调整。
3.提高中心孔稳定性
由于该产品的中心孔直径较大，主旋是容易破坏的中心孔，中心孔，造成颠簸，对后续工艺的影响，尤其是在磨外圆的圆度误差，针对这一问题，我们适当调整夹住工件的上下顶尖压力，保持稳定就能避免跳动误差。
4.工艺适当修整
这部分在加工中，必须先粗加工平衡轴长度，粗车不能保证轴跳动，由上顶尖处理，跳动依然存在，所以与工件的夹紧试验循环进一步处理，能保证跳动0.05mm，然后通过调整背吃刀量，车削速度控制、减少进给量，可以在跳动，加工余量大，处理加工的不利影响，提高工件的质量。
三、平衡轴加工工序
（一）加工设备的调试
首先完成平衡轴加工设备的调试，如图31所示为跟刀架与上顶尖的位置关系。
通过夹爪将工件送至跟刀架上，由于机床为立式结构，所以工件以下端面为基准面。
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