钻曲轴斜油孔工装工艺参数的实用算法研究

liu

曲轴斜油孔的加工是曲轴机加工中重要工序之一，由于斜油孔相对于公共平面呈立体斜交状态，这就给技术人员的设计与计算带来一定的难度。特别是当今新产品开发品种相当多，这就要求设计人员的设计速度加快。不同型号的曲轴轴颈档宽、分档、曲拐半径和轴颈尺寸各不相同，这都给钻曲轴斜油孔工装工艺参数带来变化，计算比较繁琐，容易出错。基于上述问题，本文作者结合长期的生产设计实践，总结出一套通用计算公式，供读者参考。
1 钻曲轴斜油孔工装工艺参数

图1 曲轴斜油孔工装简图
如图1所示，曲轴斜油孔加工一般采用卧式布置，钻头处于水平位置。曲轴的定位是以两端主轴颈位基准，放到两个等高V形块上，连杆颈靠在定位块上，夹紧后就可加工。由图1可知，需确定以下各工艺参数：
斜油孔中心线处于水平位置时的工艺垫高H；
钻斜油孔用钻头轴心线的工艺高度尺寸h；
钻头中心线与曲轴公共轴线之间的夹角b1、b2等；
用以确定钻头长度和行程长度的斜油孔实长S1、S1等；
用以确定钻头轴心线实际高度H1和工艺实际垫高h1的V形块定位高度T如图2所示。

图2 定位高度推导用图
2 钻曲轴斜油孔已知参数
如图3所示，工艺上提供了有关斜油孔的已知参数，在第Ⅰ部分有：①主轴颈工序直径D，连杆颈工序直径d；②连杆颈轴线回转半径R；③斜油孔两孔口中心在曲轴公共轴线方向的距离L。
在第Ⅱ部分有斜油孔两孔口中心有关参数：角度g，距离L。
3 工艺参数计算公式的推导
如图3所示，Ⅱ是Ⅰ的右视图，Ⅲ是Ⅱ的变换投影俯视图，Ⅱ，Ⅲ两部分为简略画法。在图3(Ⅱ)中：O'为连杆颈中心，O为主轴颈中心。对比图1与图2(Ⅱ)，可知：H=KM，h=OF·BC为斜油孔中心线，它是一条空间直线。在图3(Ⅲ)中，A'C'是BC的投影线，为斜油孔的实际轨迹线。钻头与曲轴公共轴线的夹角为b。

图3 有关工艺参数推导用图
在Rt△ABC中
tga=tg∠ABC=(R+a+B)/AB
(R+a+d cosg/2)/[(D²/4a²)½+d sing/2]
(2R+2a+d cosg)/[(D²/4a²)½+d sing]
a=arctg[(2R+2a+d cosg)/[(D²/4a²)½+d sing]
(1)
BC=AC/sina=(R+a+d sing/2)/sina
=(2R+2a+d sing)/2sina
(2)
H=KM=OO' cos∠OO'M-d/2=R cosa-d/2
(3)
在Rt△COF中
∠OCF=∠DCF-∠OCD=a-arcsin(2a/D)
h=OF=OC sin∠OCF=D sin[a-arcsin(2a/D)]/2
(4)
在Rt△A'B'C'中
b=arctg[(R+a+d cosg/2)/(2L sina)]
(5)
实长S=A'C'=L/cos b
(6)
定位高度T的公式推导
如图2所示，已知：D为曲轴主轴颈工序直径尺寸；a为V形块两限位基面间夹角；HV为V形块的高度；N为V形块的开口尺寸。
T=HV+OC=HV+(OE-CE)
在Rt△OEB中：
OE=OB/sin(aV/2)=D/[2sin(aV/2)]
在Rt△CAE中：
CE=AC/tg(aV/2)=N/[2tg(aV/2)]
因此
T=HV+{D/sin(aV/2)-N/[2tg(aV/2)]}/2
(7)
确定工艺实际垫高和钻头中心实际高度工艺实际垫高
H1=H+T=H+HV+{D/sin(aV/2)-N/[2tg(aV/2)]}/2
(8)钻头中心实际高度
h1=H±h=HV+{D/sin(aV/2)-N/[2tg(aV/2)]}/2±h
(9)
上式中“+”号用于连杆颈斜油孔中心高于公共轴线的情况，“-”号用于连杆颈斜油孔中心低于公共轴线的情况。
4 实际计算
下面分别以我公司生产的YZ4102Q1曲轴和柳发4105Q曲轴为例，计算各工艺参数。
例1：以YZ4102q1曲轴为例(本例属特殊情况，g=90°，a=0)。
已知：D=f=80.5(工序尺寸)，d=f66.7(工序尺寸)，g=90°，a=0，R=52.5，L1=61，L2=L3=L4=62(4个斜油孔)。
V形块的设计尺寸：aV=90°，HV=110，N=80
求中间变量a和T
由式(1)得a=35.5001°
由式(7)得T=126.9
求工艺实际垫高H1
由式(3)得H=9.39
然后由式(8)得H1=136.29
求钻头中心实际高度h1
由式(4)得h=23.37
然后由式(9)得h1=T±h=126.9±23.37
上式中“+”号用于连杆颈斜油孔中心高于公共轴线的情况，“-”号用于连杆颈斜油孔中心低于公共轴线的情况。
求钻头与曲轴公共轴线夹角b1、b2等
由式(5)得b1=55.97°，b2=b3=b4=55.54°
求斜油孔实长
由式(6)得S1=109.06，S2=109.62
例2：以柳发4105Q曲轴为例(本例属一般情况)。
已知：D=f75.5(工序尺寸)，d=f65.7(工序尺寸)，g=50°，R=60，L1=L2=L3=L4=66(4个斜油孔)。
V形块的设计尺寸：aV=90°，HV=110，N=80
求中间变量a和T
由式(1)得a=58.1087
由式(7)得T=126.9
求工艺实际垫高H1
由式(3)得H=-1.15
然后由式(8)得H1=122.24
求钻头中心实际高度h1
由式(4)得h=21.49
然后由式(9)得h1=T±h=129.9±21.49
上式中“+”号用于连杆颈斜油孔中心高于公共轴线的情况，“-”号用于连杆颈斜油孔中心低于公共轴线的情况。
求钻头与曲轴公共轴线夹角b1
由式(5)得b1=b2b3b4=59.68°
求斜油孔实长
由式(6)得S1=S2=S3=S4=131.04
5 说明
上述计算比较简单，是一种较好的算法，但是如果编制一个简单的计算机程序，输入已知数值，输出需要的结果。这样就更简便易行(限于篇幅，本文不再编制程序)。
少数曲轴品种的已知参数与本文介绍的略有不同，可稍进行转换即可。
本文计算公式是以四拐曲轴(连杆颈相位角为180°)为例推导出来的，但公式的适应性较广，对于90°、180°相位角的曲轴，同样可以参考使用。
6 结束语
应用该公式计算所得的工艺参数用于我公司曲轴的斜油孔加工，结果完全符合图纸要求。
应用该公式还可以对老产品工装有关工艺参数进行验证。
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