柴油发电机平衡轴衬套压装问题分析

为了满足社会对康明斯发电机组噪声和振动的更高要求，设计师们采用了多种方案来使柴油发电机运行更平稳，让康明斯发电机组的运行得更舒适。为此，平衡轴技术作为一项十分重要的技术在发电机组上得到广泛应用。本文对某柴油发电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。

柴油发电机处在工作状态时，活塞的运动速度极快，且速度不均匀。活塞在柴油发电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，故柴油发电机产生振动。

活塞上下运动一次，柴油发电机产生一上一下两次振动，因此柴油发电机转速和柴油发电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柴油发电机的振动。随着振动频率的增大，振幅逐渐减小，柴油发电机二阶以上的振动可以忽略不计。柴油发电机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”型布置柴油发电机等。增加平衡轴也是解决柴油发电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柴油发电机获得良好的平衡效果。目前，此项技术在柴油发电机上得到广泛的应用，可以大大降低柴油发电机的振动和噪声。

一、平衡轴结构特点

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，使柴油发电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柴油发电机中。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柴油发电机相同，能够消除柴油发电机的一阶振动;另一根平衡轴的转速是柴油发电机的两倍，能够消除柴油发电机的二阶振动，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，占用较大的柴油发电机空间且成本较高，因此常用于大排量柴油发电机上。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，用来平衡柴油发电机的一阶振动。

柴油发电机安装平衡轴后能够较好地平衡和减少柴油发电机的振动，从而实现降低柴油发电机噪声、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。柴油发电机平衡轴在设计过程中考虑到此项技术，在柴油发电机缸体内压装平衡轴衬套，以达到增加平衡轴及柴油发电机缸体寿命的目的。

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，对柴油发电机造成不可修复的损伤。因此，平衡轴衬套油孔与柴油发电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。

二、缸体平衡轴压装问题分析

为某款柴油发电机平衡轴压装位置。在某工厂平衡轴压装机安装调试初期，该柴油发电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。

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

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证。

(3)改变压头定位球的压力

压力过小不能起到定位作用，压装质量更差;压头直径过大，在压头进入衬套过程中定位球返回困难，造成衬套位置变化，不能保证衬套油孔与缸体油孔之间的位置度。

(4)调整定位销在压头周向的位置

衬套油孔位置与缸体油孔的位置差有所改变，但压装一致性较差。

(5)调整定位销在压头轴向位置

与调整周向位置出现相同情况，位置有所改善，但一致性较差。

(6)调整压头

衬套油孔与缸体油孔的位置差变差，说明前期压头行程正确，不需调整。

经多次调整发现，衬套油孔与缸体油孔位置受定位销位置、定位销伸出力、压头与衬套间隙、定位球伸出力以及定位球直径等多方因素的影响。因此，为保证衬套油孔与缸体油孔位置，需综合调整以上参数，方能保证衬套油孔与缸体油孔的位置关系。

上述方案虽能进一步提高衬套的压装质量，但为了最大限度地保证产品质量，还需在缸体压装后增加在线检测工位，对压装后的衬套进行100%检测，从而确保下线缸体平衡轴衬套油孔与缸体油道的相对位置关系。