為了滿足社會對康明斯發電機組噪聲和振動的更高要求，設計師們采用了多種方案來使柴油發電機運行更平穩，讓康明斯發電機組的運行得更舒適。為此，平衡軸技術作為一項十分重要的技術在發電機組上得到廣泛應用。本文對某柴油發電機平衡軸襯套壓裝設備的壓裝方案進行剖析，對其存在的問題提出了解決方案。
柴油發電機處在工作狀態時，活塞的運動速度極快，且速度不均勻。活塞在柴油發電機氣缸上下止點的運動速度為零，在上下止點中間位置的速度則達到最高。活塞在氣缸內做高速往復直線運動，因此會在活塞、活塞銷和連桿上產生較大的慣性力。在連桿上增加的配重可以有效等平衡這些慣性力，由于這部分增重只有部分參與直線運動，另外一部分參與旋轉運動，因此，除在上下止點外，其他狀態慣性力不能完全達到平衡狀態，故柴油發電機產生振動。
活塞上下運動一次，柴油發電機產生一上一下兩次振動，因此柴油發電機轉速和柴油發電機的振動頻率息息相關。在振動理論上，經常使用多個諧波振動來描述柴油發電機的振動。隨著振動頻率的增大，振幅逐漸減小，柴油發電機二階以上的振動可以忽略不計。柴油發電機70%以上的振動為一階振動，為了消除這些振動，設計者采用了很多方法，例如采用輕質的活塞減少運動件的質量、提高曲軸的剛度以及采用“v”型布置柴油發電機等。增加平衡軸也是解決柴油發電機拉缸故障的辦法之一，其實質是一個裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉的軸，利用偏心重塊所產生的反向振動力使柴油發電機獲得良好的平衡效果。目前，此項技術在柴油發電機上得到廣泛的應用，可以大大降低柴油發電機的振動和噪聲。
一、平衡軸結構特點
1.平衡軸的作用
平衡軸分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸利用齒輪傳動方式進行工作，通過曲軸旋轉帶動固連的平衡軸驅動齒輪、平衡軸從動齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個振動比例相當大的一階振動，使柴油發電機的振動得到明顯改善。單平衡軸結構簡單，占用空間小，因而廣泛應用在單缸和小排量柴油發電機中。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動方式帶動兩根平衡軸轉動，其中一根平衡軸的轉速與柴油發電機相同，能夠消除柴油發電機的一階振動;另一根平衡軸的轉速是柴油發電機的兩倍，能夠消除柴油發電機的二階振動，從而達到更加理想的減振效果。因為雙平衡軸的結構較復雜，占用較大的柴油發電機空間且成本較高，因此常用于大排量柴油發電機上。另外，雙平衡軸還存在一種雙對旋布置方式，將兩個平衡軸與氣缸中心線呈對稱布置，兩平衡軸轉速與曲軸轉速相同但旋轉方向相反，用來平衡柴油發電機的一階振動。
柴油發電機安裝平衡軸后能夠較好地平衡和減少柴油發電機的振動，從而實現降低柴油發電機噪聲、延長使用壽命和提升駕乘者舒適性的目的。
2.襯套的作用
在運動部件中，因為長期的磨擦易造成零件的磨損，當軸和孔的間隙磨損到一定程度時，軸或者軸座就會報廢。因此，在軸類配合運動中很多設計者會在軸和軸座之間增設硬度較低、耐磨性較好的軸套或襯套，以減少軸和座的磨損，當軸套或襯套磨損到一定程度時進行更換，從而節約因更換軸或軸座的成本。柴油發電機平衡軸在設計過程中考慮到此項技術，在柴油發電機缸體內壓裝平衡軸襯套，以達到增加平衡軸及柴油發電機缸體壽命的目的。
3.油孔偏差對性能的影響
平衡軸在旋轉運動過程中，需要具有良好的潤滑，否則，平衡軸內供油效果不好，會造成平衡軸抱死現象;軸和軸套之間出現干摩擦狀況，平衡軸和軸套將會很快報廢，對柴油發電機造成不可修復的損傷。因此，平衡軸襯套油孔與柴油發電機機體油孔應存在一定的位置度要求，如位置偏差較大將會導致油路不暢，易造成平衡軸抱死甚至平衡軸及平衡軸襯套報廢現象。
二、缸體平衡軸壓裝問題分析
為某款柴油發電機平衡軸壓裝位置。在某工廠平衡軸壓裝機安裝調試初期，該柴油發電機一直存在一個現象，即：進氣側平衡軸襯套油孔與缸體油道的位置關系較好，能很好貫通;而排氣側平衡軸襯套油孔與缸體油孔的貫通性較差，甚至完全不對應，難以滿足產品要求。
1. 產生原因
平衡軸襯套的上料方式為自動上料，油孔位置由平衡軸襯套油孔定位銷保證。
在壓裝時，平衡軸先自動上料到壓頭處。由于襯套上料后，襯套油孔的位置不能保證在正確位置，因此需要進行姿態調整。此時，襯套隨轉動輪轉動，如定位銷插入襯套油孔內，則襯套不再隨轉動輪轉動，并將信號傳送給設備，設備得到信號后，襯套壓頭伸出，定位銷退回，平衡軸襯套的壓裝到位。
經觀察分析發現，排氣側平衡軸襯套在壓裝前，定位銷插入襯套內(見圖4)，但壓裝后襯套油孔與缸體油道之間總是存在位置偏差，歸結其原因如下：
(1) 定位銷壓緊力不足
在壓頭伸出過程中襯套位置移動。
(2) 壓頭直徑偏小
壓頭伸出后，襯套與壓頭間隙較大，造成襯套位置移動。
(3) 壓頭處襯套定位球
壓力過大或過小，襯套在壓頭上的位置移動。
(4) 定位銷位置在壓頭周向位置出現偏差
當壓頭伸出時，壓頭上定位球對襯套重新定位，造成襯套位置移動。
(5) 定位銷位置軸向均有偏差
當壓頭伸出時，壓頭上定位球對襯套重新定位，造成襯套位置移動。
(6) 壓頭形成過大或過小
導致襯套油孔與缸體油孔位置存在偏差。
2. 解決措施
針對以上可能導致襯套油孔偏差的原因，逐項進行分析排查：
(1)加大定位銷壓緊力
壓緊力增大后，襯套轉動困難，定位銷長時間未插入襯套油孔內，造成設備報警停機。
(2)改變壓頭直徑
減小壓頭與襯套之間的間隙。壓裝后，襯套油孔與缸體油孔之間的位置度仍難以保證。
(3)改變壓頭定位球的壓力
壓力過小不能起到定位作用，壓裝質量更差;壓頭直徑過大，在壓頭進入襯套過程中定位球返回困難，造成襯套位置變化，不能保證襯套油孔與缸體油孔之間的位置度。
(4)調整定位銷在壓頭周向的位置
襯套油孔位置與缸體油孔的位置差有所改變，但壓裝一致性較差。
(5)調整定位銷在壓頭軸向位置
與調整周向位置出現相同情況，位置有所改善，但一致性較差。
(6)調整壓頭
襯套油孔與缸體油孔的位置差變差，說明前期壓頭行程正確，不需調整。
經多次調整發現，襯套油孔與缸體油孔位置受定位銷位置、定位銷伸出力、壓頭與襯套間隙、定位球伸出力以及定位球直徑等多方因素的影響。因此，為保證襯套油孔與缸體油孔位置，需綜合調整以上參數，方能保證襯套油孔與缸體油孔的位置關系。
上述方案雖能進一步提高襯套的壓裝質量，但為了最大限度地保證產品質量，還需在缸體壓裝后增加在線檢測工位，對壓裝后的襯套進行100%檢測，從而確保下線缸體平衡軸襯套油孔與缸體油道的相對位置關系。


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