發(fā)動機凸輪軸檢測方法綜述

1、發(fā)動機凸輪軸檢測方法綜述作者:日期:2個人收集整理勿做商業(yè)用途發(fā)動機凸輪軸檢測方法綜述Summarize to The Measure Method of Engine Cam Shaft摘要論述了凸輪軸測量儀的測量原理和凸輪測量數(shù)據(jù)的處理與評定方 法。Abstract: The article main ly in troduces the prin ciple of the cam shaft measuri ng system and the method of data processing and assess in cam shaft measuring system.關(guān)鍵詞 凸輪

2、軸測量數(shù)據(jù)處理評定keywords: cam shaft ， measure, data processing , assess.1概述凸輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動化機械、精密儀器、自動化控制系統(tǒng)中，作為發(fā)動機的關(guān)鍵部件，凸輪軸是影響發(fā)動機氣門開閉間隙大小和配氣效率的主 要因素。隨著凸輪軸自動化加工水平的不斷提高，為了高精度、高效率地檢測凸輪軸，并正確處理、評定它的各項工藝誤差，及時快速地反饋凸輪軸的質(zhì)量信息，傳統(tǒng)的光學(xué)機械量儀以及采用人工數(shù)據(jù)處理的方法，已不能適應(yīng)凸輪軸工藝質(zhì)量管理的實際檢測需要為此廣州威而信精密儀器有限公司研制了基于計算機為檢測、處理核心的L系列凸輪軸測量儀，它可以實現(xiàn)對凸輪軸加

3、工質(zhì)量的高效、高精度檢測，從而對凸輪軸磨床的磨削工藝進行實 時監(jiān)控，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。發(fā)動機凸輪軸的測量包括與設(shè)計有關(guān)因素的測量項目和與質(zhì)量管理有 關(guān)因素的測量項目。L-2000型凸輪軸測量儀的主要功能有：（1）檢測凸輪軸的軸頸（凸輪軸的裝配基準）誤差（圓度，跳動）；14（2）檢測凸輪軸的桃型（包括基圓段，爬行段，升程段等）誤差;（3）檢測凸輪軸的鍵槽（或定位銷）與參考桃的相位角度；（4）檢測凸輪軸的各個桃型與參考桃的相位角度；（5）計算凸輪軸的各個桃型輪廓的相鄰誤差；（6） 計算凸輪軸的各個桃型輪廓最大升程和高度；（7）具有偏心修正功能，可以最大限度的減少由于凸輪軸各個桃型輪廓

4、不同心而引起的附加測量誤差；（8） 具有靈活的參數(shù)設(shè)置功能和方便的桃型升程表修改功能，被檢凸輪 軸的軸頸和桃型輪廓的個數(shù)可自由設(shè)定，可以適應(yīng)不同廠家的使用需要；（9） 具有測試數(shù)據(jù)自動備份功能，以方便建立工藝質(zhì)量的過程控制和統(tǒng) 計分析；（10）提供有完善的數(shù)據(jù)分析報告。打印升程誤差曲線，桃型輪廓的極 坐標誤差圖，每個桃型的升程誤差數(shù)據(jù)、理論升程表以及實際升程表等本文對凸輪軸測量儀中涉及的主要檢測功能、處理方法予以介紹2定位基準的檢測在凸輪軸加工過程中，通常借助凸輪軸端面的鍵槽或定位孔作為角度基 準來完成后續(xù)的加工工序，因此在凸輪軸測量時需要確定凸輪軸端面的鍵槽 或定位孔的中心位置 一一定位基準

5、。鍵槽的中心位置可以通過測量柱形鍵銷 （要求與鍵槽緊密配合）的中心位置獲得；當定位基準是凸輪軸端面的定位孔 時，可以通過測量定位銷（要求與定位孔緊密配合）的中心位置獲得定位孔 的中心位置按設(shè)計要求，應(yīng)當選用測頭為球型測頭，由于測頭（球）與定位銷（圓柱）是點與線的接觸，其中心位置不易找準，致使測量中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不穩(wěn) 定，重復(fù)性不好的情況。通過多種方法試驗，也沒有取得滿意的效果。定位銷中心位置的測量，一度成為凸輪相位角度測量中的棘手問題。通過進一步的分析可知， 定位銷雖不在凸輪軸的旋轉(zhuǎn)中心，但當被測凸輪軸以其旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動時，定位銷的運動軌跡是凸輪軸的同心圓，這樣，隨著測頭與定位銷接觸點位置的不斷改變

6、，測頭將產(chǎn)生相應(yīng)位移（升降），因此,可以把定位銷看成是凸輪軸上的一個凸輪，這個凸輪的“桃尖”一一定位銷中心的位置，則可按求解凸輪測量起點轉(zhuǎn)角類似的數(shù)據(jù)處理方法，用“敏感點法” 1:予以求解，從而解決了定位銷中心位置的測量問題。3凸輪升程誤差的測量與處理凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律是通過凸輪的形狀來反映的，因此需要根據(jù)從動件的運動要求設(shè)計凸輪的形狀一般來講，每個凸輪的形狀一-桃形，由基圓和許多二次曲線、三次曲線及圓弧組成，其構(gòu)成的封閉曲線稱為升程曲線， 由于凸輪升程曲線的特殊性，實際應(yīng)用中提供給磨床的升程曲線是的離散數(shù)據(jù)，這也就是描述每個凸輪形狀的理論升程表，其升程曲線的精度由升程公差來進行控制。1

7、）凸輪的升程誤差凸輪的升程誤差是指，實際凸輪對應(yīng)理論角度上的實際升程與理論升程的代數(shù)差。即根據(jù)升程誤差的定義，凸輪升程測量時，測量的應(yīng)是凸輪理論轉(zhuǎn)角對應(yīng) 測點的實際升程。這一點在實際測量中是不容易做到的，測量數(shù)據(jù)中一般含有轉(zhuǎn)角誤差（系統(tǒng)性誤差）的影響，必須剔除測量數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)角誤差的影響， 才可能得出正確的測量結(jié)果 這就提出了如何進行凸輪測量和數(shù)據(jù)處理方法 的問題。2）凸輪升程測量、數(shù)據(jù)處理、評定方法如圖1所示，凸輪升程表上給出的是理論轉(zhuǎn)角對應(yīng)的理論升程 h，按誤差定義要求，本應(yīng)測量出理論轉(zhuǎn)角 對應(yīng)測點的實際升程 hs （圖1a）.可是，由于凸輪測量起點轉(zhuǎn)角有 誤差，實際上測量出的不是理論轉(zhuǎn)角對

8、應(yīng)點上的實際升程 hs,而是轉(zhuǎn)角對應(yīng)點上的實際升程（圖1b）。所以，一般按求解出的升程誤差與定義相悖根據(jù)定義，凸輪的升程誤差應(yīng)按下式求解 ：式中 一-凸輪升程變化率；應(yīng)根據(jù)凸輪的公差要求分別求解°,即（1） 升程公差按尺寸公差標注時（公差帶位置固定，見圖2）:當丨h(huán)'|目h'd或c| W |h|,'則（由左、右側(cè)最大點 等距"導(dǎo)出）圖1凸輪升程的測量方法當 | h' I >| h'a或 b I W 冋|,則（由左、右側(cè)最小點“等距”導(dǎo)出 ）（2） 升程公差按形狀公差標注時（公差帶位置浮動，見圖3）:當 |h a| > |h

9、或'I w I h'b I,貝y（由左、右側(cè)最大點“等值”導(dǎo)出 ）當 I h'c I >| h'或b I w 冋|,則（由左、右側(cè)最小點“等值”導(dǎo)出）綜上所述，凸輪測量（處理）方法應(yīng)該是：獲得原始（迭代）數(shù)據(jù)，要求 測量數(shù)據(jù)盡量準確； 對原始數(shù)據(jù)進行處理， 只有準確的原始數(shù)據(jù)，才能保證數(shù)據(jù)處理的可靠性；根據(jù)處理結(jié)果確定（計算出）各凸輪“桃尖”的角 度位移（用它來修正凸輪的相位角）。一般來講，應(yīng)根據(jù)凸輪升程的公差要求，即按尺寸公差標注的處理方法 和按形狀公差標注的處理方法，給出相應(yīng)的處理方法。數(shù)據(jù)處理過程，就是將測量數(shù)據(jù)處理成符合定義的升程誤差值一-符合設(shè)計

10、要求的升程誤差值的過程。這里，應(yīng)說明的是，凸輪升程的測量基準是“敏感點”，凸輪升程的評定基準是“極限點”。測量時，以凸輪左、右側(cè)的“敏感點”為基準，獲得（確定）凸輪測量起點轉(zhuǎn)角；處理時以凸輪左、右側(cè)的最大點和最小點的四個 極限點"a、b、c、d為基準，求出凸輪測量起點轉(zhuǎn)角的角度位移 之后，即得凸輪處理（評定）起點轉(zhuǎn)角：測量數(shù)據(jù)的處理過程可以以為測量起點轉(zhuǎn)角，進行二次測量；也可以按解析式，逐點算出符合定義的升程誤差值。4關(guān)于升程誤差測量數(shù)據(jù)處理方法的說明凸輪的升程公差，常用的有兩種標注方法：標注的是帶正負號的公差值,公差帶的位置由凸輪升程的理論正確尺寸確定，且公差帶位置是固定的，升程公

11、差控制的僅是實際凸輪的輪廓尺寸這時，凸輪的升程誤差應(yīng)按尺寸公差來處理：凸輪的升程公差要求，設(shè)定了兩個極限尺寸一一最大實體尺寸（MMS ）和最小實體尺寸（LMS ）來限制升程的實際尺寸，要求凸輪升程 的任一局部尺寸不得超出兩個極限尺寸；標注的是不帶正負號的公差值， 公差帶的方向隨凸輪的實際形狀而定（變動），公差帶的位置是浮動的，升程公差控制要素是實際凸輪的輪廓形狀。這時，凸輪的升程誤差應(yīng)按形位公差來處理（升程誤差的測量數(shù)據(jù) ，應(yīng)按最小條件”要求進行評定）：凸輪的升 程公差要求，設(shè)定了兩個平行（或等距）的界面或界線，構(gòu)成形狀公差帶來 限制實際被測要素。凸輪測量數(shù)據(jù)按尺寸公差要求處理時，應(yīng)把升程誤差

12、與升程公差聯(lián)系起來，最大限度的保證凸輪升程的合格（圖2）；凸輪測量數(shù)據(jù)按形位公差要求處理時，應(yīng)把升程誤差與 最小條件”聯(lián)系起來，保證凸輪升程誤差（包容 區(qū)域的寬度）的最大值為最?。▓D 3）。處理時可根據(jù)設(shè)計要求，選擇相應(yīng) 的處理方法。在此應(yīng)強調(diào)指出：當凸輪異側(cè)（左、右側(cè)）升程公差相等時，“等距”誤差點也是“等值”誤差點。尺寸誤差和形位誤差數(shù)據(jù)的處理方法相一致。 所不同的只是，形位公差帶位置浮動，尺寸公差帶位置固定。5凸輪軸測量儀的工作原理凸輪軸的測量是二維測量系統(tǒng)。目前凸輪軸測量儀的分度裝置大都采用 圓光柵編碼器測量系統(tǒng)，線值裝置采用直線光柵測量系統(tǒng)。凸輪軸測量儀的原理框圖3如圖4所示：由計算

13、機發(fā)出的控制信號啟動直流同步電機旋轉(zhuǎn) 由驅(qū)動機構(gòu)帶動被測凸輪軸轉(zhuǎn)動，通過Y軸圓光柵傳感器,X軸直線光柵傳感器分別將凸輪軸的角位移、徑向、軸向位移轉(zhuǎn)換成明暗條紋的光強變化信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)前置放大和整形濾波，形成角度脈沖和徑向位移脈沖經(jīng) T/C計數(shù)板送入計算機經(jīng)計算機處理后，就獲得了每 個凸輪輪廓對應(yīng)于各個轉(zhuǎn)角的徑向測量值（升程）。應(yīng)用計算機控制技術(shù)，凸輪測量儀的機械運動、測量數(shù)據(jù)的采集和處理均可由計算機自動控制完 成。這里，應(yīng)特別強調(diào)：凸輪測量時，測頭的形狀應(yīng)與凸輪機構(gòu)中的從動件 的形狀一致，這樣才能更好的模擬凸輪機構(gòu)的實際工作情況，使測量出的凸輪升程值準確反映凸輪機構(gòu)從

14、動件的工作位移和運動規(guī)律。圖2 尺寸公差標注（公差帶固定 ）圖3 形位公差標注（公差帶浮動 ）圖4凸輪軸測量儀原理框圖6凸輪軸各項參數(shù)的自動測量以廣州威而信精密儀器有限公司L系列凸輪軸測量儀為例：儀器結(jié)構(gòu)采用立式安裝和測量方式，旋轉(zhuǎn)軸系由精密氣浮主軸與氣浮頂尖構(gòu)成，雙氣浮直線導(dǎo)軌為直線運動基準，由進口電機驅(qū)動；電器部分由高級計算機及德國海德漢（HEIDEHAIN ）公司精密圓光柵傳感器、精密光柵位移傳感器組成 測量軟件采用基于中文版 WINDOWS操作系統(tǒng)平臺的 WILSON測量軟件， 完成參數(shù)輸入、測量選擇、數(shù)據(jù)采集、處理及測量數(shù)據(jù)管理和測量結(jié)果打印 輸出等工作。它可以準確、快速地完成凸輪軸

15、各項參數(shù)的測量、處理、管理、打印輸出等，達到了高精度、高效率地檢測凸輪軸的目的。（1 ）定位銷中心位置的確定如圖5，設(shè)測頭（球）的半徑為 SRc，定位銷（圓柱）的半徑為Rx，定位 銷中心運動軌跡圓的半徑為 Rz，定位銷（凸輪）的虛擬基圓半徑為 ，軸的 轉(zhuǎn)角為 ，測頭（球）中心到軸的旋轉(zhuǎn)中心的距離 L（OcO），則可由 OcOOx 依據(jù)余弦定理求出：L=R zcos +式中的取值范圍為定位銷（凸輪）的升程、升程變化率：=L （Ro+Rc） =Rzcos +-（ Ro+Rc） 式中虛擬基圓半徑圖5定位基準-定位銷中心位置的確定因為定位銷（凸輪）是對稱形，升程變化率曲線是正弦曲線，可知其左、 右側(cè)“

16、敏感點”（升程變化率的絕對值最大的點）m、n位于定位銷（凸輪）正、負絕對值最大的轉(zhuǎn)角處。這里應(yīng)指出：為防止測頭（球）與定位銷（圓柱）接觸不上，測量時應(yīng) 取比“敏感點”理論轉(zhuǎn)角小一點的轉(zhuǎn)角，替代所求出的“敏感點”，以保證測頭（球）與定位銷（圓柱）接觸。為了提高測量準確度，可以在“敏感點” 附近（敏感區(qū)域內(nèi)）多取幾對點（12對）,來求解定位銷的中心轉(zhuǎn)角。例如，某汽車發(fā)動機凸輪軸的軸頸=32mm,測頭（球）的半徑 SRc=2mm，定位銷（圓柱）的半徑 Rx=2。5 mm，定位銷中心運動軌跡圓的半徑 Rz=11.5 mm，定位銷（凸輪）的虛擬基圓半徑=8。617 mm，求出的左、右側(cè)敏感點”為：建議以

17、敏感區(qū)域（一±23）如下的點來替代所求出的敏感點”：-0。 848,609 ,0。451mm。0 。 737 ，現(xiàn)將上例定位銷（凸輪）的理論升程計算結(jié)果（升程表）抄錄如下，供參考:至此，左、右側(cè)“敏感點”m、n的各參數(shù)（0 °1° 2°3 °4 °5°6 °7 °8 °9 °± 05。3835。3775.3585.3275.2835.2265。1565.0734。9774.866± 14。7414。6004.4444。2704.0783。866 3。6323.371

18、3。0812。753± 22。3761。9261。3460。212 （左、右側(cè)敏感點±230。000 mm）?？砂瓷鲜龇椒ㄇ蟪?。當找出（由軟件自動找出）定位銷（凸輪）左、右側(cè)感點” m n的理論正確升程、 對應(yīng)點轉(zhuǎn)角 、 之后,定位銷的中心轉(zhuǎn)角，即可按下式求出：（2）凸輪桃尖”位置的確定“敏感點法”宀是求解凸輪測量起點轉(zhuǎn)角的基本方法。它是運用敏感點"升程變化對轉(zhuǎn)角變化最“敏感”的特性，創(chuàng)建的比較準確的求解凸輪測 量起點轉(zhuǎn)角的方法“敏感點法”的求解過程非常簡便：只需找出（由軟件自動找出）凸輪左、右側(cè)“敏感點” m、n理論正確升程 hm 、 hn所對應(yīng)的轉(zhuǎn)角側(cè)、枷, 即可按下式求出凸輪測量起點轉(zhuǎn)角：求出凸輪測量起點轉(zhuǎn)角之后，就可以根據(jù)“起點”與“桃尖”之間的角