江蘇大學(xué)故障診斷Word版

1、 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸測(cè)量診斷的處理與評(píng)定方法 班級(jí)： 機(jī)械卓越1001 姓名： 魏延賓 學(xué)號(hào)： 3100301095 任課老師： 駱志高 2013年10月1 / 13摘要發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸是汽車的重要部件，屬于典型的細(xì)長(zhǎng)軸類零件。它的功能是驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)配氣系統(tǒng)及其附件，使其快速、準(zhǔn)確地吞吐大量燃?xì)?，保證正確的配氣相位和按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制氣門組定時(shí)開(kāi)、閉。其中凸輪軸上各凸輪的廓線形狀和尺寸是影響氣門開(kāi)閉間隙大小和配氣效率的主要因素，直接關(guān)系到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)、功率輸出、動(dòng)力性能以及廢氣排放。另外凸輪廓線下降段的輪廓誤差也是產(chǎn)生噪聲的原因之一。發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸制造質(zhì)量與汽車運(yùn)行的動(dòng)力性、舒適性息息相關(guān)。關(guān)鍵

2、詞：凸輪軸，檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理ABSTRACTAs a classic long shaft, Engine camshaft is a very important part in a car. It acts for motivating the whole timing system and other accessories and letting them take in and send out oil air fast and accurately which can assure aright timing phase and a logically open and close

3、of the valve. The size and shape of cams on camshaft are the main factors which affecting valve working and timing efficiency. For an engine, camshaft is concerned about its charging accessories, exported power, motive ability and wasting, further more, the profile error of the cam is one important

4、reason of noising. Camshaft was related tightly to the motivations and convenience of the car.Key words: camshaft, measure, data processing1引言凸輪軸是汽車上第二大運(yùn)動(dòng)部件，是典型的細(xì)長(zhǎng)軸類零件。它的功能是驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)配氣系統(tǒng)及其他附件，使其快速、準(zhǔn)確地吞吐大量燃?xì)?，保證正確的配氣相位和按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制氣門組定時(shí)開(kāi)、閉。根據(jù)配氣系統(tǒng)位置的不同，凸輪軸可以分為頂置式、中置式以及底置式三種，分別位于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部、中部和底部推動(dòng)氣門的開(kāi)閉。根據(jù)氣門的數(shù)量以及

5、布置方式的不同，凸輪軸又有單置和雙置之分，又有諸如四缸凸輪、六缸凸輪以及八缸凸輪等根據(jù)缸數(shù)不同而凸輪數(shù)量不同的凸輪軸。而根據(jù)其制造工藝以及使用材料的不同，又分為以下幾種：冷硬鑄鐵凸輪軸、鍛鋼凸輪軸、組合凸輪軸以及鑄鋼凸輪軸。凸輪軸上的各部分都有其相應(yīng)的作用，兩端的加工安裝面主要是保證凸輪軸與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體穩(wěn)定連接，減少誤差；凸輪之間的軸頸與軸承相配合，保證凸輪軸光滑，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)；而最重要的則是具有一定相位差的凸輪組，各個(gè)凸輪的尺寸和形狀是影響氣門開(kāi)閉間隙大小和配氣效率的主要因素，在配氣過(guò)程中，凸輪下降段的輪廓誤差還是產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要原因之一。整體上來(lái)看，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，凸輪軸直接關(guān)系到它的充氣系

6、數(shù)、功率輸出、動(dòng)力性能以及廢氣排放，與汽車運(yùn)行的動(dòng)力性、舒適性息息相關(guān)。2 凸輪升程誤差的測(cè)量與處理凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是通過(guò)凸輪的形狀來(lái)反映的，因此需要根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)凸輪的形狀。一般來(lái)講，每個(gè)凸輪的形狀桃形，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(shí)際應(yīng)用中提供給磨床的升程曲線是"P Q O("P的離散數(shù)據(jù)，這也就是描述每個(gè)凸輪形狀的理論升程表，其升程曲線的精度由升程公差來(lái)進(jìn)行控制）。2.1凸輪的升程誤差凸輪的升程誤差是指，實(shí)際凸輪對(duì)應(yīng)理論角度上的實(shí)際升程與理論升程的代數(shù)差。即h=hs-h根據(jù)升程誤差

7、的定義，凸輪升程測(cè)量時(shí)，測(cè)量的應(yīng)是凸輪理論轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際升程。這一點(diǎn)在實(shí)際測(cè)量中是不容易做到的，測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)角誤差的影響，才可能得出正確的測(cè)量結(jié)果。這就提出了如何進(jìn)行凸輪測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方法的問(wèn)題。2.2 凸輪升程測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、評(píng)定方法如圖1所示，凸輪升程表上給出的是理論轉(zhuǎn)角 對(duì)應(yīng)的理論升程h，按誤差定義要求，本應(yīng)測(cè)量出理論轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際升程?？墒牵捎谕馆啘y(cè)量起點(diǎn)轉(zhuǎn)角有誤差，實(shí)際上測(cè)量出的不是理論轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的實(shí)際升程，而是轉(zhuǎn)角+應(yīng)點(diǎn)上的實(shí)際升程hs。所以，一般按h=hs-h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

8、應(yīng)按下式求解：h=hs+h*-h其中h=dh/d凸輪升程變化率；應(yīng)根據(jù)凸輪的公式要求分別求解，即升程公差按尺寸公差標(biāo)注時(shí)（由左右側(cè)最大點(diǎn)等距導(dǎo)出）（由左右側(cè)最小點(diǎn)等距導(dǎo)出）（2）升程公差按形狀公差標(biāo)注時(shí)，公差位置浮動(dòng)一般來(lái)講，應(yīng)根據(jù)凸輪升程的公差要求，即按尺寸公差標(biāo)注的處理方法和按形狀公差標(biāo)注的處理方法，給出相應(yīng)的處理方法。數(shù)據(jù)處理過(guò)程，就是將測(cè)量數(shù)據(jù)處理成符合定義的升程誤差值 符合設(shè)計(jì)要求的升程誤詫值的過(guò)程。這里，應(yīng)說(shuō)明的是，凸輪升程的測(cè)量基準(zhǔn)是“敏感點(diǎn)”，凸輪升程的評(píng)定基準(zhǔn)是“極限點(diǎn)”。測(cè)量時(shí)，以凸輪左、右側(cè)的“敏感點(diǎn)”為基準(zhǔn)，獲得（確定）凸輪測(cè)量起點(diǎn)轉(zhuǎn)角；處理時(shí)以凸輪左、右側(cè)的最大點(diǎn)和最

9、小點(diǎn)的四個(gè)“極限點(diǎn)”a,b,c,d 為基準(zhǔn)，求出凸輪測(cè)量起點(diǎn)轉(zhuǎn)角的角度位移之后，即得凸輪處理（評(píng)定）起點(diǎn)轉(zhuǎn)角：(i0)j=o+測(cè)量數(shù)據(jù)的處理過(guò)程可以(i0)j=o+以為測(cè)量起點(diǎn)轉(zhuǎn)角，進(jìn)行二次測(cè)量；也可以按解析式（i=0 360°），逐點(diǎn)算出符合定義的升程誤差值。3 關(guān)于升程誤差測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法的說(shuō)明凸輪的升程公差，常用的有兩種標(biāo)注方法：標(biāo)注的是帶正負(fù)號(hào)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，升程公差控制的僅是實(shí)際凸輪的輪廓尺寸。這時(shí)，凸輪的升程誤差應(yīng)按尺寸公差來(lái)處理：凸輪的升程公差要求，設(shè)定了兩個(gè)極限尺寸 最大實(shí)體尺寸（MMS)和最小實(shí)體尺寸（LMS

10、）來(lái)限制升程的實(shí)際尺寸，要求凸輪升程的任一局部尺寸不得超出兩個(gè)極限尺寸； 標(biāo)注的是不帶正負(fù)號(hào)的公差值，公差帶的方向隨凸輪的實(shí)際形狀而定（變動(dòng)），公差帶的位置是浮動(dòng)的，升程公差控制要素是實(shí)際凸輪的輪廓形狀。這時(shí)，凸輪的升程誤差應(yīng)按形位公差來(lái)處理（升程誤差的測(cè)量數(shù)據(jù)，應(yīng)按“最小條件”要求進(jìn)行評(píng)定）：凸輪的升程公差要求，設(shè)定了兩個(gè)平行（或等距）的界面或界線，構(gòu)成形狀公差帶來(lái)限制實(shí)際被測(cè)要素。凸輪測(cè)量數(shù)據(jù)按尺寸公差要求處理時(shí)，應(yīng)把升程誤差與升程公差聯(lián)系起來(lái)，最大限度的保證凸輪升程的合格（圖!）；凸輪測(cè)量數(shù)據(jù)按形位公差要求處理時(shí)，應(yīng)把升程誤差與“最小條件”聯(lián)系起來(lái)，保證凸輪升程誤差（包容區(qū)域的寬度）的最

11、大值為最?。▓D"）。處理時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇相應(yīng)的處理方法。在此應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出：當(dāng)凸輪異側(cè)（左、右側(cè)）升程公差相等時(shí)，“等距”誤差點(diǎn)也是“等值”誤差點(diǎn)。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(dòng)，尺寸公差帶位置固定。4 凸輪軸測(cè)量?jī)x的工作原理凸輪軸的測(cè)量是二維測(cè)量系統(tǒng)。目前凸輪軸測(cè)量?jī)x的分度裝置大都采用圓光柵編碼器測(cè)量系統(tǒng)，線值裝置采用直線光柵測(cè)量系統(tǒng)。凸輪軸測(cè)量?jī)x的原理框圖如圖4所示：由計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)啟動(dòng)直流同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被測(cè)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)軸圓光柵傳感器， 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(qiáng)變化

12、信號(hào)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，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(jì)數(shù)板送入計(jì)算機(jī)。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，就獲得了每個(gè)凸輪輪廓對(duì)應(yīng)于各個(gè)轉(zhuǎn)角的徑向測(cè)量值（升程）。應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，凸輪測(cè)量?jī)x的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和處理均可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制完成。這里，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)：凸輪測(cè)量時(shí)，測(cè)頭的形狀應(yīng)與凸輪機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)件的形狀一致，這樣才能更好的模擬凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況，使測(cè)量出的凸輪升程值準(zhǔn)確反映凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的工作位移和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。5 凸輪升程的測(cè)量、處理凸輪升程測(cè)量時(shí)，凸輪每轉(zhuǎn)過(guò)#$) 軟件就給出一個(gè)升程測(cè)量值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，軟件按每#& 輸出測(cè)量結(jié)果（升程誤差值、升

13、程誤差曲線）。 圖6圖6 是在廣州威而信精密儀器有限公司生產(chǎn)的L-2000 凸輪自動(dòng)測(cè)量?jī)x上，由WILSON測(cè)量軟件，完成參數(shù)輸入、測(cè)量選擇、數(shù)據(jù)采集、處理和測(cè)量結(jié)果，打印輸出的某發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸各凸輪的升程誤差表和升程誤差曲線6 結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)仿真、編譯實(shí)現(xiàn)后，將代碼下載至EPC1441可編程配置芯片，屬于主動(dòng)配置模式。在接口模塊上電后由EPC1441 自動(dòng)給EPF10K10芯片進(jìn)行配置。采用該輸入通道，對(duì)光柵尺信號(hào)進(jìn)行了四細(xì)分，分辨率達(dá)到了1um。以光柵尺做反饋部件，利用基于FPGA 的光柵尺智能接口模塊做輸入通道構(gòu)成閉環(huán)控制，控制誤差控制在2um 以內(nèi)，滿足所提出的誤差小于5um 的性能要求。參

14、考文獻(xiàn)1 葉宗茂發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸鍵槽形位誤差的快速測(cè)量J工具技術(shù)2004，38：54-572 林一平高效環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)凸輪軸相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)J研究與開(kāi)發(fā)2001，2：14-163 廖祥兵，王軍，張立軍頂置凸輪軸凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)J內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)2006，6(19)：588-5924 錢人一凸輪軸制造工藝綜述J設(shè)計(jì)研究2005：26-305 劉心富發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸檢測(cè)方法綜述J經(jīng)驗(yàn)介紹2004：26-306 劉心富，李長(zhǎng)星發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)與實(shí)踐JMC 現(xiàn)代零部件2006，6：68-727 陳曉華，尚銳，胡秉辰，李為，秦榮榮圓柱分度凸輪廓面檢測(cè)技術(shù)研究J農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)1994，25：36-398 J.

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