凸輪軸的檢測與數(shù)據(jù)處理
時(shí)間:2011-05-28 08:55:37 來源:未知
1 概述
凸輪軸是摩托車、汽車、飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，它的功能是保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正確配氣相位和按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制氣門組定時(shí)開、閉。
凸輪軸上各凸輪的位置和形狀是影響氣門開、閉間隙大小和配氣效率的主要因素。目前，在凸輪軸的加工已廣泛采用自動(dòng)線生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)的的檢測方法、檢測數(shù)據(jù)要人工處理，信息量大，效率低，質(zhì)量信息不能及時(shí)反饋，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效率、高精度生產(chǎn)的要求。但要求普遍配備價(jià)格昂貴凸輪自動(dòng)檢測裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與顯示、打印設(shè)備條件尚不成熟。必須采取另外的方法使凸輪檢測適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
為此，本文以國產(chǎn)數(shù)顯式凸輪檢查儀手工檢測結(jié)合自編計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序的方法來檢測凸輪，既不需要價(jià)格昂貴的凸輪自動(dòng)檢測裝置，又可通過自編程序顯示和打印檢測結(jié)果。
2 凸輪軸應(yīng)檢測的內(nèi)容
發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸應(yīng)檢測的內(nèi)容一般有：
- 正確選擇檢測基準(zhǔn)；
- 準(zhǔn)確確定檢測位置；
- 求解(測算)檢測起始轉(zhuǎn)角；
- 正確選擇升程起始位置(基準(zhǔn))，即“零升程”；
- 進(jìn)行凸輪升程和基圓的圓跳動(dòng)量檢測；
- 對(duì)凸輪升程檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求出符合“最小條件”要求的升程誤差；
- 給出各凸輪的實(shí)際基圓半徑；
- 按有關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和升程公差要求，判定凸輪升程的合格性；
- 其它，如基準(zhǔn)軸頸的直徑，凸輪型面的表面粗糙度等；
- 對(duì)被檢凸輪軸作出實(shí)用性結(jié)論。
3 檢測基準(zhǔn)選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪一般不標(biāo)注檢測基準(zhǔn)。對(duì)于未標(biāo)明基準(zhǔn)的凸輪，其實(shí)際輪廓相對(duì)于理想輪廓的位置，即凸輪的檢測位置應(yīng)按“最小條件”要求來確定。因此，實(shí)現(xiàn)凸輪理想檢測位置的基準(zhǔn)并不能隨意規(guī)定，它亦應(yīng)依據(jù)實(shí)際凸輪的情況，按“最小條件”要求進(jìn)行選擇。
設(shè)m、n是凸輪左側(cè)和右側(cè)輪廓上的兩點(diǎn)，當(dāng)凸輪有一位置誤差Da時(shí)，則由凸輪檢測方程式h=h(a，r,r0,rc)可求出m，n兩點(diǎn)的升程誤差
Dhm=(
h/a)m·Da=h'm·Da
Dhn=(h/a)n·Da=h'n·Da
(1)
式(1)相減，得
Da=(Dhm-Dhn)/(hm'-hn')
(2)
由式(2)可知，只有當(dāng)m和n是凸輪左、右側(cè)升程變化率絕對(duì)值最大的“敏感點(diǎn)”，且左、右側(cè)“敏感點(diǎn)”的升程誤差相等時(shí)Da的值最小。“敏感點(diǎn)”是凸輪的“最佳”基準(zhǔn)。
4 檢測起始轉(zhuǎn)角的求解與升程檢測技巧
凸輪升程的檢測，可以通過如圖1所示的凸輪自動(dòng)檢測裝置按程序進(jìn)行自動(dòng)測量，并可通過計(jì)算機(jī)處理將檢測結(jié)果顯示或打印出來。也可以在凸輪檢查儀上人工檢測。人工檢測時(shí)，按“最小條件”要求，求解升程檢測起始轉(zhuǎn)角是關(guān)鍵。如何建立(求解)凸輪檢測起始轉(zhuǎn)角公式，
#p#分頁標(biāo)題#e#
Ø0=[h'm(Øm-am)-h'n(Øn-an)]/(h'm-h'n)
(3)
筆者在《計(jì)量技術(shù)》1994年第1期的《凸輪檢測起始轉(zhuǎn)角的求解方法》和《計(jì)量技術(shù)》1999年第2期的《凸輪“最小條件”升程誤差精確值的求解方法》中已作了詳細(xì)介紹，這里就不贅述了。
圖1 凸輪自動(dòng)檢測裝置
5 升程檢測數(shù)據(jù)的處理
把以“敏感點(diǎn)”為基準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)作為迭代數(shù)據(jù)，從中找出凸輪左、右側(cè)的升程誤差最大點(diǎn)和最小點(diǎn)，根據(jù)“評(píng)定準(zhǔn)則”確定等距點(diǎn)(最大或最小等距誤差點(diǎn)，取符合“準(zhǔn)則”的，本文以取最,大點(diǎn)等距為例)，得等距方程式，即
esm-(Dha+h'a·Da)=esn-(Dhb+hb'·Da)解上列方程式，得
Da=[(esm-esn)-(Dha-Dhb)]/(h'a-hb')
(4)
式中 esm、esn——凸輪左、右側(cè)升程上偏差；
Dha、Dhb——凸輪左、右側(cè)誤差最大點(diǎn)升程誤差；
ha、hb——凸輪左、右側(cè)誤差最大點(diǎn)的升程變化率；
Da——基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換量。
符合“最小條件”要求的升程誤差，按下式計(jì)算
式中 Dhi、Dh(i)——基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換前、后被測點(diǎn)的升程誤差；
hi'——被測點(diǎn)的升程變化率。
凸輪基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換(升程數(shù)據(jù)處理)過程如圖2所示。
(a)檢測升程誤差曲線(升程不合格)
(b)符合“最小條件”升程誤差曲線(升程不合格)
(c)合格的升程誤差曲線(不符合“最小條件”)
圖2 凸輪升程誤差曲線符合“最小條件”的評(píng)定與升程合格性判定
發(fā)動(dòng)機(jī)的一根凸輪軸上有很多凸輪，如按1°間隔采點(diǎn)，每個(gè)凸輪有180個(gè)以上的測量點(diǎn)，一根單缸軸有500個(gè)以上數(shù)據(jù)，多缸機(jī)的數(shù)據(jù)就更多了。所以，檢測數(shù)據(jù)的處理工作量相當(dāng)大，人工計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，亦容易出差錯(cuò)。為此，以下給出計(jì)算機(jī)處理程序：1 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪升程誤差轉(zhuǎn)換程序
5 DEFDBLA-H
10 INPUT“輸入所測點(diǎn)數(shù)及左點(diǎn)數(shù)：”，I,M
15 INPUT“輸入左右側(cè)升程上下偏差：”，ES1,EI1,ES2,EI2
20 INPUT“輸入檢測起始轉(zhuǎn)角：”，AO
25 DIM A(I),B(I),C(I),H(I)
30 FOR S=1 TO I
35 INPUT“按順序輸入所測點(diǎn)轉(zhuǎn)角值：”，A(S)
40 INPUT“按順序輸入所測點(diǎn)升程誤差值：”，B(S)
45 INPUT“按順序輸入所測點(diǎn)升程變化率值：”，C(S)
50 NEXT S
55 D=B(1):E=B(1):F=B(1):G=B(1)
60 FOR J=1 TO M
65 IF D>B(J)THEN GOTO 75#p#分頁標(biāo)題#e#
70 D=B(J):N=J
75 IF E80 E=B(J):0=J
90 NEXT J
100 FOR K=M+1 TO I
110 IF F>B(K) THEN GOTO 130
120 F=B(K):P=K
130 IF G140 G=B(K):Q=K
150 NEXT K
160 PRINT“左側(cè)最大點(diǎn)：”，A(N),B(N),C(N)
165 PRINT“左側(cè)最小點(diǎn)：”，A(O),B(O),C(O)
170 PRINT“右側(cè)最大點(diǎn)：”，A(P),B(P),C(P)
175 PRINT“右側(cè)最小點(diǎn)：” A(Q),B(Q),C(Q)
180 IF ABS(C(N))>ABS(C(O))AND ABS(C(P))>ABS(C(O)THEN: GOTO 210
190 IF ABS(C(N))>ABS(C(Q))AND ABS(C(P))>ABS(C(Q)THEN: GOTO 210
200 PRINT“應(yīng)使兩最小點(diǎn)等距”：L=0:IF B(N)>B(P) THEN PRINT“最大點(diǎn)為”，B(N)ELSE PRINT“最大點(diǎn)為”，B(P):GOTO 220
210 PRINT“應(yīng)使兩最大點(diǎn)等距”：L=1:IF B(O)>B(Q) THEN PRINT“最小點(diǎn)為”，B(Q)ELSE PRINT“最小點(diǎn)為:B(O)”
230 DD=3.1415926#/180
240 A1=A1*DD:A2+A2*DD:A3=A3*DD:A4=A4*DD
250 IF L=0 GOTO 270
260 A11=((ES1-ES2)-(B(N)-B(P)))/(C(N)-C(P))
265 A10=AO+A11:GOTO 280
270 A11+((EI1-EI2)-B(O)-B(Q)))/(C(O)-C(Q))
275 A10=AO+A11
280 PRINT“檢測起始轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)換量及起始轉(zhuǎn)角優(yōu)解值：”，AO,A11,A10
290 FOR T=1 TO I:H(T)=B(T)+C(T)*A11
300 以PRINT“轉(zhuǎn)換前后升程誤差值：”，A(T),H(T):NEXT T
310 D=H(1):E=H(1)
320 FOR T=1 TO I
330 IF D>H(T) THEN GOTO 350
340 D=H(T):M=T
350 IF E360 E=H(T):M=T
370 NEXT T
380 H10=D-E
390 PRINT“最小包容區(qū)域?qū)挾葹椋骸保琀10
400 PRINT“最大誤差點(diǎn)轉(zhuǎn)角及誤差值：”，A(M),H(M)
410 PRINT“最小誤差點(diǎn)轉(zhuǎn)角及誤差值：”，A(N),H(N)
420 END
6 升程合格性判定
通過基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，將檢測所獲升程誤差曲線轉(zhuǎn)換為符合“最小條件”要求的升程誤差曲線的形式之后，其最小包容區(qū)域的形狀和升程公差帶的形狀相一致，但仍可能出現(xiàn)如圖2(b)所示的升程超差情況。
當(dāng)升程誤差曲線出現(xiàn)超差時(shí)，絕不可武斷地判定凸輪不合格。
通過分析，如果改變凸輪的評(píng)定起始位置(轉(zhuǎn)角)，即通過評(píng)定基準(zhǔn)的改變能把超差點(diǎn)移進(jìn)公差帶之內(nèi)，又不致于引起其它合格點(diǎn)移出公差帶之外，這時(shí)，不合格升程成為合格。盡管，最小包容區(qū)域的寬度有所增大(不符合“最小條件”要求)但凸輪的升程合格。
如圖2(c),將凸輪評(píng)定起始轉(zhuǎn)角(Ø(0))改變Da1時(shí)，超差點(diǎn)c移進(jìn)公差帶內(nèi)，這時(shí)，同側(cè)異界點(diǎn)a的變化方向與c一致，異側(cè)同界點(diǎn)d的變化方向與c相反，如果a及c均不移出公差帶之外，則凸輪升程合格。由此可得
eim-(Dhc+hc'·Da1)=0
(c點(diǎn)落在公差帶線上)
(6)
│esm-(Dha+ha'·Da1)│≥0
(7)
│ein=(Dhd+hd'·Da)│≥0
(8)
由式(6)可得
將式(9)代入式(7)、式(8)得
#p#分頁標(biāo)題#e#
│(esm-Dha)/ha'│≥│(eim-Dhc)/hc'│(esn-Dhd)/hd│≥│(ein-Dhc)/hc'│
(10)
令k1＝hc/ha，k2＝hc/hd，可得
│k1(esm-Dhd)│≥│eim-Dhc│≤│k2(ein-Dhd)│
(11)
式中Dhc——超差點(diǎn)c的升程誤差；
Dha——與c同側(cè)異界點(diǎn)a的升程誤差；
Dhd——與c異側(cè)同界點(diǎn)d的升程誤差；
esm、eim——凸輪左側(cè)升程的上、下偏差；
ein——凸輪右側(cè)升程的下偏差；
h'a,h'c,hd'——誤差極限點(diǎn)a,c,d的升程變化率。
式(11)就是凸輪升程合格判定式。這里應(yīng)說明：當(dāng)超差點(diǎn)不是c而是a時(shí)，c為同側(cè)異界點(diǎn)，b為異側(cè)同界點(diǎn)；當(dāng)b是超差點(diǎn)時(shí)，d為同側(cè)異界點(diǎn)。a為異側(cè)同界點(diǎn)；當(dāng)d為超差點(diǎn)時(shí)，b為同側(cè)異界點(diǎn)，c為異側(cè)同界點(diǎn)。運(yùn)用式(11)判定式時(shí)，應(yīng)根據(jù)超差點(diǎn)的不同，正確確定k1、k2和選擇公式中的下標(biāo)。