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凸輪軸的檢測與數據處理

時間:2011-05-28 08:55:37 來源:未知
 

1 概述

凸輪軸是摩托車、汽車、飛機等發動機的核心部件，它的功能是保證發動機的正確配氣相位和按一定運動規律控制氣門組定時開、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線生產的條件下，傳統的的檢測方法、檢測數據要人工處理，信息量大，效率低，質量信息不能及時反饋，遠遠不能適應高效率、高精度生產的要求。但要求普遍配備價格昂貴凸輪自動檢測裝置和計算機數據處理系統與顯示、打印設備條件尚不成熟。必須采取另外的方法使凸輪檢測適應生產的需要。
為此，本文以國產數顯式凸輪檢查儀手工檢測結合自編計算機數據處理程序的方法來檢測凸輪，既不需要價格昂貴的凸輪自動檢測裝置，又可通過自編程序顯示和打印檢測結果。

2 凸輪軸應檢測的內容

發動機凸輪軸應檢測的內容一般有：
  1. 正確選擇檢測基準；
  2. 準確確定檢測位置；
  3. 求解(測算)檢測起始轉角；
  4. 正確選擇升程起始位置(基準)，即“零升程”；
  5. 進行凸輪升程和基圓的圓跳動量檢測；
  6. 對凸輪升程檢測數據進行處理，求出符合“最小條件”要求的升程誤差；
  7. 給出各凸輪的實際基圓半徑；
  8. 按有關專業標準和升程公差要求，判定凸輪升程的合格性；
  9. 其它，如基準軸頸的直徑，凸輪型面的表面粗糙度等；
  10. 對被檢凸輪軸作出實用性結論。

3 檢測基準選擇

發動機凸輪一般不標注檢測基準。對于未標明基準的凸輪，其實際輪廓相對于理想輪廓的位置，即凸輪的檢測位置應按“最小條件”要求來確定。因此，實現凸輪理想檢測位置的基準并不能隨意規定，它亦應依據實際凸輪的情況，按“最小條件”要求進行選擇。
設m、n是凸輪左側和右側輪廓上的兩點，當凸輪有一位置誤差Da時，則由凸輪檢測方程式h=h(a，r,r0,rc)可求出m，n兩點的升程誤差 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m和n是凸輪左、右側升程變化率絕對值最大的“敏感點”，且左、右側“敏感點”的升程誤差相等時Da的值最小。“敏感點”是凸輪的“最佳”基準。

4 檢測起始轉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所示的凸輪自動檢測裝置按程序進行自動測量，并可通過計算機處理將檢測結果顯示或打印出來。也可以在凸輪檢查儀上人工檢測。人工檢測時，按“最小條件”要求，求解升程檢測起始轉角是關鍵。如何建立(求解)凸輪檢測起始轉角公式， #p#分頁標題#e#Ø0=[h'm(Øm-am)-h'n(Øn-an)]/(h'm-h'n)(3)
筆者在《計量技術》1994年第1期的《凸輪檢測起始轉角的求解方法》和《計量技術》1999年第2期的《凸輪“最小條件”升程誤差精確值的求解方法》中已作了詳細介紹，這里就不贅述了。

圖1 凸輪自動檢測裝置

5 升程檢測數據的處理

把以“敏感點”為基準的檢測數據作為迭代數據，從中找出凸輪左、右側的升程誤差最大點和最小點，根據“評定準則”確定等距點(最大或最小等距誤差點，取符合“準則”的，本文以取最,大點等距為例)，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、右側升程上偏差；
Dha、Dhb——凸輪左、右側誤差最大點升程誤差；
ha、hb——凸輪左、右側誤差最大點的升程變化率；
Da——基準轉換量。
符合“最小條件”要求的升程誤差，按下式計算 Dh(i)=Dhi+hi'·Da(5)
式中 Dhi、Dh(i)——基準轉換前、后被測點的升程誤差；
hi'——被測點的升程變化率。
凸輪基準轉換(升程數據處理)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”的評定與升程合格性判定
發動機的一根凸輪軸上有很多凸輪，如按1°間隔采點，每個凸輪有180個以上的測量點，一根單缸軸有500個以上數據，多缸機的數據就更多了。所以，檢測數據的處理工作量相當大，人工計算費時費力，亦容易出差錯。為此，以下給出計算機處理程序：1 發動機凸輪升程誤差轉換程序
5 DEFDBLA-H
10 INPUT“輸入所測點數及左點數：”，I,M
15 INPUT“輸入左右側升程上下偏差：”，ES1,EI1,ES2,EI2
20 INPUT“輸入檢測起始轉角：”，AO
25 DIM A(I),B(I),C(I),H(I)
30 FOR S=1 TO I
35 INPUT“按順序輸入所測點轉角值：”，A(S)
40 INPUT“按順序輸入所測點升程誤差值：”，B(S)
45 INPUT“按順序輸入所測點升程變化率值：”，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“左側最大點：”，A(N),B(N),C(N)
165 PRINT“左側最小點：”，A(O),B(O),C(O)
170 PRINT“右側最大點：”，A(P),B(P),C(P)
175 PRINT“右側最小點：” 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“應使兩最小點等距”：L=0:IF B(N)>B(P) THEN PRINT“最大點為”，B(N)ELSE PRINT“最大點為”，B(P):GOTO 220
210 PRINT“應使兩最大點等距”：L=1:IF B(O)>B(Q) THEN PRINT“最小點為”，B(Q)ELSE PRINT“最小點為: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“檢測起始轉角和轉換量及起始轉角優解值：”，AO,A11,A10
290 FOR T=1 TO I:H(T)=B(T)+C(T)*A11
300 以PRINT“轉換前后升程誤差值：”，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“最小包容區域寬度為：”，H10
400 PRINT“最大誤差點轉角及誤差值：”，A(M),H(M)
410 PRINT“最小誤差點轉角及誤差值：”，A(N),H(N)
420 END

6 升程合格性判定

通過基準轉換，將檢測所獲升程誤差曲線轉換為符合“最小條件”要求的升程誤差曲線的形式之后，其最小包容區域的形狀和升程公差帶的形狀相一致，但仍可能出現如圖2(b)所示的升程超差情況。
當升程誤差曲線出現超差時，絕不可武斷地判定凸輪不合格。
通過分析，如果改變凸輪的評定起始位置(轉角)，即通過評定基準的改變能把超差點移進公差帶之內，又不致于引起其它合格點移出公差帶之外，這時，不合格升程成為合格。盡管，最小包容區域的寬度有所增大(不符合“最小條件”要求)但凸輪的升程合格。
如圖2(c),將凸輪評定起始轉角(Ø(0))改變Da1時，超差點c移進公差帶內，這時，同側異界點a的變化方向與c一致，異側同界點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 Da1=(eim-Dhc)/hc'(9)
將式(9)代入式(7)、式(8)得 #p#分頁標題#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c的升程誤差；
Dha——與c同側異界點a的升程誤差；
Dhd——與c異側同界點d的升程誤差；
esm、eim——凸輪左側升程的上、下偏差；
ein——凸輪右側升程的下偏差；
h'a,h'c,hd'——誤差極限點a,c,d的升程變化率。
式(11)就是凸輪升程合格判定式。這里應說明：當超差點不是c而是a時，c為同側異界點，b為異側同界點；當b是超差點時，d為同側異界點。a為異側同界點；當d為超差點時，b為同側異界點，c為異側同界點。運用式(11)判定式時，應根據超差點的不同，正確確定k1、k2和選擇公式中的下標。