凸轮轴的检测与数据处理

时间:2011-05-28 08:55:37 来源:未知

1 概述

凸轮轴是摩托车、汽车、飞机等发动机的核心部件，它的功能是保证发动机的正确配气相位和按一定运动规律控制气门组定时开、闭。

凸轮轴上各凸轮的位置和形状是影响气门开、闭间隙大小和配气效率的主要因素。目前，在凸轮轴的加工已广泛采用自动线生产的条件下，传统的的检测方法、检测数据要人工处理，信息量大，效率低，质量信息不能及时反馈，远远不能适应高效率、高精度生产的要求。但要求普遍配备价格昂贵凸轮自动检测装置和计算机数据处理系统与显示、打印设备条件尚不成熟。必须采取另外的方法使凸轮检测适应生产的需要。

为此，本文以国产数显式凸轮检查仪手工检测结合自编计算机数据处理程序的方法来检测凸轮，既不需要价格昂贵的凸轮自动检测装置，又可通过自编程序显示和打印检测结果。

2 凸轮轴应检测的内容

发动机凸轮轴应检测的内容一般有：

正确选择检测基准；
准确确定检测位置；
求解(测算)检测起始转角；
正确选择升程起始位置(基准)，即“零升程”；
进行凸轮升程和基圆的圆跳动量检测；
对凸轮升程检测数据进行处理，求出符合“最小条件”要求的升程误差；
给出各凸轮的实际基圆半径；
按有关专业标准和升程公差要求，判定凸轮升程的合格性；
其它，如基准轴颈的直径，凸轮型面的表面粗糙度等；
对被检凸轮轴作出实用性结论。

3 检测基准选择

发动机凸轮一般不标注检测基准。对于未标明基准的凸轮，其实际轮廓相对于理想轮廓的位置，即凸轮的检测位置应按“最小条件”要求来确定。因此，实现凸轮理想检测位置的基准并不能随意规定，它亦应依据实际凸轮的情况，按“最小条件”要求进行选择。

设m、n是凸轮左侧和右侧轮廓上的两点，当凸轮有一位置误差Da时，则由凸轮检测方程式h=h(a，r,r₀,r_c)可求出m，n两点的升程误差 Dhm=(

a)m·Da=h'm·Da
Dhn=(

a)n·Da=h'n·Da(1)

式(1)相减，得 Da=(Dhm-Dhn)/(hm'-hn')(2)

由式(2)可知，只有当m和n是凸轮左、右侧升程变化率绝对值最大的“敏感点”，且左、右侧“敏感点”的升程误差相等时Da的值最小。“敏感点”是凸轮的“最佳”基准。

4 检测起始转角的求解与升程检测技巧

凸轮升程的检测，可以通过如图1所示的凸轮自动检测装置按程序进行自动测量，并可通过计算机处理将检测结果显示或打印出来。也可以在凸轮检查仪上人工检测。人工检测时，按“最小条件”要求，求解升程检测起始转角是关键。如何建立(求解)凸轮检测起始转角公式， #p#分页标题#e#Ø₀=[h'm(Øm-am)-h'n(Øn-an)]/(h'm-h'n)(3)

笔者在《计量技术》1994年第1期的《凸轮检测起始转角的求解方法》和《计量技术》1999年第2期的《凸轮“最小条件”升程误差精确值的求解方法》中已作了详细介绍，这里就不赘述了。

图1 凸轮自动检测装置

5 升程检测数据的处理

把以“敏感点”为基准的检测数据作为迭代数据，从中找出凸轮左、右侧的升程误差最大点和最小点，根据“评定准则”确定等距点(最大或最小等距误差点，取符合“准则”的，本文以取最,大点等距为例)，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——凸轮左、右侧升程上偏差；

Dha、Dhb——凸轮左、右侧误差最大点升程误差；

ha、hb——凸轮左、右侧误差最大点的升程变化率；

Da——基准转换量。

符合“最小条件”要求的升程误差，按下式计算 Dh(i)=Dhi+hi'·Da(5)

式中 Dhi、Dh(i)——基准转换前、后被测点的升程误差；

hi'——被测点的升程变化率。

凸轮基准转换(升程数据处理)过程如图2所示。

(a)检测升程误差曲线(升程不合格)(b)符合“最小条件”升程误差曲线(升程不合格)(c)合格的升程误差曲线(不符合“最小条件”)图2 凸轮升程误差曲线符合“最小条件”的评定与升程合格性判定

发动机的一根凸轮轴上有很多凸轮，如按1°间隔采点，每个凸轮有180个以上的测量点，一根单缸轴有500个以上数据，多缸机的数据就更多了。所以，检测数据的处理工作量相当大，人工计算费时费力，亦容易出差错。为此，以下给出计算机处理程序：1 发动机凸轮升程误差转换程序
5 DEFDBLA-H
10 INPUT“输入所测点数及左点数：”，I,M
15 INPUT“输入左右侧升程上下偏差：”，ES1,EI1,ES2,EI2
20 INPUT“输入检测起始转角：”，AO
25 DIM A(I),B(I),C(I),H(I)
30 FOR S=1 TO I
35 INPUT“按顺序输入所测点转角值：”，A(S)
40 INPUT“按顺序输入所测点升程误差值：”，B(S)
45 INPUT“按顺序输入所测点升程变化率值：”，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#分页标题#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“左侧最大点：”，A(N),B(N),C(N)
165 PRINT“左侧最小点：”，A(O),B(O),C(O)
170 PRINT“右侧最大点：”，A(P),B(P),C(P)
175 PRINT“右侧最小点：” 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“应使两最小点等距”：L=0:IF B(N)>B(P) THEN PRINT“最大点为”，B(N)ELSE PRINT“最大点为”，B(P):GOTO 220
210 PRINT“应使两最大点等距”：L=1:IF B(O)>B(Q) THEN PRINT“最小点为”，B(Q)ELSE PRINT“最小点为: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“检测起始转角和转换量及起始转角优解值：”，AO,A11,A10
290 FOR T=1 TO I:H(T)=B(T)+C(T)^*A11
300 以PRINT“转换前后升程误差值：”，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“最小包容区域宽度为：”，H10
400 PRINT“最大误差点转角及误差值：”，A(M),H(M)
410 PRINT“最小误差点转角及误差值：”，A(N),H(N)
420 END

6 升程合格性判定

通过基准转换，将检测所获升程误差曲线转换为符合“最小条件”要求的升程误差曲线的形式之后，其最小包容区域的形状和升程公差带的形状相一致，但仍可能出现如图2(b)所示的升程超差情况。

当升程误差曲线出现超差时，绝不可武断地判定凸轮不合格。

通过分析，如果改变凸轮的评定起始位置(转角)，即通过评定基准的改变能把超差点移进公差带之内，又不致于引起其它合格点移出公差带之外，这时，不合格升程成为合格。尽管，最小包容区域的宽度有所增大(不符合“最小条件”要求)但凸轮的升程合格。

如图2(c),将凸轮评定起始转角(Ø₍₀₎)改变Da₁时，超差点c移进公差带内，这时，同侧异界点a的变化方向与c一致，异侧同界点d的变化方向与c相反，如果a及c均不移出公差带之外，则凸轮升程合格。由此可得 eim-(Dhc+hc'·Da₁)=0
(c点落在公差带线上)(6)│esm-(Dha+ha'·Da₁)│≥0(7)│ein=(Dhd+hd'·Da)│≥0(8)

由式(6)可得 Da₁=(eim-Dhc)/hc'(9)

将式(9)代入式(7)、式(8)得 #p#分页标题#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——超差点c的升程误差；

Dha——与c同侧异界点a的升程误差；

Dhd——与c异侧同界点d的升程误差；

esm、eim——凸轮左侧升程的上、下偏差；

ein——凸轮右侧升程的下偏差；

h'a,h'c,hd'——误差极限点a,c,d的升程变化率。

式(11)就是凸轮升程合格判定式。这里应说明：当超差点不是c而是a时，c为同侧异界点，b为异侧同界点；当b是超差点时，d为同侧异界点。a为异侧同界点；当d为超差点时，b为同侧异界点，c为异侧同界点。运用式(11)判定式时，应根据超差点的不同，正确确定k1、k2和选择公式中的下标。

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