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凸輪軸的檢測與數(shù)據(jù)處理

1 概述

凸輪軸是摩托車芥备、汽車稳懒、飛機(jī)等發(fā)動機(jī)的核心部件夯接，它的功能是保證發(fā)動機(jī)的正確配氣相位和按一定運(yùn)動規(guī)律控制氣門組定時開焕济、閉纷妆。
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晴弃。目前掩幢，在凸輪軸的加工已廣泛采用自動線生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)的的檢測方法肝匆、檢測數(shù)據(jù)要人工處理粒蜈，信息量大，效率低旗国，質(zhì)量信息不能及時反饋枯怖，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效率、高精度生產(chǎn)的要求蝉速。但要求普遍配備價格昂貴凸輪自動檢測裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與顯示掘楔、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)的需要牍侧。
為此骚美，本文以國產(chǎn)數(shù)顯式凸輪檢查儀手工檢測結(jié)合自編計算機(jī)數(shù)據(jù)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座叙，又可通過自編程序顯示和打印檢測結(jié)果刮诅。

2 凸輪軸應(yīng)檢測的內(nèi)容

發(fā)動機(jī)凸輪軸應(yīng)檢測的內(nèi)容一般有：
  1. 正確選擇檢測基準(zhǔn)；
  2. 準(zhǔn)確確定檢測位置契叔；
  3. 求解(測算)檢測起始轉(zhuǎn)角舟窥；
  4. 正確選擇升程起始位置(基準(zhǔn))，即“零升程”麸应；
  5. 進(jìn)行凸輪升程和基圓的圓跳動量檢測削仲；
  6. 對凸輪升程檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求出符合“最小條件”要求的升程誤差损侄；
  7. 給出各凸輪的實(shí)際基圓半徑不恭；
  8. 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财饥；
  9. 其它换吧，如基準(zhǔn)軸頸的直徑，凸輪型面的表面粗糙度等钥星；
  10. 對被檢凸輪軸作出實(shí)用性結(jié)論式散。

3 檢測基準(zhǔn)選擇

發(fā)動機(jī)凸輪一般不標(biāo)注檢測基準(zhǔn)。對于未標(biāo)明基準(zhǔn)的凸輪打颤，其實(shí)際輪廓相對于理想輪廓的位置暴拄，即凸輪的檢測位置應(yīng)按“最小條件”要求來確定。因此编饺，實(shí)現(xiàn)凸輪理想檢測位置的基準(zhǔn)并不能隨意規(guī)定乖篷，它亦應(yīng)依據(jù)實(shí)際凸輪的情況响驴，按“最小條件”要求進(jìn)行選擇。
設(shè)m撕蔼、n是凸輪左側(cè)和右側(cè)輪廓上的兩點(diǎn)豁鲤，當(dāng)凸輪有一位置誤差Da時，則由凸輪檢測方程式h=h(a钝摧，r,r0,rc)可求出m跟斜，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)可知裹融，只有當(dāng)m和n是凸輪左绪论、右側(cè)升程變化率絕對值最大的“敏感點(diǎn)”，且左幽卜、右側(cè)“敏感點(diǎn)”的升程誤差相等時Da的值最小卷俱。“敏感點(diǎn)”是凸輪的“最佳”基準(zhǔn)并淳。

4 檢測起始轉(zhuǎn)角的求解與升程檢測技巧

凸輪升程的檢測百郊，可以通過如圖1所示的凸輪自動檢測裝置按程序進(jìn)行自動測量，并可通過計算機(jī)處理將檢測結(jié)果顯示或打印出來啰林。也可以在凸輪檢查儀上人工檢測捉为。人工檢測時，按“最小條件”要求鸡焰，求解升程檢測起始轉(zhuǎn)角是關(guān)鍵偶凝。如何建立(求解)凸輪檢測起始轉(zhuǎn)角公式，
?0=[h'm(?m-am)-h'n(?n-an)]/(h'm-h'n) (3)
筆者在《計量技術(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)介紹陆爽，這里就不贅述了。


圖1 凸輪自動檢測裝置

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)扳缕，從中找出凸輪左慌闭、右側(cè)的升程誤差最大點(diǎn)和最小點(diǎn)，根據(jù)“評定準(zhǔn)則”確定等距點(diǎn)(最大或最小等距誤差點(diǎn)躯舔，取符合“準(zhǔn)則”的驴剔，本文以取最,大點(diǎn)等距為例)，得等距方程式粥庄，即
esm-(Dha+h'a·Da)=esn-(Dhb+hb'·Da)
解上列方程式丧失，得
Da=[(esm-esn)-(Dha-Dhb)]/(h'a-hb') (4)
式中 esm、esn——凸輪左惜互、右側(cè)升程上偏差布讹；
Dha、Dhb——凸輪左训堆、右側(cè)誤差最大點(diǎn)升程誤差描验；
ha白嘁、hb——凸輪左、右側(cè)誤差最大點(diǎn)的升程變化率帘染；
Da——基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換量嘀吨。
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耕疟、Dh(i)——基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換前淮晓、后被測點(diǎn)的升程誤差；
hi'——被測點(diǎn)的升程變化率上互。
凸輪基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換(升程數(shù)據(jù)處理)過程如圖2所示睹揍。


(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(fā)動機(jī)的一根凸輪軸上有很多凸輪，如按1°間隔采點(diǎn)翼毡，每個凸輪有180個以上的測量點(diǎn)枢竟，一根單缸軸有500個以上數(shù)據(jù)，多缸機(jī)的數(shù)據(jù)就更多了既感。所以坤搂，檢測數(shù)據(jù)的處理工作量相當(dāng)大，人工計算費(fèi)時費(fèi)力挂悲，亦容易出差錯戒蟆。為此，以下給出計算機(jī)處理程序：1 發(fā)動機(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)：”揖赴，I,M
15 INPUT“輸入左右側(cè)升程上下偏差：”馆匿，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：”燥滑，A(S)
40 INPUT“按順序輸入所測點(diǎn)升程誤差值：”渐北，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
70 D=B(J):N=J
75 IF E
80 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 G
140 G=B(K):Q=K
150 NEXT K
160 PRINT“左側(cè)最大點(diǎn)：”铭拧，A(N),B(N),C(N)
165 PRINT“左側(cè)最小點(diǎn)：”赃蛛，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”搀菩，B(N)ELSE PRINT“最大點(diǎn)為”呕臂，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：”肪跋，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：”歧蒋，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 E
360 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：”州既，A(M),H(M)
410 PRINT“最小誤差點(diǎn)轉(zhuǎn)角及誤差值：”谜洽，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禁微，但仍可能出現(xiàn)如圖2(b)所示的升程超差情況唉奇。
當(dāng)升程誤差曲線出現(xiàn)超差時，絕不可武斷地判定凸輪不合格恢核。
通過分析闻街，如果改變凸輪的評定起始位置(轉(zhuǎn)角)，即通過評定基準(zhǔn)的改變能把超差點(diǎn)移進(jìn)公差帶之內(nèi)忠宙，又不致于引起其它合格點(diǎn)移出公差帶之外架讳，這時，不合格升程成為合格杀打。盡管文饱，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),將凸輪評定起始轉(zhuǎn)角(?(0))改變Da1時蕉殴，超差點(diǎn)c移進(jìn)公差帶內(nèi)融吓，這時，同側(cè)異界點(diǎn)a的變化方向與c一致歹嘹，異側(cè)同界點(diǎn)d的變化方向與c相反箩绍，如果a及c均不移出公差帶之外，則凸輪升程合格尺上。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
Da1=(eim-Dhc)/hc' (9)
將式(9)代入式(7)材蛛、式(8)得
│(esm-Dha)/ha'│≥│(eim-Dhc)/hc'│(esn-Dhd)/hd│≥│(ein-Dhc)/hc'│ (10)
令k1＝hc/ha，k2＝hc/hd怎抛，可得
│k1(esm-Dhd)│≥│eim-Dhc│≤│k2(ein-Dhd)│ (11)
式中Dhc——超差點(diǎn)c的升程誤差卑吭；
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的升程誤差马绝；
esm豆赏、eim——凸輪左側(cè)升程的上、下偏差富稻；
ein——凸輪右側(cè)升程的下偏差掷邦；
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唉窃。這里應(yīng)說明：當(dāng)超差點(diǎn)不是c而是a時，c為同側(cè)異界點(diǎn)纹笼，b為異側(cè)同界點(diǎn)纹份；當(dāng)b是超差點(diǎn)時，d為同側(cè)異界點(diǎn)炫允。a為異側(cè)同界點(diǎn)培幽；當(dāng)d 為超差點(diǎn)時，b為同側(cè)異界點(diǎn)睛村，c為異側(cè)同界點(diǎn)绎编。運(yùn)用式(11)判定式時蔑串，應(yīng)根據(jù)超差點(diǎn)的不同，正確確定k1演穗、k2和選擇公式中的下標(biāo)柱涕。


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