江蘇大學故障診斷

1、 發(fā)動機凸輪軸測量診斷的處理與評定方法 班級： 機械卓越1001 姓名： 魏延賓 學號： 3100301095 任課老師： 駱志高 2013年10月摘要發(fā)動機凸輪軸是汽車的重要部件，屬于典型的細長軸類零件。它的功能是驅(qū)動發(fā)動機整個配氣系統(tǒng)及其附件，使其快速、準確地吞吐大量燃氣，保證正確的配氣相位和按一定運動規(guī)律控制氣門組定時開、閉。其中凸輪軸上各凸輪的廓線形狀和尺寸是影響氣門開閉間隙大小和配氣效率的主要因素，直接關(guān)系到整個發(fā)動機的充氣系數(shù)、功率輸出、動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)動機凸輪軸制造質(zhì)量與汽車運行的動力性、舒適性息息相關(guān)。關(guān)鍵詞：凸輪軸，

2、檢測，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 of the

3、 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 reason

4、 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動部件，是典型的細長軸類零件。它的功能是驅(qū)動發(fā)動機整個配氣系統(tǒng)及其他附件，使其快速、準確地吞吐大量燃氣，保證正確的配氣相位和按一定運動規(guī)律控制氣門組定時開、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)動機的頂部、中部和底部推動氣門的開閉。根據(jù)氣門的數(shù)量以及布置方式的不

5、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)動機殼體穩(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，各個凸輪的尺寸和形狀是影響氣門開閉間隙大小和配氣效率的主要因素，在配氣過程中，凸輪下降段的輪廓誤差還是產(chǎn)生發(fā)動機噪聲的主要原因之一。整體上來看，對于發(fā)動機來說，凸輪軸直接關(guān)系到它的充氣系數(shù)、功率輸出

6、、動力性能以及廢氣排放，與汽車運行的動力性、舒適性息息相關(guān)。2 凸輪升程誤差的測量與處理凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律是通過凸輪的形狀來反映的，因此需要根據(jù)從動件的運動要求設(shè)計凸輪的形狀。一般來講，每個凸輪的形狀桃形，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)，這也就是描述每個凸輪形狀的理論升程表，其升程曲線的精度由升程公差來進行控制）。2.1凸輪的升程誤差凸輪的升程誤差是指，實際凸輪對應(yīng)理論角度上的實際升程與理論升程的代數(shù)差。即h=hs-h根據(jù)升程誤差的定義，凸輪

7、升程測量時，測量的應(yīng)是凸輪理論轉(zhuǎn)角對應(yīng)測點的實際升程。這一點在實際測量中是不容易做到的，測量數(shù)據(jù)中一般含有轉(zhuǎn)角誤差（系統(tǒng)性誤差）的影響，必須剔除測量數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)角誤差的影響，才可能得出正確的測量結(jié)果。這就提出了如何進行凸輪測量和數(shù)據(jù)處理方法的問題。2.2 凸輪升程測量、數(shù)據(jù)處理、評定方法如圖1所示，凸輪升程表上給出的是理論轉(zhuǎn)角 對應(yīng)的理論升程h，按誤差定義要求，本應(yīng)測量出理論轉(zhuǎn)角對應(yīng)測點的實際升程。可是，由于凸輪測量起點轉(zhuǎn)角有誤差，實際上測量出的不是理論轉(zhuǎn)角對應(yīng)點上的實際升程，而是轉(zhuǎn)角+應(yīng)點上的實際升程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，凸輪的升程誤差應(yīng)按下式求解

8、：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注時（由左右側(cè)最大點等距導出）（由左右側(cè)最小點等距導出）（2）升程公差按形狀公差標注時，公差位置浮動一般來講，應(yīng)根據(jù)凸輪升程的公差要求，即按尺寸公差標注的處理方法和按形狀公差標注的處理方法，給出相應(yīng)的處理方法。數(shù)據(jù)處理過程，就是將測量數(shù)據(jù)處理成符合定義的升程誤差值 符合設(shè)計要求的升程誤詫值的過程。這里，應(yīng)說明的是，凸輪升程的測量基準是“敏感點”，凸輪升程的評定基準是“極限點”。測量時，以凸輪左、右側(cè)的“敏感點”為基準，獲得（確定）凸輪測量起點轉(zhuǎn)角；處理時以凸輪左、右側(cè)的最大點和最小點的四個“

9、極限點”a,b,c,d 為基準，求出凸輪測量起點轉(zhuǎn)角的角度位移之后，即得凸輪處理（評定）起點轉(zhuǎn)角：(i0)j=o+測量數(shù)據(jù)的處理過程可以(i0)j=o+以為測量起點轉(zhuǎn)角，進行二次測量；也可以按解析式（i=0 360°），逐點算出符合定義的升程誤差值。3 關(guān)于升程誤差測量數(shù)據(jù)處理方法的說明凸輪的升程公差，常用的有兩種標注方法：標注的是帶正負號的公差值，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際凸輪的輪廓尺寸。這時，凸輪的升程誤差應(yīng)按尺寸公差來處理：凸輪的升程公差要求，設(shè)定了兩個極限尺寸 最大實體尺寸（MMS)和最小實體尺寸（LMS）來限制升程

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

11、圖"）。處理時可根據(jù)設(shè)計要求，選擇相應(yīng)的處理方法。在此應(yīng)強調(diào)指出：當凸輪異側(cè)（左、右側(cè)）升程公差相等時，“等距”誤差點也是“等值”誤差點。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，尺寸公差帶位置固定。4 凸輪軸測量儀的工作原理凸輪軸的測量是二維測量系統(tǒng)。目前凸輪軸測量儀的分度裝置大都采用圓光柵編碼器測量系統(tǒng)，線值裝置采用直線光柵測量系統(tǒng)。凸輪軸測量儀的原理框圖如圖4所示：由計算機發(fā)出的控制信號啟動直流同步電機旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動機構(gòu)帶動被測凸輪軸轉(zhuǎn)動，通過軸圓光柵傳感器， 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變化信號，經(jīng)光電

12、轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，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計數(shù)板送入計算機。經(jīng)計算機處理后，就獲得了每個凸輪輪廓對應(yīng)于各個轉(zhuǎn)角的徑向測量值（升程）。應(yīng)用計算機控制技術(shù)，凸輪測量儀的機械運動、測量數(shù)據(jù)的采集和處理均可由計算機自動控制完成。這里，應(yīng)特別強調(diào)：凸輪測量時，測頭的形狀應(yīng)與凸輪機構(gòu)中的從動件的形狀一致，這樣才能更好的模擬凸輪機構(gòu)的實際工作情況，使測量出的凸輪升程值準確反映凸輪機構(gòu)從動件的工作位移和運動規(guī)律。5 凸輪升程的測量、處理凸輪升程測量時，凸輪每轉(zhuǎn)過#$) 軟件就給出一個升程測量值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，軟件按每#& 輸出測量結(jié)果（升程誤差值、升程誤差曲線）

13、。 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 凸輪自動測量儀上，由WILSON測量軟件，完成參數(shù)輸入、測量選擇、數(shù)據(jù)采集、處理和測量結(jié)果，打印輸出的某發(fā)動機凸輪軸各凸輪的升程誤差表和升程誤差曲線6 結(jié)束語經(jīng)過仿真、編譯實現(xiàn)后，將代碼下載至EPC1441可編程配置芯片，屬于主動配置模式。在接口模塊上電后由EPC1441 自動給EPF10K10芯片進行配置。采用該輸入通道，對光柵尺信號進行了四細分，分辨率達到了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。參考文獻1 葉

14、宗茂發(fā)動機凸輪軸鍵槽形位誤差的快速測量J工具技術(shù)2004，38：54-572 林一平高效環(huán)保發(fā)動機的先進凸輪軸相位調(diào)節(jié)機構(gòu)J研究與開發(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J內(nèi)燃機學報2006，6(19)：588-5924 錢人一凸輪軸制造工藝綜述J設(shè)計研究2005：26-305 劉心富發(fā)動機凸輪軸檢測方法綜述J經(jīng)驗介紹2004：26-306 劉心富，李長星發(fā)動機凸輪軸自動化檢測技術(shù)與實踐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技術(shù)研究J農(nóng)業(yè)機械學報1994，25：36-398 J. B. Lia

15、o ， M. H. Wu A coordinate measuring machine vision systemJ Computers in Industry 1999，(38)：239-2489 Chang Rong-Seng，Shou Jin-YiAnalysis of CCD moiré pattern for micro-range measurements using the wavelet transform JOptics and Laser Technology2003，35:：43-4710 劉征，彭小奇，丁劍，唐英國外CCD 檢測技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展J工業(yè)儀

16、表與自動化裝置2005，4：65-6911 Thomas M. TuckerPoint cloud to CAD model registration methods in manufacturing inspection JJournal of Computing and Information Science in Engineering 2006，6： 418-42112 James R. Lersch，Brian N. Webb，Karen F. WestStructural-surface extraction from3-D laser-rader point clouds J Proc. Of SPIE2004，5412：346-35313 Christian Teutsch，Tobias Isenberg