专利名称：一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机的制作方法
技术领域：
本发明属 于检测设备，涉及一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机。
背景技术：
凸轮轴是汽车发动机五大核心部件之一，它的功能是按一定运动规律控制气门组 定时开闭，以保证发动机正确的配气相位，使新鲜混合气及时地进入气缸，燃烧后的废气及 时地排出气缸。凸轮轴关键部位的尺寸、形位是影响发动机气门开闭间隙大小和配气效率 的主要因素。为确保发动机正常工作，发动机装配过程中需要预留合适的气门间隙，对装配前 后的气门结构分析，凸轮轴在装配到缸盖并锁紧瓦盖后，凸轮轴在气门弹簧力的作用下，将 处于凸轮轴颈孔上侧即瓦盖的顶部母线位置，气门间隙即此时的凸轮基圆下侧母线至气门 挺柱上端面的距离，如图13d所示。气门挺柱的选配原理如图13所示。> A-缸盖上轴颈孔顶部至气门挺杆顶部的距离，如图13中a所示>B-凸轮轴上凸轮基圆母线至凸轮桃尖侧轴颈母线的距离，如图13中b所示>T-—挺柱厚度，如图13中c所示> C—气门间隙，如图13中d所示> T = A-B-C+K> K—修正系数为了选择合适厚度的气门挺柱，需要预测出挺柱厚度T，则需要测量缸盖上凸轮轴 颈孔顶部母线至气门挺杆顶部的距离A、凸轮基圆母线至桃尖侧轴颈母线的距离B。要实现 对这两个参数的测量，需要缸盖测量机和凸轮轴测量机，缸盖测量机测量凸轮轴颈孔顶部 母线至气门挺杆顶部距离，凸轮轴测量机测量凸轮轴基圆母线至桃尖侧轴颈母线的距离， 计算机辅助测量系统根据这两项测量结果计算并给出气门挺柱厚度，然后根据给出的气门 挺柱厚度测量挺柱，以选择合适厚度的挺柱。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述所存在的问题，设计提供一种测量多缸发动机凸轮 轴的凸轮轴测量机，满足发动机气门间隙控制工序凸轮轴测量的特殊要求，实现对凸轮基 圆母线至桃尖侧轴颈母线的距离B的动态测量，达到对凸轮轴高精度、快速测量的目的，与 缸盖测量机配套，完成气门挺柱的选配。本发明的目的是这样实现的一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，包括电气控制系统、计算机辅助 测量系统，基板固装在台架上；左顶尖总成固装在左滑板上端面，左手柄固装在左滑板一侧 上，销柄、弹簧、定位销杆可上下活动地配装于定位销套内，定位销套固装于左滑板上，定位 销座固装在基板的右端，位置测点安装板固装于左滑板的一侧面上，位置测点安装板上设 有进气凸轮轴位置测点标识和排气凸轮轴位置传感器标识，在基板上对应地固装有进气凸轮轴位置传感器、排气凸轮轴位置传感器，左导轨固装在基板的左端部，左导轨与左滑板可 滑动地配装在一起；右顶尖总成固装在电机板的上端面上，电机固装在电机板的一侧上，大 齿形带轮固装在右顶尖总成轴端上，电机通过齿形带与大齿形带轮相连接，电机板固装于 右滑板的上端面，右导轨固装在基板的右端部，右导轨与右滑板可滑动地配装在一起；右手 柄通过连杆与右滑板连接，连杆的固定端可转动地配装在连杆转动轴的一端，连杆转动轴 通过转动轴套配装于基板上，弹簧挂钩固装在右滑板的下端面，弹簧拉柱固装在基板的中 部，拉簧的两端分别挂装在弹簧挂钩和弹簧拉柱；摆动气缸通过摆动气缸安装板固装在台 架后端部，摆动气缸的曲柄通过曲柄转轴与推拉连杆活动连接，推拉连杆通过转轴与连接 臂活动连接，连接臂固装在垫板右侧面上，垫板的左侧面固装有位置探测辅助板，在位置探 测辅助板侧面、基板上固装有后位置传感器和前位置传感器，在位置探测辅助板的延长线 上有前侧缓冲器，前侧缓冲器固装在基板上，垫板固装在前后滑动平台的上端面上，前后滑 动平台与前后滑动导轨可滑动地配装在一起；传感器安装板固装在安装柱上端部，安装柱 固装于垫板上端面，双铰链传感器固定臂、桃尖捕捉传感器、轴颈上侧传感器、轴颈下侧传 感器对应地配装在传感器安装板上，凸轮测量传感器安装在双铰链传感器固定臂上，凸轮 测量传感器和轴颈下侧传感器位于凸轮轴轴线的两侧，共有3组；双铰链传感器测头、双铰 链传感器测量臂与双铰链传感器固定臂配装在一起，桃尖捕捉传感器测头与桃尖捕捉传感 器配装在一起；控制盒安装于台架的前侧部。本发明的优点在于，利用动态测量凸轮轴特定参数的测量机可实现对凸轮轴的高 精度、快速的测量，操作方便，非常适用于生产流水线高精度、快速测量的需要。
图1是本发明结构主视2是图1的俯视3是图2的A-A向剖视4是图1的C-C向剖视5是图3的E-E向剖视6是图5的F-F向剖视图
图7是图3的0-0向剖视8是图2的B-B向剖视9是图2中安装有传感器的测量头俯视10是测量凸轮部位的传感器结构11是测量轴颈部位的传感器结构12是凸轮轴测量机系统框13是气门挺柱的选配原理14是测量传感器布局15是软件流程中件号说明1、台架，2、基板，3、左顶尖总成，4、左滑板，5、右顶尖总成，6、大齿形带轮，7、电机 板，8、右滑板，9、弹簧挂钩，10、拉簧，11、弹簧拉柱12、左导轨，13、位置测点安装板，14、进气凸轮轴位置测点标识，15、排气凸轮轴位置测点标识，16、进气凸轮轴位置传感器，17、排气 凸轮轴位置传感器，18、电机，19、齿形带，20、右导轨21、安装柱，22、右手柄，23、连杆，24、控 制盒；25、定位销座，26、定位销套，27、定位销杆，28、弹簧，29、销柄，30、左手柄；31、位置探 测辅助板，32、垫板，33、前后滑动平台，34、推拉连杆，35、曲柄转轴，36、曲柄，37、摆动气缸， 38、摆动气缸安装板，39、转轴，40、连接臂，41、前后滑动导轨，42、前侧缓冲器，43、前位置传 感器，44、后位置传感器；45、转动轴套，46、连杆转动轴；47、传感器安装板；48、轴颈上侧传 感器，49、双铰链传感器测量臂；50、双铰链传感器固定臂，51、双铰链传感器测头，52、桃尖 捕捉传感器测头，53、凸轮测量传感器，M、桃尖捕捉传感器；55、轴颈下侧传感器。
具体实施例方式3缸发动机所用凸轮轴每组凸轮之间的夹角互为120度，静态测量则传感器无法 布置，因此需要将凸轮轴旋转起来进行动态测量；本发明同时也适用于对多缸缸发动机所 用凸轮轴进行测量。下面结合附图对本发明实施方式进行详细说明。1传感器的结构和布局1. 1传感器结构待测参数是图13中b所示的凸轮基圆底部至相应的凸轮桃尖侧凸轮轴颈侧的距 离，对此距离的测量，需要在动态测量过程中捕捉凸轮桃尖位置，设计了用于捕捉凸轮桃尖 的位置的指示传感器，如图10中的桃尖捕捉传感器讨所示，用于指示凸轮桃尖对应的基圆 位置，计算在此位置的凸轮基圆母线至桃尖侧轴颈母线的距离。如图13中b所示，凸轮的半径比凸轮基圆半径大很多，对于待测型号的凸轮轴，两 者相差5毫米，因此，设计了特殊的测量结构，测量凸轮基圆的传感器采用双铰链结构，由 图10中的双铰链传感器测量臂49、双铰链传感器固定臂50、双铰链传感器测头51、凸轮测 量传感器53构成。在凸轮轴旋转过程中，双铰链传感器测头51与凸轮轮廓始终接触，该结 构在凸轮桃尖处具有较大的行程，又可保证在凸轮基圆处测量时的准确性。桃尖捕捉传感器M和凸轮测量传感器53以及轴颈上侧传感器48的信号由传感 器信号处理系统处理后，经AD卡转换成数字信号送给计算机，由测量软件根据算法找出桃 尖捕捉传感器M的位移信号对应的桃尖位置的编号，然后求解凸轮基圆底部至相应的凸 轮桃尖侧凸轮轴颈侧的距离。1. 2测量传感器的布局根据图13b和图10，布置传感器如图14所示。关于图14的说明(l)i = 1，2，3代表凸轮轴轴颈序号；j = 1,2 j = 1代表某序号i轴颈的左侧凸轮基圆号，j = 2代表右侧凸轮基圆号。(2) t (E) ” t (I) i分别表示测量排气、进气侧某序号i轴颈的传感器位移量。(3) t (E) ,,^t(I)i,,.分别表示排气、进气侧某序号i轴颈凸轮桃尖侧的母线到该轴 颈对应的某序号j凸轮基圆底部母线之间的距离。(^r(E)Pr(I)i分别表示指示排气、进气侧某序号i轴颈对应的凸轮的传感器。尺寸D (E),, j和尺寸D⑴i, j是凸轮轴测量机要测量的尺寸，代表凸轮基圆至凸轮桃尖侧轴颈的距离。对于3缸机用凸轮轴，i只有1，2，3。2凸轮轴测量机的系统组成凸轮轴测量机由测量机本体、凸轮轴标准样件、气动系统、控制系统、计算机辅助 测量系统等组成，如图12所示。凸轮轴测量机与缸盖测量机同为气门间隙控制系统的一部分，共用气动系统、电 气控制系统、计算机辅助测量系统，分别完成对凸轮轴和缸盖的测量。凸轮轴测量机一次测 量可完成同一凸轮轴上的多个基圆与相应主轴颈的距离的测量。凸轮轴测量机测量装置如 图1至图11所示。一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，包括电气控制系统、计算机辅助 测量系统，基板2固装在台架1上；左顶尖总成3固装在左滑板4上端面，左手柄30固装在 左滑板4 一侧上，销柄四、弹簧观、定位销杆27可上下活动地配装于定位销套沈内，定位 销套26固装于左滑板4上，定位销座25固装在基板2的右端，位置测点安装板13固装于 左滑板4的一侧面上，位置测点安装板13上设有进气凸轮轴位置测点标识14和排气凸轮 轴位置传感器标识15，在基板2上对应地固装有进气凸轮轴位置传感器16、排气凸轮轴位 置传感器17，左导轨12固装在基板2的左端部，左导轨12与左滑板4可滑动地配装在一 起；右顶尖总成5固装在电机板7的上端面上，电机18固装在电机板7的一侧上，大齿形带 轮6固装在右顶尖总成5轴端上，电机18通过齿形带19与大齿形带轮6相连接，电机板7 固装于右滑板8的上端面，右导轨20固装在基板2的右端部，右导轨20与右滑板8可滑动 地配装在一起；右手柄22通过连杆23与右滑板8连接，连杆23的固定端可转动地配装在 连杆转动轴46的一端，连杆转动轴46通过转动轴套45配装于基板2上，弹簧挂钩9固装 在右滑板8的下端面，弹簧拉柱11固装在基板2的中部，拉簧10的两端分别挂装在弹簧挂 钩9和弹簧拉柱11 ；摆动气缸37通过摆动气缸安装板38固装在台架1后端部，摆动气缸 37的曲柄36通过曲柄转轴35与推拉连杆34活动连接，推拉连杆34通过转轴39与连接臂 40活动连接，连接臂40固装在垫板32右侧面上，垫板32的左侧面固装有位置探测辅助板 31，在位置探测辅助板31侧面、基板2上固装有后位置传感器44和前位置传感器43，在位 置探测辅助板31的延长线上有前侧缓冲器42，前侧缓冲器42固装在基板2上，垫板32固 装在前后滑动平台33的上端面上，前后滑动平台33与前后滑动导轨41可滑动地配装在一 起；传感器安装板47固装在安装柱21上端部，安装柱21固装于垫板32上端面，双铰链传 感器固定臂50、桃尖捕捉传感器M、轴颈上侧传感器48、轴颈下侧传感器55对应地配装在 传感器安装板47上，凸轮测量传感器53安装在双铰链传感器固定臂50上，凸轮测量传感 器53和轴颈下侧传感器55位于凸轮轴轴线的两侧，共有3组；双铰链传感器测头51、双铰 链传感器测量臂49与双铰链传感器固定臂50配装在一起，桃尖捕捉传感器测头52与桃尖 捕捉传感器M配装在一起；控制盒M安装于台架1的前侧部。一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，包括电气控制系统、计算机辅助 测量系统，还包括安装有测量传感器的测量头、位置可调整的顶尖、驱动转轴转动的电机， 被测工件安置在两顶尖之间，电机带动凸轮轴旋转，传感器在凸轮轴旋转过程中进行信号 采样。左顶尖总成3、右顶尖总成5的位置可根据凸轮轴的类型进行调整，左顶尖总成3 所处位置由进气凸轮轴位置传感器16、排气凸轮轴位置传感器17测量。
左顶尖总成3的位置由定位销杆27锁定，右顶尖总成5在拉簧10的作用下压紧 凸轮轴。测量头由摆动气缸37旋转推动前后滑动平台33沿前后滑动导轨41前进和后退。测量头所处位置由前位置传感器43、后位置传感器44测量。测量动作由测量凸轮基圆的凸轮测量传感器53和双铰链传感器测量臂49、测量 轴颈的轴颈上侧传感器48、轴颈下侧传感器55、捕捉凸轮桃尖的桃尖捕获传感器52完成。凸轮桃尖的位置由桃尖捕获传感器M测量并捕获。测量过程由电气控制系统控制，测量步骤如下(1)将左滑板4拉至相应位置并用定位销杆27锁住；(2)将被测工件按规定方向安置在两定位顶尖之间；(3)将右滑板8拉至右侧，然后使右顶尖顶进凸轮轴定位孔，松手后右滑板8在拉 簧10的作用下将凸轮轴工件夹紧定于与两顶尖之间。(4)双手按控制盒M上的启动开关，电气控制系统在收到测量开始信号后通过摆 动气缸37驱动安装有测量传感器的测量头移至测量位置；(5)电气控制系统根据进气凸轮轴位置传感器16、排气凸轮轴位置传感器17的信 号判断待测凸轮轴的凸轮轴类型，根据前位置传感器43和后位置传感器44的信号判断待 测凸轮轴是否处于测量位置，如果凸轮轴已处于测量状态，电气控制系统则发出相应的信 号通知计算机辅助测量系统开始测量，并将凸轮轴的类型发送给计算机辅助测量系统；(6)电气控制系统驱动电机18带动凸轮轴旋转一周半，在凸轮轴旋转过程中，每 个基圆和轴颈对应的传感器将发生相应的位移，计算机辅助测量系统记录所有传感器的信 号；(7)计算机辅助测量系统根据事先设定的测量程序找出凸轮桃尖的位置，计算对 应于凸轮桃尖位置的凸轮基圆至桃尖侧轴颈母线的距离，并根据凸轮轴类型在计算机屏幕 上显示测量结果。3测量软件的设计软件算法流程如图15所示。凸轮轴的测量过程如下，电机带动凸轮轴旋转后，发信号通知计算机开始采样，电 机带动凸轮轴旋转540度，发信号通知计算机结束采样，在凸轮轴旋转过程中计算机采集 传感器位移信号并保存，测量软件根据算法求出指示传感器位移最大值时对应的传感器信 号序号，根据该序号对应的传感器位移信号计算凸轮基圆底部至相应主轴颈对称侧的距
1 O4数据分析凸轮轴测量机重复性和准确性是系统是否稳定和测量准确的基础，对凸轮轴测量 机的重复性和准确性进行了测试和分析。4.1重复性测试以凸轮轴中值标准样件对凸轮轴测量机进行系统校零，然后用凸轮轴标准样件对 测量机进行测量重复性测试，测量重复性测试数据见表1。表1测量重复性数据(mm)
权利要求
1. 一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，包括电气控制系统、计算机辅助测 量系统，其特征在于基板O)固装在台架(1)上；左顶尖总成(3)固装在左滑板(4)上端 面，左手柄(30)固装在左滑板(4) 一侧上，销柄09)、弹簧08)、定位销杆(XT)可上下活动 地配装于定位销套06)内，定位销套06)固装于左滑板(4)上，定位销座05)固装在基 板O)的右端，位置测点安装板(13)固装于左滑板的一侧面上，位置测点安装板(13) 上设有进气凸轮轴位置测点标识(14)和排气凸轮轴位置传感器标识(15)，在基板( 上对 应地固装有进气凸轮轴位置传感器(16)、排气凸轮轴位置传感器(17)，左导轨(12)固装在 基板O)的左端部，左导轨(12)与左滑板(4)可滑动地配装在一起；右顶尖总成(5)固装 在电机板(7)的上端面上，电机(18)固装在电机板(7)的一侧上，大齿形带轮(6)固装在 右顶尖总成( 轴端上，电机(18)通过齿形带(19)与大齿形带轮(6)相连接，电机板(7) 固装于右滑板(8)的上端面，右导轨OO)固装在基板O)的右端部，右导轨OO)与右滑板 (8)可滑动地配装在一起；右手柄0 通过连杆与右滑板(8)连接，连杆的固 定端可转动地配装在连杆转动轴G6)的一端，连杆转动轴G6)通过转动轴套0 配装于 基板(2)上，弹簧挂钩(9)固装在右滑板⑶的下端面，弹簧拉柱(11)固装在基板(2)的 中部，拉簧(10)的两端分别挂装在弹簧挂钩(9)和弹簧拉柱(11)；摆动气缸(37)通过摆 动气缸安装板(38)固装在台架(1)后端部，摆动气缸(37)的曲柄(36)通过曲柄转轴(35) 与推拉连杆(34)活动连接，推拉连杆(34)通过转轴(39)与连接臂00)活动连接，连接臂 (40)固装在垫板(3 右侧面上，垫板(3 的左侧面固装有位置探测辅助板(31)，在位置 探测辅助板(31)侧面、基板(2)上固装有后位置传感器G4)和前位置传感器(43)，在位置 探测辅助板(31)的延长线上有前侧缓冲器(42)，前侧缓冲器0 固装在基板( 上，垫板 (32)固装在前后滑动平台(3 的上端面上，前后滑动平台(3 与前后滑动导轨Gl)可滑 动地配装在一起；传感器安装板G7)固装在安装柱上端部，安装柱固装于垫板 (32)上端面，双铰链传感器固定臂(50)、桃尖捕捉传感器(M)、轴颈上侧传感器(48)、轴颈 下侧传感器(5 对应地配装在传感器安装板G7)上，凸轮测量传感器(5 安装在双铰链 传感器固定臂(50)上，凸轮测量传感器(53)和轴颈下侧传感器(55)位于凸轮轴轴线的两 侧，共有3组；双铰链传感器测头(51)、双铰链传感器测量臂09)与双铰链传感器固定臂 (50)配装在一起，桃尖捕捉传感器测头(5 与桃尖捕捉传感器(54)配装在一起；控制盒 (24)安装于台架(1)的前侧部。
全文摘要
一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，属于检测设备，用于对多缸凸轮轴顶置发动机所用凸轮轴进行测量，测量的特定参数是凸轮轴的凸轮基圆底部至相应的凸轮桃尖侧轴颈母线距离。凸轮轴测量机包括电气控制系统、计算机辅助测量系统，还包括可滑动地安装于基板上的左顶尖总成、右顶尖总成以及安装有传感器的测量头；测量是在电气控制系统支持下进行的，每个凸轮和轴颈由对应的传感器测量，测量时凸轮轴在电机的带动下旋转一周半，传感器对凸轮和轴颈进行测量，计算机辅助测量系统根据传感器的测量数据，计算凸轮基圆底部至凸轮桃尖侧轴颈母线距离。本发明具有自动化程度高、测量精度高、检测速度快、操作方便的优点。
文档编号G01B21/00GK102095392SQ20101056877
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者朴伟英, 王雷, 袁怡宝, 许连虎 申请人:哈尔滨海太精密量仪有限公司