专利名称：曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种结构部件的动平衡测量装置，具体来说是汽车、摩托车发动机的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置。
技术背景汽车、摩托车发动机的单缸、双缸和三缸曲柄连杆活塞总成动不平衡及往复运动二次惯性力对整车的综合影响，因其综合受力不是对称分布，所以不能绝对消除。从技术上讲可以通过合理地匹配动不平衡及往复运动二次惯性力的大小和方向，使其避开整车的共振区，并使其该综合影响力的大小适度；方向处于整车刚度最大的方位或对整车的振动及噪音影响最小的方向。从而降低整车振动及噪声，节约能源，降低消耗，使汽车、摩托车整车技术性能指标最优。
上世纪80年代我国引进国外摩托车整车生产技术，但生产企业只能将同一台发动机匹配不同的摩托车车架，以洐生不同的型号，其结果是这台发动机配原装型号的本架时整车的各项性能指标、振动和噪音等参数均能同国外同型号车型一致；配另外不同型号的车架时，整车的振动和噪音大，技术性能指标达不到设计要求。90年代未，德国申克公司研制出“发动机曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置”，通过一个固定并可使曲柄活塞总成在其上作旋转和往复运动的测量床台，按角度测量出发动机总成动不平衡和往复运动二次惯性力的综合影响力大半轴与水平方向的夹角(即主轴倾角Φ)及二者的比值(即不平衡率Ψ)的大小值，以此来确定发动机与整车的安装角度，进而使整车的各项指标满足设计要求。我国只有少数几家生产厂家购买了国外的装置，但其技术指标比较落后，测试数据波动较大，可靠性较差。在测量操作中，其总成与主轴的联接安装，总成角度的调整(松开、旋转角度和锁紧)十分复杂，测量精度较低，操作人员劳动强度大，靠近高速旋转的工件工作，安全条件较差，整个测量过程耗工又耗时，工效较低。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种操作简便，安全可靠，测量精度及工效均较高的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置。
本实用新型的技术解决方案是曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，包括一个测量床台，其测量床台由床头箱、导轨、安装有传感器的振动摆架及曲柄连杆活塞总成支承机构组成，导轨设置在床头箱主轴的下方，在导轨上装有两个振动摆架，支撑并可锁紧曲柄连杆活塞总成支承机构，床头箱内的主轴套外表面上加工有齿条，床头箱上安装有手柄，固定在手柄转轴上的移动齿轮与齿条相啮合，在振动摆架上方的U形回转架转轴支座上安装有气动夹紧机构。
本实用新型所述的气动夹紧机构由气动锁紧座、气动锁紧V形铁、气缸和气动开关组成，气动锁紧座安装在U形回转架转轴支座上，气缸固定在气动锁紧座上，气动锁紧V形铁装在气缸伸缩轴的端部。
本实用新型进一步可以使所述的气动夹紧机构的气动开关是脚踏式开关。
本实用新型还可以在床头箱和导轨周围设置有防护罩，防护罩上设置有由气缸推动的移动门，控制气缸的气动开关与气动开关实行连锁。
本实用新型所述曲柄连杆活塞总成支承机构上的U形回转架两端设置有回转轴，在回转轴上最多以每5°为单位刻有角度刻度线，在U形回转架转轴支座上装有转位角度指针。
采用本实用新型测量时，在同一批次的曲柄连杆活塞总成组件中，对一个曲柄连杆活塞总成组件以每5°或10°为单位进行72点或36点测量以后，对其他曲柄连杆活塞总成组件则可以每60°-90°为单位进行6-4点测量。
本实用新型在振动摆架上安装的传感器为压电晶体传感器。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果和优点1)床头箱主轴为可伸缩结构，为支撑曲柄连杆活塞总成的U形回转架在测量床台上的装夹及连接留出了安装空间，使U形回转架的上、下和装夹操作更加方便，工件装拆时间减少。
2)U形回转架在振动摆架上的夹紧固定方式采用气动夹紧机构，结构简单，夹紧力大，使用安全，其气动开关采用脚踏式开关，设置在测量床台操作侧地面上，腾出两手进行床头箱及工件的安装、夹持操作，使工件的装、夹和松、卸的操作动作连贯协调，操作方便，工效提高。
3)在床头箱和导轨的上方设置有防护罩，其防护罩上设有由气缸推动的移动门，控制气缸动作的气动开关与振动摆架上的气动开关实行连锁，即移动门的气动开关是与振动摆架的锁紧松开、曲柄连杆活塞总成组件的测量相关联的。使操作现场及环境良好，操作者的劳动强度降低，操作人员和设备的安全条件有效改善，设备测量的数据准确性和完整性提高。
4)对总成产品可按每5°测试一次共计72组测量值——使测量计算结果误差很小。使主轴倾角φ、不平衡率ψ值更准确。
5)对同一批次产品可以在进行一个总成部件的36组或72组的测量后，对其他的总成部件只需按90°-60°进行4-6组测量就可以计算出主轴倾角和不平衡率值——缩短了六分之五的测量周期。从而使工作效率、设备使用期均提高6倍；设备的能耗、操作者的劳动强度均降低6倍。在满足测量计算结果精度的前提下真正达到了节能、降耗、安全、高效的目的。
图1是本实用新型测量床台上装有防护罩6的结构示意图图2是本实用新型测量床台的主视图图3是图2中的A-A剖视图具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述参见图1，图2，图3，本实用新型包括一个测量床台，另有一个设置有计算机，显示器，打印机等设备的总控制台，测量床台与总控制台之间连接有传递各种信号，数据的导线，通过控制按钮，可以实现曲柄连杆活塞总成7的单点手动测量；通过总控制台上的计算机程序控制，还可以实现曲柄连杆活塞总成7的单点自动测量。其测量床台由床头箱1、导轨2、安装有传感器33的振动摆架3及曲柄连杆活塞总成支承机构4组成，导轨2设置在床头箱1主轴的下方，在导轨2上装有两个振动摆架3，支撑并可锁紧曲柄连杆活塞总成支承机构3，床头箱1内的主轴套外表面上加工有齿条，床头箱1上安装有手柄12，固定在手柄12转轴上的移动齿轮与齿条相啮合，在振动摆架3上方的U形回转架转轴支座32上安装有气动夹紧机构5。
其中，床头箱1内的主轴系统由传动主轴11、主轴套、移动齿轮、齿条机构、万向十字节13等部件组成。主轴11由进口C级轴承支承于主轴套中，以保证主轴11的运转精度。主轴11的轴身为花键轴，主轴套的内孔为花键套，主轴与主轴套依靠花键传递扭矩。在主轴套外圆表面上沿轴向加工有齿条，床头箱1上垂直于主轴套安装有手柄12，手柄12的转轴上固定有移动齿轮，移动齿轮与主轴套上的齿条相啮合。当手柄12转动时，其转轴带动移动齿轮转动，从而带动与其啮合的齿条作横向伸缩运动，主轴套就可以在床头箱1中伸缩移动，进面带动床头箱1外部的主轴11作伸缩移动，为U形回转架41的安装留出空间，并便于实现与曲柄连杆活塞总成7的动力连接。安装方便，省时省力；主轴11与曲轴之间的运动传递通过万向十字节13相连，既保证传递扭矩，又克服了安装偏心误差的影响。
曲轴连杆活塞总成支承机构4由曲柄固定座42、活塞固定座43、U形回转架41等组成。曲柄固定座42、活塞固定座43安装于U形回转架41上以固定曲柄连杆活塞总成7组件；U形回转架41两端安装有回转轴45，可以360度旋转，回转轴45上刻有角度线44，其角度值最多以每5°为一个单位，该角度线44与振动摆架3上的转位角度指针34对应显示并确定U形回转架41转动的角度。对曲柄连杆活塞总成7组件一般是按5°或是10°的角度来进行测量。
振动摆架3由硬支承弹性摆架31、U形回转架转轴支座32、压电晶体振动传感器33、转位角度指针34等部件组成。U形回转架转轴支座32安装在硬支承弹性摆架31上部，其上还装有转位角度指针34，安装在硬支承弹性摆架31上的传感器33是压电晶体传感器33。在U形回转架转轴支座32上安装有气动夹紧机构5。
气动夹紧机构5由气动锁紧座51、气动锁紧V形铁52、气缸53和气动开关54组成，气动锁紧座51安装在U形回转架转轴支座32上，气缸53固定在气动锁紧座51上，气动锁紧V形铁52装在气缸53伸缩轴的端部。气动夹紧机构(5)的气动开关54是脚踏式开关，它设置在测量床台底座附近便于操作的地面上。当气动开关54得到夹紧命令信号时，气动开关54控制气缸53执行夹紧动作，气缸53伸缩轴伸出，推动气动锁紧V形铁52夹紧U形回转架41上的回转轴45，使其固定于U形回转架转轴支座32上，这样就使曲柄连杆活塞总成7组件通过U形回转架41与硬支承弹性摆架31连成一个整体，曲柄连杆活塞总成7组件运动时的动不平衡力和往复运动二次惯性力通过设置在振动摆架3中部的压电晶体振动传感器33，以电信号的形式传递到总控制台上的计算机控制系统进行处理运算。通过总控制台上的计算机运算，能直接给出曲轴、连杆、活塞三大件中哪一件需要修正及修正量的大小和位置——用户不需要进行复杂的计算和推定就能很快、很直接地修正，且不会出现修正错误。提高了修正的准确性，成品合格率大大提高。
防护罩由移动门61、气缸63、透明观察窗62、气动开关64等组成。当曲柄连杆活塞总成7在进行工作运转测量时，移动门是61关闭的；当需转动回转轴45或装、拆U形回转架时，移动门61是开着的。移动门61的开关是与振动摆架3上气动夹紧机构5的锁紧、松开，曲柄连杆活塞总成7的工作测量相互锁，相关联的，以保障操作人员和设备的安全。
本实用新型的操作步骤如下1.单点手动操作1)开电源—打开计算机并进入测量状态；2)将待测曲柄连杆活塞总成7安装固定于U形回转架41上；3)搬动齿轮齿条手柄12将主轴11伸出，主轴11通过万向十字节13及连接锥套与曲柄上的轴锥端联接；4)脚踏下压控制气动夹紧机构5的气动开关54，控制系统使电磁阀动作，气缸53上的伸缩轴退缩，使气动锁紧V形铁52脱离与回转轴45的接触，将U形回转架41松开；转动U形回转架41使回转轴45上的0°刻度线44(以后依次每次增加5°或者10°，也可每次增加60°-90°)对准转位角度指针34，抬起脚踏气动开关54，电磁阀控制气缸53上的伸缩轴推出，气动夹紧机构5上的气动锁紧V形铁52压向回转轴45，将U形回转架41固定于两个振动摆架3上。在此之前，两个振动摆架3的位置已根据U形回转架41的长度相应锁定。
5)按动测量床台旁边电气控制柜8上的气动开关64，电控系统电磁阀控制气缸63伸出，推动移动门61关闭，移动门61上设有透明观察窗62，可以观察内部的工作状况。
6)按主电机启动按钮，电控系统经变频调速控制器使电机运转，再经由皮带传动装置带动主轴11旋转，主轴11经万向十字节13带动曲柄连杆活塞总成7组件旋转并作往复运动；7)当转速达到设定的工作测试转速时，电测系统开始启动测量，曲柄连杆活塞总成7的旋转及往复运动所产生的动不平衡力和往复运动二次惯性力经振动摆架3传递给压电晶体传感器33，压电晶体传感器33再将其信号输入电测及计算机处理系统进行滤波、放大、微积分等分析和处理，再与主轴11同步旋转的角度基准信号一起进入计算处理系统进行计算后，通过显示器等设备将动不平衡力和二次惯性力综合影响的力的大小和角度位置显示出来。
8)当该点的测试值显示出来后，手动操作保存该点测试数据；9)按主电机停止按钮，主电机及主轴11、曲柄连杆活塞总成7停止转动；10)按动控制移动门61的气动开关64按钮，电控系统电磁阀控制气缸43退缩打开移动门61；11)重复本操作步骤4)-10)的操作，依次完成其余各点的测量工作。
2.单点自动操作1)开电源—打开计算机并进入测量状态；
2)将待测曲柄连杆活塞总成安装固定于U形回转架上；3)搬动齿轮齿条手柄13将主轴11伸出，主轴11通过万向十字节13及连接锥套与曲柄上的轴锥端联接；4)脚踏下压控制气动夹紧机构5的气动开关54，控制系统使电磁阀动作，气缸53上的伸缩轴退缩，使气动锁紧V形铁52脱离与回转轴45的接触，将U形回转架41松开；转动U形回转架41使回转轴45上的0°刻度线44(以后依次每次增加5°或者10°，也可每次增加60°-90°)对准转位角度指针34，抬起脚，放松脚踏气动开关54，电磁阀控制气缸53上的伸缩轴推出，气动夹紧机构5上的气动锁紧V形铁52压向回转轴45，将U形回转架41固定于振动摆架3上。在此之前，两个振动摆架3的位置已根据U形回转架41的长度相应锁定。
5)按动电气控制柜8上的气动开关64按钮→防护罩6上的移动门1自动关闭→主电机由变频器控制自动运转→同时带动主轴11连同曲柄连杆活塞总成7组件作旋转及往复运动→当转速达到设定的工作测试转速后→电测系统自动进行测量、分析、处理、计算，并自动将计算值显示出来→控制系统自动将该点的数据保存→电控系统自动控制主电机及运动系统停止运转→移动门61自动打开；6)重复本操作步骤4)-5)的操作，依次完成其余各点的测量工作。
由于单点自动工作流程操作按钮、按键少，操作者的劳动强度降低，且不容易误操作，也不会漏掉测试点，已测试的点的数据更不会漏存，确保了测试数据的完整性。
在对U形回转架41上的曲柄连杆活塞总成7按不同角度转动进行动平衡测量时，可采用以下的方法1.36点每10°测量或72点每5°测量的方法1)U形回转架41两端回转轴45上设置有每5°或每10°的角度刻度线44，U形回转架转轴支座32上安装有转位角度指针34，U形回转架41的机械转角由转角刻度值和转位角度指针34控制。
2)在电测和控制分析处理系统中有二种处理计算方法供选择，当选择36点计算法时，系统只取每10度测量值进行分析计算并给出结果；当选择72点计算法时，系统提取全部每5度共72组测量值进行分析计算并给出结果。
由于72点测量法测点数多，点与点的连线更近似于曲线，所以这种方法得出的计算结果更精确，误差小。
2.4-6点每90°-60°的测量方法(4-6点测量法)当待测的曲柄连杆活塞总成7组件是同一批次的时候，对一个曲柄连杆活塞总成7组件以每5°或10°为单位进行72点或36点测量以后，对其他曲柄连杆活塞总成7组件则可以每60°-90°为单位进行6-4点测量的方法。即只取第一件曲柄连杆活塞总成7组件按36点或72点测量方法进行测量。其它的曲柄连杆活塞总成7组件均可按4-6点测量方法(按刻度值60°-90°)进行测量，其得出的计算结果也基本符合36点或72点测量法得出的结果。因4-6点测量法的测量次数只是36点或72点测量法的七分之一到十四分之一，所以大大的节省了测量时间，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，降低了电耗和能耗，延长了设备的使用寿命，真正达到了节能降耗、方便高效。
按上述实施例结构所制作的试验装置总体性能指标如下工件最大质量 50kg工件最大直径 Φ170mm工件最大长度 600mm平衡转速 500～1300r/min最小可达剩余不平衡量 ≤1g.mm/kg不平衡量减少率 ≥90％
权利要求1.曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，包括一个测量床台，其测量床台由床头箱(1)、导轨(2)、安装有传感器(33)的振动摆架(3)及曲柄连杆活塞总成支承机构(4)组成，导轨(2)设置在床头箱(1)主轴的下方，在导轨(2)上装有两个振动摆架(3)，支撑并可锁紧曲柄连杆活塞总成支承机构(3)，其特征在于床头箱(1)内的主轴套外表面上加工有齿条，床头箱(1)上安装有手柄(12)，固定在手柄(12)转轴上的移动齿轮与齿条相啮合，在振动摆架(3)上方的U形回转架转轴支座(32)上安装有气动夹紧机构(5)。
2.根据权利要求1所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于气动夹紧机构(5)由气动锁紧座(51)、气动锁紧V形铁(52)、气缸(53)和气动开关(54)组成，气动锁紧座(51)安装在U形回转架转轴支座(32)上，气缸(53)固定在气动锁紧座(51)上，气动锁紧V形铁(52)装在气缸(53)伸缩轴的端部。
3.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于气动夹紧机构(5)的气动开关(54)是脚踏式开关。
4.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于在床头箱(1)和导轨(2)周围设置有防护罩(6)，防护罩(6)上设置有由气缸(63)推动的移动门(61)，控制气缸(63)的气动开关(64)与气动开关(54)实行连锁。
5.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于U形回转架(41)两端设置有回转轴(45)，在回转轴(45)上最多以每5°为单位刻有角度刻度线(44)，在U形回转架转轴支座(32)上装有转位角度指针(34)。
6.根据权利要求5所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于在同一批次的曲柄连杆活塞总成(7)组件中，对一个曲柄连杆活塞总成(7)组件以每5°或10°为单位进行72点或36点测量以后，对其他曲柄连杆活塞总成(7)组件则可以每60°-90°为单位进行6-4点测量。
7.根据权利要求1可2所述的曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其特征在于在振动摆架(3)上安装的传感器(33)为压电晶体传感器。
专利摘要曲柄连杆活塞总成动平衡综合测量装置，其床头箱1内的主轴套外表面上加工有齿条，床头箱1上安装有手柄12，手柄12上的移动齿轮与齿条相啮合，在振动摆架3上方的U形回转架转轴支座32上安装有气动夹紧机构5。在床头箱1和导轨2的上方设置有防护罩，使U形回转架41的上、下和装夹操作更加方便，工件装拆时间减少。工件的装、夹和松、卸的操作动作连贯协调，工效提高，操作者的劳动强度降低，操作人员和设备的安全条件有效改善，测量结果误差很小。主轴倾角φ、不平衡率ψ值更准确。本实用新型可有效降低汽车、摩托车整车的振动和噪音，提高整车的质量。
文档编号G01M1/16GK2874452SQ20062009547
公开日2007年2月28日 申请日期2006年3月6日 优先权日2006年3月6日
发明者张世民, 汤正良 申请人:孝感松林国际计测器有限公司