故障檢修與技術(shù)維護

凸輪軸檢測儀和人工測量的方法

 

摘要：凸輪機構廣泛應用于自動(dòng)化機械、精密儀器、自動(dòng)化控制系統中，作為發(fā)動(dòng)機的關(guān)鍵部件，凸輪軸是影響發(fā)動(dòng)機氣門(mén)開(kāi)閉間隙大小和配氣效率的主要因素。隨著(zhù)檢修水平的不斷提高，為了高精度、高效率地檢測凸輪軸，并正確處理、評定它的各項工藝誤差，及時(shí)快速地反饋凸輪軸的質(zhì)量信息，康明斯公司在本文中羅列了柴油發(fā)電機維修時(shí)經(jīng)常采用的凸輪軸檢查與處理的方法以及加工廠(chǎng)采用凸輪軸檢測儀工作原理，以求符合凸輪軸工藝質(zhì)量管理的實(shí)際檢測需要。 

 

一、凸輪軸的人工檢驗

1、凸輪損傷的檢測

      凸輪的損傷形式有凸輪工作表面磨損、擦傷和點(diǎn)蝕（疲勞剝落）。

（1）凸輪的擦傷和疲勞剝落的檢查

      一般可用目視的方法，檢查其表面是否有擦傷和剝落的現象。

（2）凸輪高度的檢測

      如圖1所示，用外徑千分尺測量凸輪全高，即凸輪頂點(diǎn)中心線(xiàn)到基圓最低點(diǎn)距離，如果小于標準值0.50mm，則為磨損。

（3）其他檢測

      凸輪進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)、閉升程的極限偏差為：±0.05mm；各凸輪開(kāi)閉角偏差不大于上±2°；各凸輪升程最高點(diǎn)對軸線(xiàn)的角度偏差不大于±1°。

 

圖1  凸輪軸凸角高度值檢查

圖2  凸輪軸軸頸徑向圓跳動(dòng)檢查

 

2、凸輪軸彎曲變形的檢測

（1）將凸輪軸安裝于車(chē)床兩頂針之間，或以V型鐵塊安放于平板上，以?xún)啥溯S頸作為支點(diǎn)。

（2）用百分表測桿觸頭與中間軸頸表面接觸，并緩慢轉動(dòng)凸輪軸一圈，測得百分表最大擺差，即為凸輪軸彎曲度。

（3）如最大彎曲度超過(guò)0.025mm（即百分表讀數總值為0.05mm）時(shí)，應進(jìn)行冷壓校正。

（4）當軸有單數個(gè)（如3個(gè)）支承軸頸時(shí)，測中間軸頸；當軸有雙數個(gè)（如4個(gè)）支承軸頸時(shí)，則測中間兩個(gè)軸頸。

3、凸輪軸軸頸磨損的檢測

（1）凸輪軸軸頸磨損

      可用外徑千分尺測量其尺寸，與標準值比較可確定其磨損程度。凸輪軸軸頸可用外徑千分尺直接測量，如圖3所示。凸輪可用外徑千分尺測量凸輪的高度H來(lái)判斷，如圖4所示。如果被測凸輪高度H小于使用限度，更換凸輪軸。

（2）計算軸頸的圓度和圓柱度誤差。

      檢測技術(shù)標準為：凸輪軸各軸頸軸線(xiàn)應一致，所有軸頸的圓柱度誤差不大于0.01mm，錐形度誤差應不大于0.03mm，軸頸磨損量應不大于1mm；中間各支承軸頸的圓度誤差不大于0.05mm，各凸輪基圓部分的圓度誤差不大于0.08mm，安裝正時(shí)齒輪軸頸的圓度誤差不大于0.04mm。凸輪頂部的磨損超過(guò)時(shí)，應予堆焊修復。

 

圖3  柴油機凸輪軸軸頸磨損測量

圖4  柴油機凸輪軸凸角磨損測量

 

 

4、凸輪軸其他損傷的檢測

      凸輪軸由凸輪、凸輪軸頸及軸等組成（如圖5所示）。凸輪可以分為進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪，分別用來(lái)驅動(dòng)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。軸頸主要用于支承并將凸輪軸裝配在氣缸體(或氣缸蓋)上。因此，除了上述常見(jiàn)檢測部位外，還應檢查以下部件的數據：

（1）凸輪軸上驅動(dòng)分電器及機油泵的傳動(dòng)齒輪齒厚磨損不超過(guò)0.05mm。

（2）凸輪軸上偏心乾表面磨損不超過(guò)0.05mm。

（3）正時(shí)齒輪鍵與鍵槽磨損不超過(guò)0.012mm。

（4）凸輪軸裝正時(shí)齒輪固定螺母的螺紋損壞不得多于2個(gè)牙。

（5）止推墊塊的端面跳動(dòng)量不大于0.03mm。測量方法如圖6所示。

 

 

圖5  柴油機凸輪軸結構圖

圖6  凸輪軸端面跳動(dòng)量檢測

 

二、凸輪軸檢測儀檢驗

 

      發(fā)動(dòng)機凸輪軸的測量包括與設計有關(guān)因素的測量項目和與質(zhì)量管理有關(guān)因素的測量項目。

1、主要自檢項目

      凸輪軸自動(dòng)測量?jì)x的主要功能有：

（1）檢測凸輪軸的軸頸（凸輪軸的裝配基準）誤差（圓度，跳動(dòng)）；

（2）檢測凸輪軸的桃型（包括基圓段，爬行段，升程段等）誤差；

（3）檢測凸輪軸的鍵槽（或定位銷(xiāo)）與參考桃的相位角度；

（4）檢測凸輪軸的各個(gè)桃型與參考桃的相位角度；

（5）計算凸輪軸的各個(gè)桃型輪廓的相鄰誤差；

（6）計算凸輪軸的各個(gè)桃型輪廓最大升程和高度；

（7）具有偏心修正功能，可以最大限度的減少由于凸輪軸各個(gè)桃型輪廓不同心而引起的附加測量誤差；

（8）具有靈活的參數設置功能和方便的桃型升程表修改功能，被檢凸輪軸的軸頸和桃型輪廓的個(gè)數可自由設定，可以適應不同廠(chǎng)家的使用需要；

（9）具有測試數據自動(dòng)備份功能，以方便建立工藝質(zhì)量的過(guò)程控制和統計分析；

（10）提供有完善的數據分析報告。打印升程誤差曲線(xiàn)，桃型輪廓的極坐標誤差圖，每個(gè)桃型的升程誤差數據、理論升程表以及實(shí)際升程表等。

2、定位基準的檢測

      在凸輪軸維修和加工過(guò)程中，通常借助凸輪軸端面的鍵槽或定位孔作為角度基準來(lái)完成后續的加工工序,因此在凸輪軸測量時(shí)需要確定凸輪軸端面的鍵槽或定位孔的中心位置——定位基準。鍵槽的中心位置可以通過(guò)測量柱形鍵銷(xiāo)（要求與鍵槽緊密配合）的中心位置獲得；當定位基準是凸輪軸端面的定位孔時(shí)，可以通過(guò)測量定位銷(xiāo)（要求與定位孔緊密配合）的中心位置獲得定位孔的中心位置。按設計要求，應當選用測頭為球型測頭，由于測頭（球）與定位銷(xiāo)（圓柱）是點(diǎn)與線(xiàn)的接觸，其中心位置不易找準，致使測量中出現了數據不穩定，重復性不好的情況。通過(guò)多種方法試驗，也沒(méi)有取得滿(mǎn)意的效果。定位銷(xiāo)中心位置的測量，一度成為凸輪相位角度測量中的棘手問(wèn)題。

      通過(guò)進(jìn)一步的分析可知，定位銷(xiāo)雖不在凸輪軸的旋轉中心，但當被測凸輪軸以其旋轉中心轉動(dòng)時(shí)，定位銷(xiāo)的運動(dòng)軌跡是凸輪軸的同心圓，這樣，隨著(zhù)測頭與定位銷(xiāo)接觸點(diǎn)位置的不斷改變，測頭將產(chǎn)生相應位移（升降），因此，可以把定位銷(xiāo)看成是凸輪軸上的一個(gè)凸輪，這個(gè)凸輪的“桃尖”——定位銷(xiāo)中心的位置，則可按求解凸輪測量起點(diǎn)轉角類(lèi)似的數據處理方法，用“敏感點(diǎn)法”予以求解，從而解決了定位銷(xiāo)中心位置的測量問(wèn)題。

3、凸輪升程誤差的測量

      凸輪機構從動(dòng)件的運動(dòng)規律是通過(guò)凸輪的形狀來(lái)反映的，因此需要根據從動(dòng)件的運動(dòng)要求設計凸輪的形狀，如圖7所示。一般來(lái)講，每個(gè)凸輪的形狀——桃形，由基圓和許多二次曲線(xiàn)、三次曲線(xiàn)及圓弧組成，其構成的封閉曲線(xiàn)稱(chēng)為升程曲線(xiàn)，由于凸輪升程曲線(xiàn)的特殊性，實(shí)際應用中提供給磨床的升程曲線(xiàn)是的離散數據，這也就是描述每個(gè)凸輪形狀的理論升程表，其升程曲線(xiàn)的精度由升程公差來(lái)進(jìn)行控制。

      凸輪的升程誤差是指實(shí)際凸輪對應理論角度上的實(shí)際升程與理論升程的代數差。根據升程誤差的定義，凸輪升程測量時(shí)，測量的應是凸輪理論轉角對應測點(diǎn)的實(shí)際升程。這一點(diǎn)在實(shí)際測量中是不容易做到的，測量數據中一般含有轉角誤差（系統性誤差）的影響，必須剔除測量數據中的轉角誤差的影響，才可能得出正確的測量結果。這就提出了如何進(jìn)行凸輪測量和數據處理方法的問(wèn)題。

4、凸輪軸測量?jì)x的工作原理

      凸輪軸的測量是二維測量系統。目前凸輪軸測量?jì)x的分度裝置大都采用圓光柵編碼器測量系統，線(xiàn)值裝置采用直線(xiàn)光柵測量系統，外觀(guān)結構如圖8所示。

      凸輪軸測量?jì)x的原理是由計算機發(fā)出的控制信號啟動(dòng)直流同步電機旋轉，由驅動(dòng)機構帶動(dòng)被測凸輪軸轉動(dòng)，通過(guò)Y軸圓光柵傳感器，X軸直線(xiàn)光柵傳感器分別將凸輪軸的角位移、徑向、軸向位移轉換成明暗條紋的光強變化信號，經(jīng)光電轉換電路轉換成電壓信號，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計數板送入計算機。經(jīng)計算機處理后，就獲得了每個(gè)凸輪輪廓對應于各個(gè)轉角的徑向測量值（升程）。應用計算機控制技術(shù)，凸輪測量?jì)x的機械運動(dòng)、測量數據的采集和處理均可由計算機自動(dòng)控制完成。

      這里應特別強調：凸輪測量時(shí)，測頭的形狀應與凸輪機構中的從動(dòng)件的形狀一致，這樣才能更好的模擬凸輪機構的實(shí)際工作情況，使測量出的凸輪升程值準確反映凸輪機構從動(dòng)件的工作位移和運動(dòng)規律。

 

圖7  柴油機凸輪軸凸輪輪廓示意圖

圖8  凸輪軸測量?jì)x外觀(guān)示意圖

 

總結：

      專(zhuān)業(yè)的檢測儀可利用計算機圖像技術(shù)，無(wú)需與凸輪接觸，避免了因凸輪表面磨損和變形等因素帶來(lái)的偏差和誤差，保證了測量的準確性。測量?jì)x器的框架和控制系統完全由計算機控制，實(shí)現了自動(dòng)化的測量流程，簡(jiǎn)化了操作難度，提升了測量效率?？傊?，凸輪軸測量?jì)x是一種高精度、高效率、高可靠性的凸輪測量設備，其使用為凸輪軸測量提供了更加有效的解決方案，避免人工檢測有可能引起的誤差行為。

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