專利名稱:多尺寸凸輪軸相位角測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于機(jī)加工產(chǎn)品檢測技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種可對多種尺寸凸輪軸的相位角快速裝夾測量的裝置。
背景技術(shù):
凸輪軸是活塞發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件,其作用是按照一定的規(guī)律控制氣門的開啟與閉合。因此凸輪軸相位角參數(shù)至關(guān)重要,關(guān)系到發(fā)動機(jī)的動力和運(yùn)轉(zhuǎn)特性。傳統(tǒng)的凸輪軸檢測儀,一般采用通用的卡尺、檢具測量,屬于人工手動測量方式。這樣操作人員勞動強(qiáng)度大,極易疲勞,同時由于人為因素測量精度低、誤差大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,已出現(xiàn)多種機(jī)械 化程度比較高的凸輪軸檢測儀。如中國專利CN201464168U提供了一種凸輪軸綜合檢測儀,實(shí)現(xiàn)了對凸輪軸的多個參數(shù)的檢測,但是無法實(shí)現(xiàn)相位角參數(shù)測量;且對不同型號的凸輪軸進(jìn)行檢測時,需采用標(biāo)準(zhǔn)件對零,測量程序繁瑣耗時;同時該檢測儀測量凸輪軸的軸頸處截面時采用兩個電感傳感器,測量凸輪處截面時采用兩個光柵傳感器,成本較高。中國專利CN102095392A提供了一種動態(tài)測量凸輪軸特定參數(shù)的凸輪軸測量機(jī),同樣存在上述專利的缺陷,即無法測量相位角、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量前也要采用標(biāo)準(zhǔn)件對零。中國專利CN02238624. 6提供了一種凸輪軸形面誤差綜合測量儀,需要對凸輪軸的各段進(jìn)行逐個測量,且針對不同型號的凸輪軸要采用不同長光柵傳感器,測量耗時、成本較高。2005年天津大學(xué)學(xué)位論文《角度及凸輪參數(shù)綜合測試技術(shù)的研究》和2001年重慶大學(xué)學(xué)術(shù)論文《摩托車發(fā)坳機(jī)凸輪軸多參數(shù)自動測量儀的研究》采用了長光柵傳感器,對凸輪軸的各個凸輪逐個測量,測量程序同樣存在繁瑣耗時缺陷,并且未給出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜上所述,現(xiàn)有的凸輪軸測量儀很少有針對凸輪軸相位角進(jìn)行測量的,且大都采用長光柵位移傳感器,均為接觸式測量,測量范圍與精度受傳感器性能、測量對象形狀等因素影響;有少數(shù)檢測儀能對凸輪軸的各個凸輪同時測量,但是采用的傳感器數(shù)目與種類較多,測量前多需采用標(biāo)準(zhǔn)件對零,成本較高,測量效率較低;現(xiàn)有的凸輪軸測量儀對于凸輪軸的定位大都采用頂針夾持,手動調(diào)整,無法消除打滑帶來的誤差。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有凸輪軸相位角參數(shù)測量存在的成本高、測量效率低等問題,本發(fā)明提供一種多尺寸凸輪軸相位角測量儀。多尺寸凸輪軸相位角測量儀包括設(shè)于底座上的頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)和測量臺機(jī)構(gòu);所述底座的頂面一側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌,所述測量臺機(jī)構(gòu)位于底座中部,所述頭架機(jī)構(gòu)和尾架機(jī)構(gòu)分別位于底座兩側(cè)的導(dǎo)軌上;
所述頭架機(jī)構(gòu)包括頭架箱3,頭架箱3外部設(shè)有步進(jìn)電機(jī)1,步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸伸至頭架箱3的一側(cè)壁內(nèi),且連接著彈性聯(lián)軸器4的一端;頭架箱3的另一側(cè)壁上通過軸承設(shè)有頭架輸出軸5,頭架輸出軸5的一端連接著彈性聯(lián)軸器4的另一端,頭架輸出軸5的另一端伸至頭架箱3的外部,且連接著臺階管狀的夾頭10的小直徑端;頭架輸出軸5的外伸端為管軸,所述管軸內(nèi)設(shè)有前頂針11;前頂針11的前部為陀螺狀的頂針頭,后部為頂針桿,所述頂針頭位于夾頭10內(nèi),所述頂針桿后端的頭架輸出軸5的管軸內(nèi)設(shè)有壓縮彈簧8和滑鍵9,且滑鍵9與前頂針11的頂針桿上的鍵槽配合;夾頭10的大直徑端端部均布開設(shè)有三個夾爪槽,每個夾爪槽內(nèi)通過銷設(shè)有夾爪13 ;每個夾爪13的前端和后端均為彎鉤狀,且后端位于前頂針11的頂針頭后部;
所述尾架機(jī)構(gòu)包括具有尾頂針孔的尾架座22,尾架座22的尾頂針孔內(nèi)設(shè)有頂針套筒16,頂針套筒16前部為莫氏錐管,后部為螺紋管;頂針套筒16內(nèi)插有尾頂針15 ;所述尾頂針15的前端為圓錐狀,且伸至尾架座22外部,后部與頂針套筒16的莫氏錐管配合;頂針套筒16的螺紋管處配合設(shè)有螺桿21,螺桿21的一端與尾頂針15后端對應(yīng),另一端上設(shè)有軸 承24 ;與軸承24配合的軸承座25為尾架座22的尾頂針孔的后端蓋;螺桿21的尾端伸至軸承座25外,且尾端上設(shè)有手輪27 ;所述頭架機(jī)構(gòu)的前頂針11與尾架機(jī)構(gòu)的尾頂針15同軸;
所述測量臺機(jī)構(gòu)包括測量臺32和四個測量單元;所述測量臺32與底座33的導(dǎo)軌配合;四個測量單元均布在測量臺32上,且位于前頂針11和尾頂針15同軸線的一側(cè);每個測量單元包括三維組合微位移臺31,三維組合微位移臺31上設(shè)有傳感器安裝座30,傳感器安裝座30上設(shè)有電渦流傳感器29。所述彈性聯(lián)軸器4為梅花形彈性聯(lián)軸器。所述軸承24為深鉤球軸承。與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座22上設(shè)有防轉(zhuǎn)螺釘23,與防轉(zhuǎn)螺釘23對應(yīng)的頂針套筒16外表面開設(shè)有定位槽,防轉(zhuǎn)螺釘23的下端位于定位槽內(nèi)。與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座22上設(shè)有鎖緊螺桿18,與鎖緊螺桿18對應(yīng)的頂針套筒16的周向設(shè)有鎖緊圈17。本發(fā)明采用電渦流傳感器實(shí)現(xiàn)對凸輪軸相位角的非接觸測量,精度高,每個凸輪配置一個電渦流傳感器,可對凸輪軸所有凸輪相位角同時進(jìn)行檢測。只需凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周,即可保證各個凸輪的桃尖捕捉準(zhǔn)確,檢測效率高,單件凸輪軸各凸輪相位角從安裝到檢測完成時間為15秒。同時,凸輪軸的前頂針周圍配置了三個周向均勻分布的夾爪,可以對凸輪軸實(shí)現(xiàn)自動快速夾緊,省時省力;消除了夾緊力不夠帶來的打滑誤差,節(jié)省了裝夾的時間。采用計(jì)算機(jī)配合電渦流傳感器和圓光柵編碼器實(shí)現(xiàn)快速采樣,顯示測量結(jié)果;通過對電渦流傳感器相互之間距離和個數(shù)的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)對不同型號的凸輪軸進(jìn)行檢測,通用性比較強(qiáng);計(jì)算機(jī)控制和手工操作配合,使檢測效率最大化。
圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的頭架機(jī)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的自動裝夾頂針圖。圖4是本發(fā)明的尾架機(jī)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的測量臺主視圖。圖6是本發(fā)明的A-A剖視圖。圖7是本發(fā)明的測量臺俯視圖。
圖8是本發(fā)明的B-B剖視圖。圖9是本發(fā)明的C-C剖視圖。圖10是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。上圖中序號步進(jìn)電機(jī)I、頭架2、頭架箱3、彈性聯(lián)軸器4、頭架輸出軸5、頭架軸承套6、角接觸軸承7、壓縮彈簧8、滑鍵9、夾頭10、前頂針11、第一銷12、夾爪13、凸輪軸14、尾頂針15、頂針套筒16、鎖緊圈17、鎖緊螺桿18、第二銷19、鎖緊手柄20、螺桿21、尾架座22、防轉(zhuǎn)螺釘23、軸承24、軸承座25、隔套26、手輪27、手柄28、電渦流傳感器29、傳感器安裝座30、三維組合微位移臺31、測量臺32、底座33。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖,通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實(shí)施例參見圖1,多尺寸凸輪軸相位角測量儀包括安裝于底座33上的頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)和測量臺機(jī)構(gòu)。底座33的頂面一側(cè)設(shè)有三角形平面導(dǎo)軌;測量臺機(jī)構(gòu)位于底座33中部,頭架機(jī)構(gòu)和尾架機(jī)構(gòu)分別位于底座兩側(cè)的導(dǎo)軌上。參見圖2、圖3和圖9,頭架機(jī)構(gòu)包括頭架箱3,頭架箱3外部設(shè)有步進(jìn)電機(jī)1,步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸伸至頭架箱3的一側(cè)壁內(nèi),且連接著彈性聯(lián)軸器4的一端;頭架箱3的另一側(cè)壁上通過軸承設(shè)有頭架輸出軸5,頭架輸出軸5的一端連接著彈性聯(lián)軸器4的另一端,彈性聯(lián)軸器4為梅花形彈性聯(lián)軸器。頭架輸出軸5的另一端伸至頭架箱3的外部,且連接著臺階管狀的夾頭10的小直徑端;頭架輸出軸5的外伸端為管軸,所述管軸內(nèi)設(shè)有前頂針11 ;前頂針11的前部為陀螺狀的頂針頭,后部為頂針桿,所述頂針頭位于夾頭10內(nèi),所述頂針桿后端的頭架輸出軸5的管軸內(nèi)設(shè)有壓縮彈簧8和滑鍵9,且滑鍵9與前頂針11的頂針桿上的鍵槽配合;夾頭10的大直徑端端部均布開設(shè)有三個夾爪槽,每個夾爪槽內(nèi)通過銷設(shè)有夾爪13 ;每個夾爪13的前端和后端均為彎鉤狀,且后端位于前頂針11的頂針頭后部。參見圖4和圖8,尾架機(jī)構(gòu)包括具有尾頂針孔的尾架座22,尾架座22的尾頂針孔內(nèi)設(shè)有頂針套筒16,頂針套筒16前部為莫氏錐管,后部為螺紋管;頂針套筒16內(nèi)插有尾頂針15 ;所述尾頂針15的前端為圓錐狀,且伸至尾架座22外部,后部與頂針套筒16的莫氏錐管配合;頂針套筒16的螺紋管處配合設(shè)有螺桿21,螺桿21的一端與尾頂針15后端對應(yīng),另一端上設(shè)有軸承24 ;軸承24為深鉤球軸承。與軸承24配合的軸承座25為尾架座22的尾頂針孔后端蓋;螺桿21的尾端伸至軸承座25外,且尾端設(shè)有手輪27 ;頭架機(jī)構(gòu)的前頂針11與尾架機(jī)構(gòu)的尾頂針15同軸。與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座22上安裝有防轉(zhuǎn)螺釘23,與防轉(zhuǎn)螺釘23對應(yīng)的頂針套筒16外表面開設(shè)有定位槽,防轉(zhuǎn)螺釘23的下端位于定位槽內(nèi),見圖2 ;與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座22上安裝有鎖緊螺桿18,與鎖緊螺桿18對應(yīng)的頂針套筒16的周向設(shè)有鎖緊圈17,見圖4和圖8。參見圖5、圖6和圖7,測量臺機(jī)構(gòu)包括測量臺32和四個測量單元;所述測量臺32與底座33的導(dǎo)軌配合;四個測量單元均布在測量臺32上,且位于前頂針11和尾頂針15同軸線的一側(cè);每個測量單元包括三維組合微位移臺31,三維組合微位移臺31上設(shè)有傳感器安裝座30,傳感器安裝座30上設(shè)有電渦流傳感器29。
尾頂針的具體操作是如圖4所示,搖動手柄28可以帶動螺桿21旋轉(zhuǎn),頂針套筒16帶動尾頂針15與螺桿21發(fā)生相對移動,即螺桿21旋轉(zhuǎn),尾頂針15移動;當(dāng)尾頂針15移動到合適位置時,可以搖動鎖緊手柄20鎖緊;為了防止螺桿21旋轉(zhuǎn)時,頂針套筒16也隨之轉(zhuǎn)動,采用了防轉(zhuǎn)螺釘23。針對不同測量對象,可換裝不同的尾頂針。卸下尾頂針15,可以反向旋轉(zhuǎn)手柄28,當(dāng)旋轉(zhuǎn)到如圖的位置后,繼續(xù)轉(zhuǎn)動手柄28,頂針套筒16繼續(xù)向右移動,而尾頂針15受到螺桿21前端的阻力,被頂出頂針套筒16。安裝尾頂針時,可以將相同莫氏錐度的所需頂針直接插入頂針套筒16即可。尾架座22前后布置了兩個T型螺栓,可以將尾架整體固定在底座33的導(dǎo)軌上。
被測凸輪軸的裝夾操作如下針對不同長度的凸輪軸,可松開頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)的T型螺栓,調(diào)整頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)之間的距離,待距離合適時,鎖緊頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)的T型螺栓。將待測凸輪軸14初夾于前頂針11與尾頂針15之間,之后旋轉(zhuǎn)手柄28,使待測凸輪軸14向右擠壓前頂針11,前頂針11受擠壓,克服壓縮彈簧力,向左移動,通過杠桿原理使夾爪13自動夾緊凸輪軸14,裝夾完成。測量完畢后反向旋轉(zhuǎn)手柄28,卸下凸輪軸14,前頂針11在壓縮彈簧8的作用下恢復(fù)原狀。主傳動工作原理如下步進(jìn)電機(jī)I由計(jì)算機(jī)控制運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)出電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號時,步進(jìn)電機(jī)I旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而帶動梅花形彈性聯(lián)軸器4、頭架輸出軸5旋轉(zhuǎn),由于前頂針11和尾頂針15的夾緊力作用和夾爪13的撥動,凸輪軸14也隨之旋轉(zhuǎn)。參見圖7和圖8,具體測量操作及測量原理如下
1.當(dāng)待測凸輪軸14長度對比頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)之間的距離差異較大時,松開頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)的T型螺栓,調(diào)整頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)之間的距離,待距離合適時,鎖緊頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)的T型螺栓;
2.然后固定待檢測凸輪軸14置于前頂針11和尾頂針15之間,之后旋轉(zhuǎn)手柄28,使待測凸輪軸14向右擠壓前頂針11,通過杠桿原理使得三個夾爪13夾緊待測凸輪軸14,尾頂針15頂上待測凸輪軸14的夾緊與定位完畢;
3.左右調(diào)整測量臺32,使得從前方看去,凸輪軸待測的凸輪部分不超出對應(yīng)三維組合微位移臺31的行程范圍。然后逐個調(diào)整三維組合微位移臺31,使電渦流傳感器29靠近凸輪軸14,使四個電渦流傳感器29測頭分別對準(zhǔn)凸輪軸14的四個凸輪部分,且電渦流傳感器29的測頭保持與凸輪軸14的待測凸輪在合適的測量范圍內(nèi),之后鎖緊三維組合微位移臺31 ;
4.準(zhǔn)備測量,計(jì)算機(jī)發(fā)出指令閉合步進(jìn)電機(jī)I開關(guān),步進(jìn)電機(jī)I帶動凸輪軸14旋轉(zhuǎn),采集凸輪軸14旋轉(zhuǎn)一圈的數(shù)據(jù),切斷步進(jìn)電機(jī)I電源,步進(jìn)電機(jī)I停轉(zhuǎn)。手柄28反向旋轉(zhuǎn),卸下凸輪軸14,此次測量結(jié)束。由圖10可見,由圓光柵編碼器測量步進(jìn)電機(jī)I旋轉(zhuǎn)角度,電渦流傳感器測量凸輪曲面距離電渦流傳感器位移的變化,計(jì)算機(jī)同步記錄角度與位移值。測量結(jié)束后,計(jì)算機(jī)在線分析判斷凸輪曲面距離電渦流傳感器位移最近的位置作為該凸輪的桃尖,同時對應(yīng)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度作為該凸輪相位角,依次類推,步進(jìn)電機(jī)I旋轉(zhuǎn)一周,即可獲得各凸輪桃尖對應(yīng)的相位角,各角度之差即為各凸輪桃尖相對相位角;
5.同型號的凸輪軸尺寸差異很小,無需進(jìn)行調(diào)整電渦流傳感器29和頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)的間距,因此只需要重復(fù)步驟2、4即可。若待測的多個凸輪軸型號不同,凸輪軸的尺寸有差異需要重復(fù)以上各步驟。
權(quán)利要求
1.多尺寸凸輪軸相位角測量儀,其特征在于包括設(shè)于底座上的頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)和測量臺機(jī)構(gòu);所述底座的頂面一側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌,所述測量臺機(jī)構(gòu)位于底座中部,所述頭架機(jī)構(gòu)和尾架機(jī)構(gòu)分別位于底座兩側(cè)的導(dǎo)軌上; 所述頭架機(jī)構(gòu)包括頭架箱(3),頭架箱(3)外部設(shè)有步進(jìn)電機(jī)(1),步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸伸至頭架箱(3)的一側(cè)壁內(nèi),且連接著彈性聯(lián)軸器(4)的一端;頭架箱(3)的另一側(cè)壁上通過軸承設(shè)有頭架輸出軸(5),頭架輸出軸(5)的一端連接著彈性聯(lián)軸器(4)的另一端,頭架輸出軸(5)的另一端伸至頭架箱(3)的外部,且連接著臺階管狀的夾頭(10)的小直徑端;頭架輸出軸(5)的外伸端為管軸,所述管軸內(nèi)設(shè)有前頂針(11);前頂針(11)的前部為陀螺狀的頂針頭,后部為頂針桿,所述頂針頭位于夾頭(10)內(nèi),所述頂針桿后端的頭架輸出軸(5)的管軸內(nèi)設(shè)有壓縮彈簧(8)和滑鍵(9),且滑鍵(9)與前頂針(11)的頂針桿上的鍵槽配合;夾頭(10)的大直徑端端部均布開設(shè)有三個夾爪槽,每個夾爪槽內(nèi)通過銷設(shè)有夾爪(13);每個夾爪(13)的前端和后端均為彎鉤狀,且后端位于前頂針(11)的頂針頭后部; 所述尾架機(jī)構(gòu)包括具有尾頂針孔的尾架座(22),尾架座(22)的尾頂針孔內(nèi)設(shè)有頂針套筒(16),頂針套筒(16)前部為莫氏錐管,后部為螺紋管;頂針套筒(16)內(nèi)插有尾頂針(15);所述尾頂針(15)的前端為圓錐狀,且伸至尾架座(22)外部,后部與頂針套筒(16)的莫氏錐管配合;頂針套筒(16)的螺紋管處配合設(shè)有螺桿(21),螺桿(21)的一端與尾頂針(15)后端對應(yīng),另一端上設(shè)有軸承(24);與軸承(24)配合的軸承座(25)為尾架座(22)的尾頂針孔的后端蓋;螺桿(21)的尾端伸至軸承座(25)外,且尾端上設(shè)有手輪(27); 所述頭架機(jī)構(gòu)的前頂針(11)與尾架機(jī)構(gòu)的尾頂針(15)同軸; 所述測量臺機(jī)構(gòu)包括測量臺(32)和四個測量單元;所述測量臺(32)與底座(33)的導(dǎo)軌配合;四個測量單元均布在測量臺(32)上,且位于前頂針(11)和尾頂針(15)同軸線的一側(cè);每個測量單元包括三維組合微位移臺(31),三維組合微位移臺(31)上設(shè)有傳感器安裝座(30 ),傳感器安裝座(30 )上設(shè)有電渦流傳感器(29 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多尺寸凸輪軸相位角測量儀,其特征在于所述彈性聯(lián)軸器(4)為梅花形彈性聯(lián)軸器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多尺寸凸輪軸相位角測量儀,其特征在于所述軸承(24)為深鉤球軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多尺寸凸輪軸相位角測量儀,其特征在于與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座(22)上設(shè)有防轉(zhuǎn)螺釘(23),與防轉(zhuǎn)螺釘(23)對應(yīng)的頂針套筒(16)外表面開設(shè)有定位槽,防轉(zhuǎn)螺釘(23)的下端位于定位槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多尺寸凸輪軸相位角測量儀,其特征在于與尾頂針孔對應(yīng)的尾架座(22)上設(shè)有鎖緊螺桿(18),與鎖緊螺桿(18)對應(yīng)的頂針套筒(16)的周向設(shè)有鎖緊圈(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多尺寸凸輪軸相位角測量儀。該測量儀包括設(shè)于底座上的頭架機(jī)構(gòu)、尾架機(jī)構(gòu)和測量臺機(jī)構(gòu);底座的頂面一側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌,測量臺機(jī)構(gòu)位于底座中部,頭架機(jī)構(gòu)和尾架機(jī)構(gòu)分別位于底座兩側(cè)的導(dǎo)軌上;頭架機(jī)構(gòu)包括頭架箱、頭架傳動機(jī)構(gòu)和前頂針,尾架機(jī)構(gòu)包括尾架座、尾架傳動機(jī)構(gòu)和尾頂針,測量臺機(jī)構(gòu)包括測量臺和四個測量單元。本發(fā)明采用了電渦流傳感器測量系統(tǒng),可對凸輪軸上所有凸輪相位角同時進(jìn)行檢測。單件凸輪軸各凸輪相位角從安裝到檢測完成時間為15秒。同時,凸輪軸的前頂針周圍配置了三個周向均勻分布的夾爪,可以對凸輪軸實(shí)現(xiàn)自動快速夾緊,消除了夾緊力不夠帶來的打滑誤差,節(jié)省了裝夾的時間。
文檔編號G01B21/22GK102721395SQ20121023458
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者劉善林, 王玉偉, 苗恩銘, 郎賢禮, 黃紹統(tǒng) 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)