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江苏大学故障诊断

发动机凸轮轴测量诊断的处理与评定方法

班级：

机械卓越1001

姓名：

魏延宾

学号：

3100301095

任课老师：

骆志高

2013年10月

摘要

发动机凸轮轴是汽车的重要部件，属于典型的细长轴类零件。

它的功能是驱动发动机整个配气系统及其附件，使其快速、准确地吞吐大量燃气，保证正确的配气相位和按一定运动规律控制气门组定时开、闭。

其中凸轮轴上各凸轮的廓线形状和尺寸是影响气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素，直接关系到整个发动机的充气系数、功率输出、动力性能以及废气排放。

另外凸轮廓线下降段的轮廓误差也是产生噪声的原因之一。

发动机凸轮轴制造质量与汽车运行的动力性、舒适性息息相关。

关键词：

凸轮轴，检测，数据处理

ABSTRACT

Asaclassiclongshaft,Enginecamshaftisaveryimportantpartinacar.Itactsformotivatingthewholetimingsystemandotheraccessoriesandlettingthemtakeinandsendoutoilairfastandaccuratelywhichcanassurearighttimingphaseandalogicallyopenandcloseofthevalve.Thesizeandshapeofcamsoncamshaftarethemainfactorswhichaffectingvalveworkingandtimingefficiency.Foranengine,camshaftisconcernedaboutitschargingaccessories,exportedpower,motiveabilityandwasting,furthermore,theprofileerrorofthecamisoneimportantreasonofnoising.Camshaftwasrelatedtightlytothemotivationsandconvenienceofthecar.

Keywords:

camshaft,measure,dataprocessing

1引言

凸轮轴是汽车上第二大运动部件，是典型的细长轴类零件。

它的功能是驱动发动机整个配气系统及其他附件，使其快速、准确地吞吐大量燃气，保证正确的配气相位和按一定运动规律控制气门组定时开、闭。

根据配气系统位置的不同，凸轮轴可以分为顶置式、中置式以及底置式三种，分别位于发动机的顶部、中部和底部推动气门的开闭。

根据气门的数量以及布置方式的不同，凸轮轴又有单置和双置之分，又有诸如四缸凸轮、六缸凸轮以及八缸凸轮等根据缸数不同而凸轮数量不同的凸轮轴。

而根据其制造工艺以及使用材料的不同，又分为以下几种：

冷硬铸铁凸轮轴、锻钢凸轮轴、组合凸轮轴以及铸钢凸轮轴。

凸轮轴上的各部分都有其相应的作用，两端的加工安装面主要是保证凸轮轴与发动机壳体稳定连接，减少误差；凸轮之间的轴颈与轴承相配合，保证凸轮轴光滑，稳定旋转；而最重要的则是具有一定相位差的凸轮组，各个凸轮的尺寸和形状是影响气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素，在配气过程中，凸轮下降段的轮廓误差还是产生发动机噪声的主要原因之一。

整体上来看，对于发动机来说，凸轮轴直接关系到它的充气系数、功率输出、动力性能以及废气排放，与汽车运行的动力性、舒适性息息相关。

2凸轮升程误差的测量与处理

凸轮机构从动件的运动规律是通过凸轮的形状来反映的，因此需要根据从动件的运动要求设计凸轮的形状。

一般来讲，每个凸轮的形状———桃形，由基圆和许多二次曲线、三次曲线及圆弧组成，其构成的封闭曲线称为升程曲线，由于凸轮升程曲线的特殊性，实际应用中提供给磨床的升程曲线是"PQO（"P的离

散数据，这也就是描述每个凸轮形状的理论升程表，其升程曲线的精度由升程公差来进行控制）。

2.1凸轮的升程误差

凸轮的升程误差是指，实际凸轮对应理论角度上的实际升程与理论升程的代数差。

即△h=hs-h

根据升程误差的定义，凸轮升程测量时，测量的应是凸轮理论转角对应测点的实际升程。

这一点在实际测量中是不容易做到的，测量数据中一般含有转角误差（系统性误差）的影响，必须剔除测量数据中的转角误差的影响，才可能得出正确的测量结果。

这就提出了如何进行凸轮测量和数据处理方法的问题。

2.2凸轮升程测量、数据处理、评定方法

如图1所示，凸轮升程表上给出的是理论转角α对应的理论升程h，按误差定义要求，本应测量出理论转角α对应测点的实际升程。

可是，由于凸轮测量起点转角有误差α，实际上测量出的不是理论转角α对应点上的实际升程，而是转角α+△α应点上的实际升程h△s。

所以，一般按△h=hs-h求解出的升程误差与定义相悖。

根据定义，凸轮的升程误差应按下式求解：

△h=h△s+h’*△α-h

其中h’=dh/dα——凸轮升程变化率；△α应根据凸轮的公式要求分别求解，即

升程公差按尺寸公差标注时

（由左右侧最大点等距导出）

（由左右侧最小点等距导出）

（2））升程公差按形状公差标注时，公差位置浮动

一般来讲，应根据凸轮升程的公差要求，即按尺寸公差标注的处理方法和按形状公差标注的处理方法，给出相应的处理方法。

数据处理过程，就是将测量数据处理成符合定义的升程误差值———符合设计要求的升程误诧值的过程。

这里，应说明的是，凸轮升程的测量基准是“敏感点”，凸轮升程的评定基准是“极限点”。

测量时，以凸轮左、右侧的“敏感点”为基准，获得（确定）凸轮测量起点转角’；处理时以凸轮左、右侧的最大点和最小点的四个“极限点”a,b,c,d为基准，求出凸轮测量起点转角的角度位移△α之后，即得凸轮处理（评

定）起点转角：

Φ（i0）j=Φo+△α

测量数据的处理过程可以Φ（i0）j=Φo+△α以为测量起点转角，进行二次测量；也可以按解析式

（i=0~360°），

逐点算出符合定义的升程误差值。

3关于升程误差测量数据处理方法的说明

凸轮的升程公差，常用的有两种标注方法：

①标注的是带正负号的公差值，公差带的位置由凸轮升程的理论正确尺寸确定，且公差带位置是固定的，升程公差控制的仅是实际凸轮的轮廓尺寸。

这时，凸轮的升程误差应按尺寸公差来处理：

凸轮的升程公差要求，设定了两个极限尺寸———最大实体尺寸（MMS）和

最小实体尺寸（LMS）来限制升程的实际尺寸，要求凸轮升程的任一局部尺寸不得超出两个极限尺寸；②标注的是不带正负号的公差值，公差带的方向随凸轮的实际形状而定（变动），公差带的位置是浮动的，升程公差控制要素是实际凸轮的轮廓形状。

这时，凸轮的升程误差应按形位公差来处理（升程误差的测量数

据，应按“最小条件”要求进行评定）：

凸轮的升程公差要求，设定了两个平行（或等距）的界面或界线，构成形状公差带来限制实际被测要素。

凸轮测量数据按尺寸公差要求处理时，应把升程误差与升程公差联系起来，最大限度的保证凸轮升程的合格（图!

）；凸轮测量数据按形位公差要求处理时，应把升程误差与“最小条件”联系起来，保证凸轮升程误差（包容区域的宽度）的最大值为最小（图"）。

处理时可根据设计要求，选择相应的处理方法。

在此应强调指出：

当凸轮异侧（左、右侧）升程公差相等时，“等距”误差点也是“等值”误差点。

尺寸误差和形位误差数据的处理方法相一致。

所不同的只是，形位公差带位置浮动，尺寸公差带位置固定。

4凸轮轴测量仪的工作原理

凸轮轴的测量是二维测量系统。

目前凸轮轴测量仪的分度装置大都采用圆光栅编码器测量系统，线值装置采用直线光栅测量系统。

凸轮轴测量仪的原理框图

如图4所示：

由计算机发出的控制信号启动直流同步电机旋转，由驱动机构带动被测凸轮轴转动，通过轴圆光栅传感器，轴直线光栅传感器分别将凸轮轴的角位移、径向、轴向位移转换成明暗条纹的光强变化信号，经光电转换电路转换成电压信号，再经前置放大和整形滤波，形成角度脉冲和径向位移脉冲经T/C

计数板送入计算机。

经计算机处理后，就获得了每个凸轮轮廓对应于各个转角的径向测量值（升程）。

应用计算机控制技术，凸轮测量仪的机械运动、测量数据的采集和处理均可由计算机自动控制完成。

这里，应特别强调：

凸轮测量时，测头的形状应与凸轮机构中的从动件的形状一致，这样才能更好的模拟凸轮机构的实际工作情况，使测量出的凸轮升程值准确反映凸轮机构从动件的工作位移和运动规律。

5凸轮升程的测量、处理

凸轮升程测量时，凸轮每转过#$）软件就给出一个升程测量值，经数据处理后，软件按每#&输出测量结果（升程误差值、升程误差曲线）。

图6

图6是在广州威而信精密仪器有限公司生产的L--2000凸轮自动测量仪上，由WILSON测量软件，完成参数输入、测量选择、数据采集、处理和测量结果，打印输出的某发动机凸轮轴各凸轮的升程误差表和升程误差曲线

6结束语

经过仿真、编译实现后，将代码下载至EPC1441可编程配置芯片，属于主动配置模式。

在接口模块上电后由EPC1441自动给EPF10K10芯片进行配置。

采用该输入通道，对光栅尺信号进行了四细分，分辨率达到了1um。

以光栅尺做反馈部件，利用基于FPGA的光栅尺智能接口模块做输入通道构成闭环控制，控制误差控制在2um以内，满足所提出的误差小于5um的性能要求。

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