CN103940322A - 一种测量气门座圈锥面高度的检具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量气门座圈锥面高度的检具，包括检测基准构件、定位构件和测量构件；其中，所述检测基准构件具有外凸工作球面，所述工作球面用于与所述气门座圈一端的内锥面相抵适配；所述定位构件具有与所述气门座圈的另一端外轮廓相适配内凹容纳部，所述容纳部用于容置限定待测所述气门座圈；所述测量构件用于确定所述检测基准构件的与所述气门座圈相抵的工作球面轴向相对位置，以获得待测所述气门座圈的锥面高度。本发明在提升检测精度的基础上，还可有效控制检具的制造维护成本，提高其工作可靠性。在此基础上，本发明还提供一种测量气门座圈锥面高度的方法。

Description

一种测量气门座圈锥面高度的检具及方法

技术领域

本发明涉及发动机构件加工用辅具，具体涉及一种测量气门座圈锥面高度的检具及方法。

背景技术

众所周知，配气机构是发动机的重要组成部分之一，工作过程中，配气机构的主要功能是按照一定时限自动开启和关闭各气缸的进、排气门。它的作用则是空气及时通过进气门向气缸内供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机），并且及时将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。

配气机构中，与气门配合的气门座圈的加工精度直接影响到发动机的动力和尾气排放指标。如图1所示，气门座圈锥面高度指气门座圈量规直径（又称“凡尔线”，valve line）处到座圈底面的距离，量规尺寸D对应的高度h便是气门座圈锥面高度，它是气门座圈的后续精加工的基础，显然，作为加工工艺中较为重要的几何参数的气门座圈锥面高度，需要严格控制。

现有技术采用模拟测量法，采用与前述气门座圈量规直径相同的芯棒作为检具基础构件，并通过芯棒与气门座圈的最终配合位置测出锥面高度。然而，受该检具的设计原理和构造形式的限制，该技术存在以下不足：

（1）检具可靠性较低

该检具实现测量功能的关键部位是芯棒末端与气门座圈贴合的位置，要求该部位保持足够的尖角，即磨损极限要求很高（通常不能超过5μm），而该检具的作用部位为线接触，大量使用后容易磨损，磨损之后的实际作用尺寸很难确定，导致检具可靠性不足，无法适应大批量生产条件下的现场检测。

（2）检具构造比较复杂，制造及维护成本较高

检具除百分表和弹簧为通用件外，其余四种零件（芯棒、筒体、可换镶套、衬套）均需要单独设计、加工、装配，且精度要求较高，造成检具制造及日后维护成本偏高。

（3）现有技术应用时要求芯轴与气门座圈足够对中，对中性不足会造成芯轴与气门座圈的配合偏差，因此，检具与被测座圈的配合间隙要足够小，如此会造成零件装卸不便，降低检测效率。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对测量气门座圈锥面高度的检具作出改进，以克服现有技术存在的上述缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种结构优化的测量气门座圈锥面高度的检具，在提升检测精度的基础上，还可有效控制检具的制造维护成本，提高其工作可靠性。在此基础上，本发明还提供一种测量气门座圈锥面高度的方法。

本发明提供的测量气门座圈锥面高度的检具，包括检测基准构件、定位构件和测量构件；其中，所述检测基准构件具有外凸工作球面，所述工作球面用于与所述气门座圈一端的内锥面相抵适配；所述定位构件具有与所述气门座圈的另一端外轮廓相适配内凹容纳部，所述容纳部用于容置限定待测所述气门座圈；所述测量构件用于确定所述检测基准构件的与所述气门座圈相抵的工作球面轴向相对位置，以获得待测所述气门座圈的锥面高度。

优选地，所述检测基准构件为圆球。

优选地，所述检测基准构件为钢球。

优选地，所述内凹容纳部底部的所述定位构件本体上开设有安装通孔，所述测量构件的测量端可插入所述安装通孔内。

优选地，还包括用于锁定所述测量构件的锁紧构件，所述锁紧构件设置在所述定位构件上。

优选地，所述测量构件通过其测量杆的行程变化获得测量结果，其测量杆可插入所述安装通孔中；所述安装通孔旁侧的所述定位构件本体上开设有与其连通的螺纹孔，所述锁紧构件为与所述螺纹孔螺纹配合的螺纹紧固件，所述螺纹紧固件的伸入端可压抵所述测量杆外周的套管，以锁定所述测量构件。

优选地，所述测量构件具体为百分表或千分表。

本发明还提供一种测量气门座圈锥面高度的方法，采用如前所述的测量气门座圈锥面高度的检具，所述方法包括如下步骤：

a.选取所述气门座圈的标准样件；

b.校对所述测量构件：将所述标准样件置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述检测基准构件的工作球面与所述标准样件的内锥面相抵，以此对所述测量构件作调零处理，取出所述检测基准构件和所述标准样件；

c.测量：将待测的所述气门座圈置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述检测基准构件的工作球面与所述气门座圈的内锥面相抵，根据所述测量构件的读数差确定所述工作球面轴向相对位置，以获得所述锥面高度。

优选地，所述定位构件为圆球；步骤a包括下述子步骤：

a1.根据公式确定圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离，式中：

D-气门座圈的标定量规直径，h-气门座圈的锥面高度，α-气门座圈的锥面与端面夹角，R-工作球面的半径，H-圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离；

a2.将所述气门座圈的若干样本分别置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述圆球与所述样本的内锥面相抵，并测量样本的端面与所述圆球伸出最高点的距离，将与步骤a1中所述确定的圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离一致的样本作为所述标准样件。

基于传统气门座圈锥面高度的模拟测量法，本发明提供的检具另辟蹊径作出了原理性改进，该检具采用具有外凸工作球面的检测基准构件作为测量基准结构，用于与气门座圈的内锥面相抵，也就是说，测量结合部大致近似为面接触，检具耐磨性得以极大提高，有效提高了相应构件的使用周期，在确保检具可靠性的基础上，大大提升了检测精度；同时，采用定位构件容置并确定待检测气门座圈的相对位置，即可将检测基准构件的外凸工作球面压抵气门座圈的内锥面进行测量；如此设置，一方面，无需制作专门对比块规，具有构造简单及制造、维护成本低的特点，另外，该外凸工作球面进入气门座圈后能够自动对中，无需额外调节操作，具有较好的可操作性，从而确保检测效率的可靠提升。

在本发明的优选方案中，采用钢球作为检测基准构件，只要确保钢球的制造精度即可确保锥面高度的测量精度；此外，还可进一步提高该检具的可操作性。

本发明提供的检具可适用于任何结构尺寸的气门座圈的锥面高度测量。

附图说明

图1为发动机气门座圈的锥面高度尺寸示意图；

图2为第一实施例所述测量气门座圈锥面高度的检具的工作状态示意图；

图3示出了作为检测基准构件的圆球与气门座圈锥面的几何关系图；

图4为第二实施例所述检测基准构件1'与气门座圈的几何关系图。

图2-图4中：

检测基准构件1、工作球面11、定位构件2、内凹容纳部21、安装通孔22、螺纹孔23、测量构件3、测量杆31、套管32、气门座圈4、锥面41、端面42、锁紧构件5；

检测基准构件1'、工作球面11'。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于测量气门座圈锥面高度的检具，以通过结构改进提高其工作可靠性，并在提升检测精度的基础上，可有效控制检具的制造、维护成本。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图2，该图为本实施方式所述测量气门座圈锥面高度的检具的工作状态示意图，该图为轴向剖视图。

该检具主要由检测基准构件1、定位构件2和测量构件3三个部分构成。其中，检测基准构件1利用其具有的外凸工作球面11作为测量基准结构，如图所示，该工作球面11用于与气门座圈4一端的内锥面41相抵适配，测量结合部大致近似为面接触，检具的耐磨性大大提高。其中，定位构件2具有与气门座圈4的另一端外轮廓相适配内凹容纳部21，该容纳部用于容置限定待测气门座圈4，可确定待检测气门座圈的相对位置，以便将检测基准构件1的工作球面11压抵气门座圈4的锥面41进行测量。其中，测量构件3用于确定检测基准构件1的与气门座圈4相抵的工作球面11轴向相对位置，以获得待测气门座圈4的锥面高度h。

图中所示，检测基准构件1为圆球；优选采用钢球，以避免检测基准构件在实际使用过程中产生形变，确保最终的测量结果。应当理解，检测基准构件1整体可以其他形状，而非局限于2中所示的圆球，只要具有用于压抵气门座圈锥面41的工作球面11实现配合功能需要，均在本申请请求保护的范围内。

不失一般性，下面结合图3所示的圆球与气门座圈锥面的几何关系图，对该检具进行原理性的说明。

根据几何特性可知，圆球与圆锥的配合关系随着二者尺寸的确定而唯一确定。基于该理论，可以将钢球与气门座圈锥面分别视为以上两种几何元素，配合后形成如图3所示的几何关系图。

其中，D为气门座圈的标定量规直径，该值为产品设计时确定的尺寸，对于尺寸确定的气门座圈4而言，也即图纸规定的量规直径，

其中，h为气门座圈的锥面高度，对于尺寸确定的气门座圈4而言，锥面高度同样是一个确定的与标定量规直径对应的尺寸。

其中，α为气门座圈的锥面41与端面夹角；

其中，R为圆球半径，即工作球面的半径；

其中，H为圆球伸出最高点至气门座圈端面42的距离，可以此作为测量中间参量；

显然， $H=h+R(1+\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\α}\tan \mathrm{\α})-\frac{D\tan \mathrm{\α}}{2},$ 也就是说，当气门座圈4设计尺寸以及圆球尺寸确定的情况下，H尺寸唯一确定，且与气门座圈4的锥面高度h呈线性关系。因此，可通过测量H高度确定气门座圈4的锥面高度h是否符合设计要求。

需要说明的是，圆球伸出最高点至气门座圈4端面距离H的测量可以采用不同的测量构件实现，例如，现有技术中的卡尺、百分表或者千分表等。为了进一步提高该检具的可操作性，本实施方式采用百分表作为优选测量构件3。

该百分表插装设置在定位构件2上，测量时可经由表面显示读取，无需反复操作，减少检测人员的劳动强度。如图所示，在定位构件2的本体上开设有与内凹容纳部21连通的安装通孔22，作为测量构件3的测量端，百分表的测量杆31可插入安装通孔22内，且其测量头自内凹容纳部21的底部进入后可压抵工作球面11。这里，优选测量杆31的轴心线与气门座圈4的轴心线重合，一方面可减少降低计算复杂程度，同时加工工艺性最优。显然，该连接方式同样适用于可作为测量构件3的千分表，即测量构件3通过其测量杆31的行程变化获得测量结果。

另外，为了更进一步提高该检具的可操作性及其测量精度，可以在定位构件2上增设锁紧构件5，以锁定测量构件3。如图所示，安装通孔22旁侧的定位构件本体上开设有与其连通的螺纹孔23，锁紧构件5为与螺纹孔23螺纹配合的螺纹紧固件，该螺纹紧固件的伸入端可压抵测量杆31外周的套管32，以锁定测量构件3（百分表）。

除前述检具外，本实施方式还提供一种应用该检具的测量气门座圈锥面高度的方法，该方法包括如下步骤：

a.选取气门座圈4的标准样件；

b.校对测量构件3：将标准样件置于定位构件2的内凹容纳部21，将检测基准构件1的工作球面11与标准样件的内锥面相抵，以此对测量构件3作调零处理，取出检测基准构件1和标准样件；

c.测量：将待测的气门座圈4置于定位构件2的内凹容纳部21，将检测基准构件1的工作球面11与气门座圈4的内锥面41相抵，根据测量构件1的读数差确定工作球面轴向相对位置，以获得锥面高度。

基于前述以圆球作为定位构件2的检具而言，其工作原理相对简单且可操作性。在此基础上，前述步骤a包括下述子步骤：

a1.根据公式 $H=h+R(1+\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\α}\tan \mathrm{\α})-\frac{D\tan \mathrm{\α}}{2}$ 确定圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离H，式中：

D-气门座圈的标定量规直径，h-气门座圈的锥面高度，α-气门座圈的锥面与端面夹角，R-工作球面的半径，H-圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离；

a2.将气门座圈4的若干样本分别置于定位构件2的内凹容纳部21，将圆球与样本的内锥面相抵，并测量样本的端面与圆球伸出最高点的距离，将与步骤a1中所述确定的圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离H一致的样本作为所述标准样件。

在实际应用时，通过标准样件调定后的检具反复执行前述步骤c，即可逐一完成批量待测气门座圈的锥面高度的测量。与现有技术相比，结构优化降低了检具制作和维护的综合成本，克服了传统锥面测量技术的弊端，确保了检具使用可靠、简单高效、成本最优。

特别说明的是，如前所述本方案的检测基准构件1整体可以采用其他形状，而非局限于2中所示的圆球。具体请参见图4，该图示出了第二实施例所述检测基准构件1'与气门座圈的几何关系图。

图中所示，该检测基准构件1'的工作球面11'为构件顶部的球冠，由于该构件的几何尺寸确定，依据第一实施例的设计原理，其伸出最高点至气门座圈4端面距离H'可唯一确定。应当理解，以此形成的检具同样应用于前述操作方式，这里不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，包括：

检测基准构件，具有外凸工作球面，所述工作球面用于与所述气门座圈一端的内锥面相抵适配；

定位构件，具有与所述气门座圈的另一端外轮廓相适配内凹容纳部，所述容纳部用于容置限定待测所述气门座圈；

测量构件，用于确定所述检测基准构件的与所述气门座圈相抵的工作球面轴向相对位置，以获得待测所述气门座圈的锥面高度。

2.根据权利要求1所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，所述检测基准构件为圆球。

3.根据权利要求2所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，所述检测基准构件为钢球。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，所述内凹容纳部底部的所述定位构件本体上开设有安装通孔，所述测量构件的测量端可插入所述安装通孔内。

5.根据权利要求4所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，还包括用于锁定所述测量构件的锁紧构件，所述锁紧构件设置在所述定位构件上。

6.根据权利要求5所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，所述测量构件通过其测量杆的行程变化获得测量结果，其测量杆可插入所述安装通孔中；所述安装通孔旁侧的所述定位构件本体上开设有与其连通的螺纹孔，所述锁紧构件为与所述螺纹孔螺纹配合的螺纹紧固件，所述螺纹紧固件的伸入端可压抵所述测量杆外周的套管，以锁定所述测量构件。

7.根据权利要求6所述的测量气门座圈锥面高度的检具，其特征在于，所述测量构件具体为百分表或千分表。

8.一种测量气门座圈锥面高度的方法，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的测量气门座圈锥面高度的检具，所述方法包括如下步骤：

a.选取所述气门座圈的标准样件；

b.校对所述测量构件：将所述标准样件置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述检测基准构件的工作球面与所述标准样件的内锥面相抵，以此对所述测量构件作调零处理，取出所述检测基准构件和所述标准样件；

c.测量：将待测的所述气门座圈置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述检测基准构件的工作球面与所述气门座圈的内锥面相抵，根据所述测量构件的读数差确定所述工作球面轴向相对位置，以获得所述锥面高度。

9.根据权利要求8所述的测量气门座圈锥面高度的方法，其特征在于，所述定位构件为圆球；步骤a包括下述子步骤：

a1.根据公式确定圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离，式中：

D-气门座圈的标定量规直径，h-气门座圈的锥面高度，α-气门座圈的锥面与端面夹角，R-工作球面的半径，H-圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离；

a2.将所述气门座圈的若干样本分别置于所述定位构件的内凹容纳部，将所述圆球与所述样本的内锥面相抵，并测量样本的端面与所述圆球伸出最高点的距离，将与步骤a1中所述确定的圆球伸出最高点至气门座圈端面的距离一致的样本作为所述标准样件。