CN109282721A - 一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具及方法，它解决了现有技术中检测设备只能检测单一基准的圆跳动，一次只能检测一个孔位，具有方便操作，检测精度高的有益效果，其方案如下：一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，包括穿过内燃机缸体主轴承孔的心轴；定位机构，设于心轴两端与主轴承孔配合以确定心轴的安装位置；用于进行圆跳动检测的检测机构，通过连接机构安装于定位机构，检测机构包括与连接机构连接的支撑螺栓，支撑螺栓套设与支撑螺栓相交的百分表。
Description
技术领域
本发明涉及专用检具领域，特别是涉及一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具及方法。
背景技术
一台出色的汽车，必须配上一台好的发动机，发动机是汽车的“心脏”，汽车的发展与发动机的进步有着直接的关系，发动机主要由5大关键部件组成，包括缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆等，所以这些核心零部件的加工成为汽车发动机制造的关键。作为汽车的最核心构件——发动机的技术状况，是汽车稳定安全运行的重要保证。发动机经过长期使用后，因其主要零、部件磨损、变形、破断、腐蚀等原因，将导其技术性能明显下降，不能满足使用要求，必须进行整体拆卸修理。在维修中作为发动机的重要基础件——缸体的技术状态对发动机的性能有着极大的影响。缸体、缸盖作为发动机最核心的零部件，是几乎所有发动机厂家必选的自制件项目。目前缸体、缸盖等箱体类零件的机械加工发展大趋势是，以数控机床和加工中心组成的柔性生产线逐步替代以组合机为主的刚性生产线。为了适应大批量生产的需要，先后开发了可换箱式柔性制造单元(FMC)和多台加工中心组成的柔性加工系统(FMS)，适应不同品种和批量的制造业需要。随着CNC控制系统的推广和刀具新材料的开发，高速模块化加工中心在90年代取得突破性进展，由高速加工中心组成的柔性加工系统已广泛用于实际生产。
较长时期以来，汽车发动机的大修及加工，大多采用小组包修、就车修理的作业方法，以手工为主的修配装合，以及以经验为主的检验方法。对基础件及主要零、部件的修理，仅满足于保证配合副的尺寸精度和形状精度，往往忽略了基础件的位置精度要求。因而即使对零件的尺才、形状和粗糙度要求都给予了充分的保证，但由于位置误差的影响，在装配时就可能出现偏斜、卡死，甚致无法装配的现象，即使勉强装配好，也会导致使用中产生早期剧烈磨损，甚而发生事故性破坏。显然这种工艺方法是无法保证发动机大修装配质量要求的，也更不能满足发动机使用性能要求。随着汽车工业的发展和长期汽车运用、修理的生产实践，人们逐渐了解并掌握了发动机基础件——缸体各重要部位的变形规律及其对形位精度的影响，其中发动机缸体主轴承孔对形位精度要求就特别高，在进行机体装配之前要进行严格的质量检测，包括同轴度或者径向圆跳动。由于主轴的制造和装配精度极高，所以不仅在制造过程中要对质量严格把关，而且在装配前也要对缸体零件进行严格的质量检查和精度检测，以确保装配的整机质量合格。
目前国内外针对这种同轴多孔的圆跳动测量，主要采用三坐标检测仪和普通的百分表。如果精度要求高而且测量方便就采用三坐标；如果精度要求不高而且测量困难就采用高技术水平的人工利用百分表逐步测量。如上海电气电站设备有限公司赵文兵、张国永等人发明了一种内孔径向圆跳动检测工具201110428372.0，其是包括了单独的一支撑杆和一个中空管，所述支撑杆的后端插入所述中空管的前端，所述支撑杆上设有一活动套筒，所述活动套筒位置可调的固定在所述支撑杆上，所述中空管上设有一个固定套筒，所述活动套筒与所述固定套筒之间设有弹簧，所述支撑杆前端设有一杆头，所述中空管的后端设有一个底座，所述杆头的下表面上设有一个径向轴承，所述底座的下表面上设有两个径向轴承，所述中空管设有一个位置可调的百分表支架，所述百分表支架上设有百分表。
该设计虽然轻巧方便，能检测不同孔径的圆跳动，但是无法检测缸体主轴承孔圆跳动，因为该检具在检测时无法定位统一基准，只能检测单一基准的圆跳动，而且该检测工具一次只能检测一个孔位，检测完一个工位后必须拆掉定位下一个孔位，不能连续检测多个孔位，故检测圆跳动的效率大大降低。对于多孔的缸体，如果采用此量具，操作人员需要大量重复检测操作，累计误差高，检测精度低，难以满足缸体这种高精度的零件要求，故适用性不高。
随着修理工艺和形位误差检测技术的发展和完善，必将促进修理水平的提高及质量可靠性水平的提髙。
因此，需要对一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具进行研究。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，结构简单，方便实用，能检测同轴断续多孔或者阶梯孔的圆跳动以及同轴度，适用范围广，来解决部分工厂所面临的问题，填补市场的空白。
一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具的具体方案如下：
一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，包括：
穿过内燃机缸体主轴承孔的心轴；
定位机构，设于心轴两端与主轴承孔配合以确定心轴的安装位置；
用于进行圆跳动检测的检测机构，通过连接机构安装于定位机构，检测机构包括与连接机构连接的支撑螺栓，支撑螺栓套设与支撑螺栓相交的百分表。
定位机构相对于内燃机缸体转动，从而带动检测机构转动，定位机构选取内燃机缸体制造精度高的点、线、面为定位基准，保证检测机构的定位精度。
进一步地，所述支撑螺栓在所述百分表的两侧设置微调螺母和粗调螺母，在粗调螺母与百分表之间安装有弹簧，通过调节微调螺母的位置可以粗调百分表的位置。弹簧的弹性模量较大，通过微调螺母以及微调弹簧两者共同作用来微调百分表的位置，其中微调螺母和微调弹簧配合使用，可用来微量调节百分表指针高度，这是由于人员操作时不能保证百分表指针高度与孔内壁一致，粗调螺母是大幅度调节指针高度，如果不能调节，指针高度是固定的，那么只能测量固定孔的圆跳动，粗调螺母可以调节指针高度适应不同大小的孔，满足测量阶梯孔的测量条件。从而有利于阶梯孔圆跳动的检测，拓宽了检测机构的应用范围。
进一步地，所述定位机构包括与内燃机缸体主轴承孔配合的定位套，定位套相对于心轴可拆卸设置，定位套穿过心轴，端部设置台阶以与内燃机主轴承孔配合。
进一步地，所述心轴一端设置旋转拧手，旋转拧手能够与心轴可拆卸连接，且旋转拧手侧部设置紧固拧手以将旋转拧手与心轴紧固连接。
进一步地，所述连接机构包括套于所述定位机构的连接套，连接套端部设置用于与所述检测机构连接的连接件。
进一步地，所述连接套一侧设置开口，且连接套开口侧安装第一螺栓，第一螺栓穿过连接套的端部设置第一紧固拧手，以固定连接套于定位机构，这样连接套相对于心轴可实现旋转，也可以实现移动，有利于操作人员在检测时操作的便捷。
进一步地，所述连接套端部设置凸边，凸边通过第二螺栓与所述的连接件连接，所述第二螺栓穿过凸边端部设置第二紧固拧手，凸边包括两个，两个间隔设定距离设置，连接件下段设于两凸边之间且通过第二螺栓实现凸边与连接件的紧固连接。
进一步地，所述连接件顶部设置用于与所述支撑螺栓端部连接的螺纹孔，连接件上段尺寸大于下段尺寸以方便连接件与连接套的连接。
为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测方法，采用所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具。
一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测方法，包括如下步骤：
1)将定位机构穿过内燃机缸体主轴承孔设置，并将内燃机缸体两侧的主轴承孔封闭；
2)将检测机构通过连接机构附设于定位机构，保证检测机构在检测的过程中是以两轴承孔的统一基准为旋转中心的；
3)通过连接机构带动检测机构到合适位置，调整百分表位置与内燃机缸体主轴承孔接触，紧固连接机构，转动定位机构使百分表的测量头与缸体主轴承孔接触旋转一周，读出百分表的数值变化就是内燃机缸体主轴承孔的圆跳动值；
4)调整连接套的方向，重复步骤3)进行另一侧主轴承孔圆跳动值的测量。
此外，可将心轴穿过多个内燃机缸体设置，心轴与内燃机缸体之间均设置定位机构，定位机构为定位套，用于定位某一主轴承孔作为基准，这样在每个内燃机缸体内均设置一个或两个检测机构(两个检测机构的百分表设置方向相反)，同时，可实现多个内燃机主轴承孔的圆跳动检测，有效提高测量效率。
左端定位套是通孔，右端定位套是盲孔设置，为了防止在检测时，操作人员旋转中心轴时使轴产生轴向位移(百分表指针偏移，测量位置变化，产生误差)，必须限制中心轴的轴向移动自由度，故使右端定位套是盲孔，操作人员测量时，旋转的同时向右发力，右端定位套卡住，可限制中心轴的轴向位移。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明装置结构简单，实用性强，结构简单，体积较小，适用多种型号的缸体。
2)本发明通过三个模块的设置，方便连接，方便维护和安装，缩短加工周期，对于多缸缸体的主轴承孔圆跳动测量，可利用一个定位机构，同时安装多个连接机构，这样在测量不同的孔时可直接拆卸更换检测机构，大大缩短辅助时间，对于大批量检测来说，可以很大程度上节约时间成本。
3)本发明扩展了检测机构的功能和适用范围，将连接机构设计成既可以沿着心轴移动也可围绕心轴旋转，有利于操作人员在检测时操作的便捷。
4)本发明装置不同于现有的内径圆跳动检具，不仅能检测普通内孔圆跳动，还能检测多孔的圆跳动。检测时通过定位套的设置形成止动结构，防止心轴有轴向位移，保证检测位置恒定。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具总体结构示意图；
图2为连接机构结构示意图；
图3为检测机构结构示意图；
图4为左端定位机构结构示意图；
图5为右端定位机构结构示意图；
图6为检测机构与连接机构装配剖面示意图；
图7(a)为右端定位套剖面示意图；
图7(b)为左端定位套剖面示意图；
图8为连接机构中连接件剖面示意图；
图9(a)为连接套的侧视图；
图9(b)为连接套的主剖视图；
图9(c)为连接套的俯视图；
图10为连接机构与检测机构爆炸图；
图11为检具误差分析简化模型图；
其中：1-旋转拧手、2-紧固拧手、3-检测机构、4-连接机构、5-旋转角度标记、6-心轴、7-内燃机缸体。
Ⅰ-1-连接件、Ⅰ-2-第二紧固拧手、Ⅰ-3-连接套、Ⅰ-4-第一紧固拧手、Ⅰ-5-第一螺栓、Ⅰ-6-第二螺栓。
Ⅱ-1-支撑螺栓、Ⅱ-2-微调螺母、Ⅱ-3-百分表、Ⅱ-4-垫片、Ⅱ-5-微调弹簧、Ⅱ-6-粗调螺母。
Ⅲ-1-缸体左端主轴承孔、Ⅲ-2-心轴左端、Ⅲ-3-左端定位套、A-第一定位基准、B-第二定位基准。
Ⅳ-1-缸体右端主轴承孔、Ⅳ-2-右端定位套、Ⅳ-3-心轴右端。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，包括连接机构4、检测机构3和定位机构。定位机构包括心轴6，心轴6的左端通过左端定位套Ⅲ-3与内燃机缸体7的左端主轴承孔配合定位，通过右端定位套Ⅳ-2与内燃机缸体8的右端主轴承孔配合定位。连接机构4直接套于心轴6设置，可围绕心轴6旋转或者移动来调节位置；检测机构3连接于连接机构4，通过连接机构4依附在心轴6，这样能通过连接机构4带动检测机构3在心轴6移动或者旋转。该检具装备结构简单，功能全面，适用范围广。
如图2所示，为连接机构结构示意图，连接机构4通过连接套Ⅰ-3与心轴6配合，采用柱面配合，配合面积大，保证连接刚度。连接套Ⅰ-3与心轴6的配合通过第一螺栓Ⅰ-5和第一紧固拧手Ⅰ-4来控制，旋转第一紧固拧手Ⅰ-4就能控制两者配合的紧松，需要固定位置时，旋紧第一紧固拧手Ⅰ-4即可。连接套Ⅰ-3上端是与检测机构连接的连接件Ⅰ-1，连接件Ⅰ-1通过第二螺栓Ⅰ-6和第二紧固拧手Ⅰ-2安装在连接套Ⅰ-3，松开第二紧固拧手Ⅰ-2，连接件Ⅰ-1就可以围绕第二螺栓Ⅰ-6旋转，拧紧第二紧固拧手Ⅰ-2，连接件Ⅰ-1就能固定。
而且，在连接套凸边侧部设置旋转角度标记5，以确定连接件也就是检测机构的旋转角度，连接套安装后可以旋转，以此带动测量机构旋转，这样可以测量锥孔的圆跳动。如果锥孔的锥度已知，那么需要检测机构的旋转角度已知，角度标记就是均分360°，在旋转操作的时候能精确旋转到所需要的角度。
如图3所示为检测机构结构示意图，检测机构整体呈上下分布，最下端是连接机构上端的连接件Ⅰ-1。检测机构整体通过支撑螺栓Ⅱ-1设置，从下到上，首先是粗调螺母Ⅱ-6，能够实现百分表Ⅱ-3的快速定位，再者是微调弹簧Ⅱ-5，微调弹簧Ⅱ-5上下均设置垫片Ⅱ-4，微调弹簧Ⅱ-5上面是百分表Ⅱ-3，百分表Ⅱ-3上面是微调螺母Ⅱ-2。微调弹簧Ⅱ-5的弹性模量很大，微调螺母Ⅱ-2与微调弹簧Ⅱ-5配合实现微调的作用。安装后，先通过粗调螺母Ⅱ-6快速定位好百分表Ⅱ-3的位置，一般百分表Ⅱ-3的指针稍高于所测孔的内壁，接着通过旋转微调螺母Ⅱ-2来微调百分表Ⅱ-3的位置使其指针与所测孔内壁对齐，这时微调弹簧Ⅱ-5就有一定的压缩量，百分表Ⅱ-3在检测的过程中一直会受微调弹簧Ⅱ-5的弹力作用，其指针会一直紧贴所测孔内壁，保证检测的准确性。
如图1、图4和图5所示，为心轴两端的定位机构，定位机构主要通过左端定位套Ⅲ-3安装在缸体左端主轴承孔Ⅲ-1、右端定位套Ⅳ-2安装在缸体右端主轴承孔Ⅳ-1，心轴左端Ⅲ-2与左端定位套Ⅲ-3配合、心轴右端Ⅳ-3与右端定位套Ⅳ-2配合来实现检具的整体定位。其中，A为第一定位基准，B为第二定位基准，第一定位基准精度高，面积大，定位准确，第二定位基准一般可以用来作辅助定位，缸体主轴承孔加工精度高，选作第一定位基准可以保证中心轴与孔的同心，保证统一基准的准确性；缸体侧面相对精度较低，选作第二定位基准，可以保证中心轴与缸体侧面的垂直度。两端定位套的主要作用就是定心，保证检测机构在旋转的过程中始终与缸体主轴承孔轴线重合，右端定位套Ⅳ-2除了有定心作用之外，还有止动作用，限制心轴的轴向运动，保证检测时不会发生轴线窜动，造成测量误差。
此外，本发明提出的检测检具不仅能用于检测单轴承孔的圆跳动，还可用于检测同轴断续多孔、阶梯孔的圆跳动，还可用于同轴度的检测，检具检测的圆跳动不是单孔相对于该孔轴的圆跳动，而是处于中间的某个孔相对于一个统一基准的圆跳动，这个统一基准是所测孔两边的孔来确定的，就是通过两端的定位套定位来确定的。
比如说，缸体的主轴承孔，是同轴的断续孔(假设孔为1-2-3-4-5)，因为有些加工要求需要限定孔2相对于孔1和孔3两孔统一基准的圆跳动，这时需要把定位套安装在孔1和孔3上，百分表测量孔2即可。
针对阶梯孔的圆跳动，假如上述的5个孔直径递增或没有规律的变化，只需要相应改变两个定位套的大小即可。
测同轴度：与测量圆跳动类似，只是两个定位套安装在一个孔的两端，此时中心轴会有一部分在左端定位套的外边，百分表安装在两定位套外的中心轴上，测量操作与圆跳动相同。
误差分析计算
在检测过程中，还会存在定位误差，它是指工件定位不准确而带来的误差，引起定位误差的原因是多方面的：如定位基准与设计基准不重合，定位基面与定位元件之间的摩擦、定位基面本身存在的形状误差等均会使工件的位置变异，而造成各种类型的定位误差。本发明中存在的定位误差是心轴6与左端定位套Ⅲ-3和右端定位套Ⅳ-2间隙配合导致的，由于检测时心轴需要旋转，故需要极小间隙的间隙配合，但有间隙就会发生定位误差，如图11所示，本发明可简化模型为心轴6左右两端各有一个支点O1和O2，在两个支点处产生的定位误差δ1、δ2是相等的，
均为：δ1＝δ2＝Δ+Th+Ts
式中：Δ为最小间隙，Th为孔的公差，Ts为轴的公差。
由于两端间隙的产生会使心轴6产生转角误差，根据简化模型可得心轴与缸体主轴承孔统一基准的转角误差为：
式中L是两端定位孔的距离、Th1为第一个定位中孔的公差、Th2为第二个定位中孔的公差、Ts1为第一个定位中心轴的公差、Ts2为第二个定位中心轴的公差。由上式可知，L最小时，角度偏差最大，故只需分析L最小的情况即可。
测量的圆跳动值x测与真实的圆跳动值x真的关系根据图11的几何关系可知：
根据上式可知，在任意的检测场合都可以计算出本发明的测量误差，只要在误差允许的范围内就能保证检测质量。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，包括：
穿过内燃机缸体主轴承孔的心轴；
定位机构，设于心轴两端与主轴承孔配合以确定心轴的安装位置；
用于进行圆跳动检测的检测机构，通过连接机构安装于定位机构，检测机构包括与连接机构连接的支撑螺栓，支撑螺栓套设与支撑螺栓相交的百分表。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述支撑螺栓在所述百分表的两侧设置微调螺母和粗调螺母，在粗调螺母与百分表之间安装有弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述定位机构包括与内燃机缸体主轴承孔配合的定位套。
4.根据权利要求3所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述心轴一端设置旋转拧手，旋转拧手能够与心轴可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述连接机构包括套于所述定位机构的连接套，连接套端部设置用于与所述检测机构连接的连接件。
6.根据权利要求5所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述连接套一侧设置开口，且连接套开口侧安装第一螺栓，第一螺栓穿过连接套的端部设置第一紧固拧手，以固定连接套于定位机构。
7.根据权利要求5所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述连接套端部设置凸边，凸边通过第二螺栓与所述的连接件连接，所述第二螺栓穿过凸边端部设置第二紧固拧手。
8.根据权利要求5所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具，其特征在于，所述连接件顶部设置用于与所述支撑螺栓端部连接的螺纹孔。
9.一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具。
10.根据权利要求9所述的一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将定位机构穿过内燃机缸体主轴承孔设置，并将内燃机缸体两侧的主轴承孔封闭；
2)将检测机构通过连接机构附设于定位机构，保证检测机构在检测的过程中是以两轴承孔的统一基准为旋转中心的；
3)通过连接机构带动检测机构到合适位置，调整百分表位置与内燃机缸体主轴承孔接触，紧固连接机构，转动定位机构使百分表的测量头与缸体主轴承孔接触旋转一周，读出百分表的数值变化就是内燃机缸体主轴承孔的圆跳动值；
4)调整连接套的方向，重复步骤3)进行另一侧主轴承孔圆跳动值的测量。
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| CN201811251145.3A CN109282721A (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 一种内燃机缸体主轴承孔圆跳动检测检具及方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111735363A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-02 | 合肥江淮铸造有限责任公司 | 一种缸体专用检具 |
| CN117739777A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 成都航利航空科技有限责任公司 | 一种航空发动机蜂窝组合件快速测量装置及其测量方法 |
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