CN113108722B - 一种发动机前端轮系共面性检测装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机前端轮系共面性检测装置包括两组限位支座单元、两个安装轴以及共面性校正仪，限位支座底部安装在楔轮的槽内；安装轴穿过两个限位支座的定位孔，保证楔轮中心面定位的准确性；激光发射器和接收器通过螺栓连接分别安装在两个轴的圆形截面处，相互对准，可手动调节。本发明由至少两个楔槽来定位楔轮的中心面，提高了共面性检测的准确性；对于齿形不同直径相同的楔轮也可进行测量；共面性矫正仪在楔轮外侧，不会被带挡住，因此测量时不用卸下皮带；限位支座轻薄、易加工，对于不同轮系不同楔形截面的轮间共面性的检测，只需要换一种限位支座即可完成测量，此装置减少了工装的制造时间和成本，具有较高的检测效率和精度。

Description

一种发动机前端轮系共面性检测装置及校准方法

技术领域

本发明设计汽车零部件检测技术领域，特别涉及一种发动机前端轮系共面性检测装置及校准方法。

背景技术

随着汽车领域技术的不断发展，发动机前端附件系统结构越来越紧凑。发动机前端附件轮系的布置对发动机将曲轴的动力传递到风扇、空调压缩机、发电机、水泵和动力转向泵等附件有很大的影响，同时也会影响到汽车的振动，噪声和声振粗糙感特性。在装配汽车动力总成时，需要对发动机前端轮系的共面性进行检查以保证带轮之间的平行度。共面性不达标时，多楔带在轮系运行过程中容易发生偏移，与带轮的一侧槽边摩擦造成偏磨，当速度增大时，甚至会出现断裂等现象，大大缩短了皮带的使用寿命，同时还可能会造成轮系异响。

在专利CN202885779U(授权于2013年04月17日)中，描述了一种发动机轮系非楔度测量工具。专利中采用激光测试座将激光发生装置产生的激光投射在标准尺座上的刻度牌上，用于测量轮系之间的非对楔度。该方法的共面性检测工具结构简单、制造成本低并且安装方便，但该专利中没有考虑到实际前端轮系中多楔带和轮会挡住激光的问题，一些皮带的包角下，激光测试座难以安装固定在楔轮上，同时，卸下皮带后测量的共面性会有较大误差。

在专利CN208765682U(公布于2019年04月19日)中，公开了一种发动机轮副共面检测装置，专利中用激光作为检测手段，采用了圆弧状齿形底座的工装安装激光发射器和激光接收器，用于测量轮系间的共面度。该方法楔轮的中心面的定位比较精确，检测效率高，但该专利中激光发射器和激光接收器通过螺栓固定在工装上，而激光发射器和激光接收器以及工装的质量对实际轮系的共面性有较大影响，工装难以固定在楔轮上，实际前端轮系中多楔带也会挡住激光发射器和激光接收器之间的激光传输，对不同的轮径和包角的楔轮都需要重新制造工装，其结构比较复杂，工装加工时间长，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种发动机前端轮系共面性检测装置，所述的装置结构简单，使用方便，降低了制造成本，提高检测效率同时提高检测精度，可以用于发动机流水线大批量生产中前端轮系的共面性检测和轮系故障诊断中共面性影响的分析，适合在生产和诊断现场使用。

本发明提供的的一种发动机前端轮系共面性检测装置，包括两组限位支座单元、两个安装轴以及共面性校正仪，

每组限位支座单元中均包括至少两个相互平行的限位支座，每个限位支座上均设置有与楔轮上的楔槽相配合的楔形齿，且每组限位支座单元中的不同限位支座与楔轮上的不同楔槽相配合；

共面性校正仪包括激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别通过一所述安装轴分别固定在两组限位支座单元上，且安装时激光发射器和激光接收器可分别相对于所对应的安装轴发生旋转。

上述技术方案中，每个限位支座上均开设有定位孔，每个安装轴依次穿过与之对应设置的限位支座单元中每个限位支座。

上述技术方案中，所述限位支座与所述安装轴间隙配合。

上述技术方案中，每个限位支座均呈弧形状，且其内弧面与楔轮的楔槽相贴合。

上述技术方案中，所述限位支座垂直于楔轮的中心轴线。可保证安装和测量的精度。

上述技术方案中，限位支座截面的楔形与楔轮接合处截面的楔形相同。

上述技术方案中，两组限位支座单元分别设置在两个楔轮上，且两个楔轮上与两组限位支座单元配合的楔槽一一对应。

上述技术方案中，所述安装轴垂直于所述限位支座单元。本发明是将共面性转化到两个安装轴上进行检测的，如果安装或制造误差较大，安装轴不垂直，则会引起较大的误差。

上述技术方案中，所述共面性校正仪，包括激光发射器和激光接收器，有导孔，所述安装轴穿过所述导孔。

上述技术方案中，激光发射器和激光接收器上均设置有导孔和固定孔，安装轴穿过导孔后与限位支座单元连接，激光发射器和激光接收器均分别通过相应的固定孔固定在相应的安装轴上。

上述技术方案中，所述共面性校正仪通过螺栓连接固定在所述安装轴上，可旋转，锁紧螺栓后固定在激光发射器和激光接收器口对准的位置。

上述技术方案中，所述安装轴和所述安装支座将楔轮共面性的测量转化为安装轴的平行度的检测。

本发明还提供一种发动机前端轮系共面性检测校准方法，包括如下步骤：

步骤一、将两组限位支座单元分别置于两个楔轮上，其中，将每组限位支座单元中的至少两个限位支座分别固定在楔轮的不同楔槽上；将两安装轴分别安装在两限位支座单元中，然后分别将激光发射器和激光接收器安装在两安装轴上；然后进行共面性测量；

步骤二、卸下限位支座单元、共面性校正仪和安装轴；

步骤三、以曲轴安装端面为基准面，通过三坐标测量仪的探针测得楔轮的楔槽上多点的坐标，得到楔轮中心面的一般方程：

ax+by+cz+d＝0

得到楔轮中心面的法向量为(a，b，c)，令所有被测楔轮中心面平行于基准面，设定所有轮完全对中的位置为初始位置，用三坐标测量仪测量得到轴线方程，轴线与楔轮中心面的交点即为圆心坐标；

步骤四、由步骤三中可测得各轮平面法向量和轮心坐标，首先确定参考平面内任意一轮的相对圆心O的右手坐标系，该轮在空间内的偏转形式用其法向量表示，令一轮不发生偏转时法向量为N₁(0，0，z_f)，其中z_f≠0。令该法向量与Z轴夹角为α，其投影与X轴正向夹角为β，根据几何关系可得偏转后的轮平面的法向量为：

令该轮的圆心在绝对坐标系中坐标为O(x₀,y₀,z₀)，不发生偏转时的切点在以轮心为原点的相对坐标系中的坐标为P(x′,y′,z′)，可求得偏转后切点的相对坐标：

偏转后的切点在三坐标设定的参考基准下的绝对坐标为：

P(x₀+x′，y₀+y′，z₀+z′)

根据相邻的两个切点各自偏转后的坐标和偏转后轮中心平面的法向量，求得轮间的共面性误差；

步骤五、以步骤四测量和计算出的较为准确的共面性误差作为参考值，对步骤一中共面性检测装置的测量结果进行校准，保证检测装置的准确性和适应性。

与现有技术相比，本发明能够实现的的有益效果至少如下：

1、本发明由至少两个楔槽来定位楔轮的中心面，提高了共面性检测的准确性,同时将楔轮共面性的检测转化为安装轴的平行度的检测，降低了检测的难度；

2、本发明中共面性矫正仪在楔轮外侧，不会被带挡住，因此测量时不用卸下皮带，使共面性测试更加准确和便捷；激光发射和接收器安装和拆卸很方便，可在安装轴上旋转和固定，便于在检测的时候自由调整对准校正仪接收和发射口，检测更加灵活，适用于发动机的生成线和故障诊断现场；

3、本发明同一限位支座能用于不同直径相同的楔形的楔轮，具有一定的适应性，同时限位支座轻薄、易加工，对于不同轮系不同楔形截面的轮间共面性的检测，只需要设计一种限位支座即可完成测量，此装置减少了工装的制造时间和成本，拆装方便，并且具有较高的检测效率和精度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为限位支座的结构示意图。

图3为安装轴的结构示意图。

图4为共面性校正仪的结构示意图。

图5为本发明检测楔轮共面性的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图对本发明技术方案进一步说明，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1所示，本发明提供的一种发动机前端轮系共面性检测装置，包括两组限位支座单元、两个安装轴2以及共面性校正仪。

每组限位支座单元中均包括至少两个相互平行的限位支座1，每个限位支座1上均设置有与楔轮上的楔槽相配合的楔形齿，且每组限位支座单元中的不同限位支座与楔轮上的不同楔槽相配合，限位支座截面的楔形与楔轮接合处截面的楔形相同。检测时，两组限位支座单元分别设置在第一楔轮5和第二楔轮6中的楔槽内，其中一组限位支座单元中的每个限位支座1可拆卸地安装在第一楔轮5上，另一组限位支座单元中的每个限位支座1可拆卸地安装在第二楔轮6上。

在本发明的其中一个实施例中，限位支座均垂直于楔轮的中心轴线。如此设置，可以保证安装和测量的精度。

在本发明的其中一个实施例中，每个限位支座周向上设有与楔轮的楔槽相接合的楔形齿11，楔形齿11的截面形状与所检测的楔轮的楔槽齿形截面相同，对于半径不同，同一齿形的楔轮无需制造新的限位支座，有一定的适应性，降低了工装的制造时间和成本。

在本发明的其中一个实施例中，每个限位支座均呈弧形状，限位支座1底部的内弧面与楔轮楔槽贴合。每个限位支座可以适用于同样楔形但不同轮径的楔轮，限位支座用于不同轮径的楔轮时，底部贴合的位置不一样，但并不影响装置的检测。每个楔轮上至少安装两个限位支座1，相比于设置1个限位支座，至少安装两个限位支座1可以减小单个楔槽引起的误差，另外，通过设置限位支座来固定安装轴2。

在本发明的其中一个实施例中，每组限位支座单元中的限位支座1的个数为2。当然，可以理解的是，在其他的实施例中，可以设置成其他数量，如3个、4个等。但设置成2个是最为适宜的数量，设置太多的话，会对楔轮、安装轴表面加工精度和限位支座的安装精度要求高，而且增加了生产的成本和时间。

测试时将限位支座1分别固定在第一楔轮5和第二楔轮6上的对应的楔槽内，使得定位准确，避免引起误差，以便保证测试的准确性。如图5中，其中一组限位支座单元中的两个限位支座(图中分别用1a和1b标记)分别安装楔轮在两个楔槽(图中分别用5a和5b标记)处，同时，另一组限位支座单元中的两个限位支座(图中分别用1c和1d标记)分别安装在另一楔轮对应的两个楔槽(图中分别用6a和6b标记)处。

在本发明的其中一个实施例中，每个限位支座2上均开设有定位孔，每个楔轮上，两个安装轴2依次穿过与之对应设置的限位支座单元中每个限位支座2。

在本发明的其中一个实施例中，如图3，每个安装轴2均包括安装面和检测面，安装面用于连接限位支座，检测面用于安装共面性校正仪。安装轴2穿过限位支座1的定位孔。限位支座1安装在安装轴2的安装面上，所述安装轴的安装面与定位孔的内壁贴合，并通过激光发射器3和激光接收器4将楔轮中心面的共面性的检测转化为了安装轴之间平行度的检测和矫正，降低了检测的难度，同时也将所述激光发射器和激光接收器的安装位置转移到发动机前端附件轮系的传动中心平面外的地方，避免了多楔带挡住所述测试设备中激光的发射和接收路径，检测更加方便，也避免了卸载皮带后测量的轮间共面度误差较大的现象，提高了检测的准确度。所述限位支座采用了楔槽定位的方式，对楔轮轴向端面无制造精度要求，避免了楔轮两端面平面度误差对轮间共面性检测的影响，同时降低了楔轮制造成本，至少两个楔槽定位的方式减小了单个楔槽定位存在的楔槽磨损和零件变形等影响，提高了发动机前端轮系共面性检测的精确度。

所述限位支座上的定位孔12用于将限位支座连接到安装轴的安装面22上，限位支座可在安装面22上移动调整位置以保证两个限位支座安装在楔轮对应的楔槽上。

在本发明的其中一个实施例中，共面性校正仪包括激光发射器3和激光接收器4，激光发射器3上设置有第一导孔、第一固定孔和激光发射口32，激光接收器4上设置有第二导孔、第二固定孔和激光接收处。激光发射器3和激光接收器4分别穿过第一导孔、第二导孔后与相应的限位支座单元相连。设置导孔的结构设计紧凑，在狭小的空间内也能够使用，单人即可进行操作和较准。所述的装置结构简单，使用方便，降低了制造成本，提高检测效率同时提高检测精度，生产线和诊断现场都能适用。

在本发明的其中一个实施例中，图3里的激光发射器3，其第一导孔31的内壁与在所述安装轴的检测面21贴合。所述激光发射器可在所述安装轴上轴向移动和绕着安装轴的轴线旋转，所述激光发射器外壳上开设有第一固定孔33，当移动和旋转所述激光发射器到检测位置时，如图5中所述激光发射器对准所述激光接收器时，通过所述第一固定孔处螺栓连接将所述激光发射器固定，激光接收器4与所述激光发射器的固定方式相同，不再累述。激光发射和接收器安装和拆卸很方便，可在安装轴上旋转和固定，便于在检测的时候自由调整对准校正仪接收和发射口，检测更加灵活。

本发明还提供了前述检测装置的校准方法。

一种发动机前端轮系共面性检测装置的校准方法，包括以下步骤：

步骤一、将两组限位支座单元分别置于两个楔轮上，其中，将每组限位支座单元中的至少两个限位支座分别固定在楔轮的不同楔槽上，且两个楔轮上固定限位支座的楔槽一一对应；将两安装轴分别安装在两限位支座单元中，然后分别将激光发射器和激光接收器安装在两安装轴上；然后进行共面性测量；

步骤二、卸下限位支座单元、共面性校正仪和安装轴；

步骤三、以曲轴安装端面为基准面，通过三坐标测量仪的探针测得楔轮的楔槽上多点的坐标，在三坐标操作界面除去误差较大的点，得到楔轮中心面的一般方程：

ax+by+cz+d＝0

得到楔轮中心面的法向量为(a，b，c)，令所有被测楔轮的中心面平行于基准面，设定所有轮完全对中的位置为初始位置，用三坐标测量仪测量得到轴线方程，轴线与楔轮中心面的交点即为圆心坐标。

在本发明的其中一个实施例中，在通过三坐标测量仪的探针测得楔轮的楔槽上多点的坐标时，由于楔槽很小，一般是测量同一楔槽上任意的一些点即可；CMM是通过机械臂采集一系列点进行空间面的拟合，而且能够自动筛出误差较大的测试点，精度较高。

步骤四、由步骤三中可测得各轮平面法向量和轮心坐标，首先确定参考平面(三坐标测量仪的基准面是发动机端盖上某个加工面，而这里的参考平面为被测轮上过轮心且与三坐标设备的基准面平行的一个面)内任意一轮的相对圆心O的右手坐标系，该轮在空间内的偏转形式用其法向量表示，令一轮不发生偏转时法向量为N₁(0，0，z_f)，其中z_f≠0(这里N1表示的是轮中心面平行于基准面时，轮的中心面的法向量，因此其x，y坐标为0，z坐标用于表明向量的方向，数值非0即可，对计算和转换过程不影响)，令该法向量与Z轴夹角为α，其投影与X轴正向夹角为β，根据几何关系可得偏转后的轮平面的法向量为：

令该轮的圆心在绝对坐标系中坐标为O(x₀,y₀,z₀)，不发生偏转时的切点在以轮心为原点的相对坐标系中的坐标为P(x′,y′,z′)，可求得偏转后切点的相对坐标：

偏转后的切点在三坐标设定的参考基准下的绝对坐标为：

P(x₀+x′，y₀+y′，z₀+z′)

根据相邻的两个切点各自偏转后的坐标和偏转后轮中心平面的法向量，由几何方法求得轮间的共面性误差；

步骤五、以步骤四测量和计算出的较为准确的共面性误差作为参考值，对步骤一中共面性检测装置的测量结果进行校准。

通过激光发射器和激光接收器可直接测试得到两轴之间的安装误差；由三坐标测量仪测量后计算转化得到了被测两轮中心面的平面方程和法向量，从而计算得到被测轮间的切点坐标，由切点坐标和中心平面的方程可求解空间向量与平面的夹角，得到共面性误差，这种方法较为精确，若传感器测出的误差明显大于检测方法得到的结果，则需要对各个部件的加工精度和安装精度进行检查和重新选择楔槽进行安装，保证检测装置的准确性和适应性。

可以理解的是，上述步骤前的序号只是为了描述方便，不构成对步骤先后顺序的限制。

由本发明的实施例可见，本发明实现了对发动机前端轮系共面性的检测，并且经过以上校准方法对装置尺寸误差造成的测量误差可大大消除，测量精度高，安装方便，可以适用于任意轮径的楔轮的测量。

以上所述结合本发明的具体实施例作了详细描述，但并非是对本发明任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于，所述方法采用发动机前端轮系共面性检测装置进行检测，所述方法包括：

将两组限位支座单元分别置于两个楔轮上，其中，将每组限位支座单元中的至少两个限位支座分别固定在楔轮的不同楔槽上；将两安装轴分别安装在两限位支座单元中，然后分别将激光发射器和激光接收器安装在两安装轴上；然后进行共面性测量；

卸下限位支座单元、共面性校正仪和安装轴；

以曲轴安装端面为基准面，通过三坐标测量仪的探针测得楔轮的楔槽上多点的坐标，得到楔轮中心面的一般方程：

ax+by+cz+d＝0

得到楔轮中心面的法向量为(a，b，c)，令所有被测楔轮中心面平行于基准面，设定所有轮完全对中的位置为初始位置，用三坐标测量仪测量得到轴线方程，轴线与楔轮中心面的交点即为圆心坐标；

测得各轮平面法向量和轮心坐标，确定参考平面内任意一轮的相对圆心O的右手坐标系，该轮在空间内的偏转形式用其法向量表示，令一轮不发生偏转时法向量为N₁(0，0，z_f)，其中z_f≠0，令该法向量与Z轴夹角为α，其投影与X轴正向夹角为β，根据几何关系可得偏转后的轮平面的法向量为：

令该轮的圆心在绝对坐标系中坐标为O(x₀,y₀,z₀)，不发生偏转时的切点在以轮心为原点的相对坐标系中的坐标为P(x′,y′,z′)，可求得偏转后切点的相对坐标：

偏转后的切点在三坐标设定的参考基准下的绝对坐标为：

P(x₀+x′，y₀+y′，z₀+z′)

根据相邻的两个切点各自偏转后的坐标和偏转后轮中心平面的法向量，求得轮间的共面性误差；

以共面性误差作为参考值，对共面性检测装置的测量结果进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于，其所采用的共面性检测装置包括两组限位支座单元、两个安装轴以及共面性校正仪，

每组限位支座单元中均包括至少两个相互平行的限位支座，每个限位支座上均设置有与楔轮上的楔槽相配合的楔形齿，且每组限位支座单元中的不同限位支座与楔轮上的不同楔槽相配合；

共面性校正仪包括激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别通过一所述安装轴分别固定在两组限位支座单元上，且安装时激光发射器和激光接收器可分别相对于所对应的安装轴发生旋转。

3.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，每个限位支座上均开设有定位孔，每个安装轴依次穿过与之对应设置的限位支座单元中每个限位支座。

4.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，每个限位支座均呈弧形状，且其内弧面与楔轮的楔槽相贴合。

5.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，限位支座截面的楔形与楔轮接合处截面的楔形相同。

6.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，两组限位支座单元分别设置在两个楔轮上，且两个楔轮上与两组限位支座单元配合的楔槽一一对应。

7.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，每个安装轴均包括安装面和检测面，安装面用于连接限位支座，检测面用于安装共面性校正仪。

8.根据权利要求2所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述装置中，所述安装轴垂直于所述限位支座单元。

9.根据权利要求2-8任一所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：激光发射器和激光接收器上均设置有导孔和固定孔，安装轴穿过导孔后与限位支座单元连接，激光发射器和激光接收器均分别通过相应的固定孔固定在相应的安装轴上。

10.根据权利要求9所述的一种发动机前端轮系共面性检测方法，其特征在于：所述共面性校正仪底部通过安装孔和螺栓连接固定在所述安装轴上。

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