CN114562969B - 连杆质量分配测量方法及其测量系统和测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于发动机连杆的连杆大头和连杆小头质量分配的测量方法及其测量系统和测量装置，其中，该测量方法用于测量连杆的大孔轴心处的大头重量，和小孔轴心处的小头重量，包括：测量连杆的总重量，以及连杆的连杆小头的小孔轴心和连杆大头的大孔轴心之间的中心距；定位连杆；沿水平横向方向，第一支撑位和第二支撑位的距离为测量间距；测量水平横向方向上，大孔轴心与第一支撑位的间距为第一差值，和/或小孔轴心与第二支撑位的间距为第二差值；以及测量第一支撑位施加于连杆大头的第一支撑力，和/或第二支撑位施加于连杆小头的第二支撑力；计算得出连杆的小孔轴心处的小头重量，和/或计算得出连杆的大孔轴心处的大头重量。

Description

连杆质量分配测量方法及其测量系统和测量装置

技术领域

本申请涉及测量领域，更具体地说，涉及一种用于发动机连杆的连杆大头和连杆小头质量分配的测量方法及其测量系统和测量装置。

背景技术

发动机的连杆用于连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。作为发动机中的重要传动部件，连杆的各部分质量的精度要求较高。

如图1所示，连杆体主要由三部分构成，与活塞销连接的连杆小头12；与曲轴连接的连杆大头11，连接小头与大头的连杆杆身13。发动机运转时，连杆较小端以连杆小头12的小孔轴心C2为中心随同活塞作直线往复运动，较大端以连杆大头11的大孔轴心C1为中心与曲轴的连杆颈一起作回转运动。由于直线往复运动和回转的圆周运动的速度及方向的变化，运动着的连杆将产生惯性力，这两种惯性力与连杆大小端的质量成正比例。因此，连杆的质量的分配是影响发动机工作质量的重要因素。

在实践中，质量是通过测量相关联的重量力来测量的。因此，如图2所示，同一发动机的连杆需要具有相同的总重量P和距离所述大孔轴心C1具有相同第一距离a的重心O。测量连杆的重心O两端的质量分配情况时，可设在连杆水平状态下，大孔轴心C1处的大头重量为P1，小孔轴心C2处的小头重量为P2，小孔轴心C2到重心O的第二距离为b，小孔轴心C2和大孔轴心C1之间的中心距为I。根据上述参数可得：

P1+P2=P;

P2×I=P×a 即 P2=(P×a)÷I；

P1×I=P×b 即 P1=(P×b)÷I。

然而，在实际运作中，连杆的重心位置很难快速准确地找到，从而导致上述第一距离a和第二距离b的数值难以确定，进而难以获得连杆的大头重量P1和小头重量P2。

因此，如何提供一种高效准确的连杆质量分配测量方案成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种用于发动机连杆的连杆大头和连杆小头质量分配的测量方法及其测量系统和测量装置，以实现对发动机连杆的质量分配的测量。

根据本申请，提出了一种连杆质量分配测量方法，其中，该测量方法用于测量所述 连杆的大孔轴心C1处的大头重量P1，和小孔轴心C2处的小头重量P2，包括：测量所述连杆的 总重量P，以及所述连杆的连杆小头的小孔轴心C2和连杆大头的大孔轴心C1之间的中心距 I；定位所述连杆，使得在定位状态下，所述连杆的长度方向沿水平横向方向X延伸，所述连 杆的连杆小头和连杆大头的孔轴线沿竖直方向Z延伸；沿所述水平横向方向X，分别形成在 所述竖直方向Z上支撑于所述连杆大头的第一支撑位和在所述竖直方向Z上支撑于所述连 杆小头的第二支撑位，该第一支撑位和第二支撑位的距离为测量间距L；测量水平横向方向 X上，所述大孔轴心C1与第一支撑位的间距为第一差值Δa，和/或所述小孔轴心C2与第二支 撑位的间距为第二差值Δb；以及测量所述第一支撑位施加于所述连杆大头的第一支撑力 R1，和/或第二支撑位施加于所述连杆小头的第二支撑力R2；根据公式

，计算得出所述连杆的小孔轴心C2处的小头重量P2，和/或根据公 式

，计算得出所述连杆的大孔轴心C1处的大头重量P1。

优选地，该测量方法包括，在所述连杆定位过程中，测量所述连杆的上表面或下表面上的多个点位在所述竖直方向Z上的高度值，用于判断所述连杆是否为水平状态。

优选地，所述第一支撑位和第二支撑位中的至少一者的高度为可调节的。

优选地，在所述连杆定位过程中，使所述第一支撑位靠近所述大孔轴心C1，和/或使所述第二支撑位靠近所述小孔轴心C2。

优选地，在水平横向方向X上，所述第一支撑位与定位状态下的所述连杆的大孔轴心C1之间的距离小于等于2μm，和/或所述第二支撑位与定位状态下的所述连杆的小孔轴心C2之间的距离小于等于2μm。

本申请还提供了一种连杆质量分配测量装置，其中，所述测量装置包括：基座；和支撑机构，该支撑机构包括沿水平横向方向X安装于所述基座上的第一支撑件和第二支撑件，该第一支撑件和第二支撑件分别用于在所述水平横向方向X上对连杆的连杆大头和连杆小头形成点支撑；所述第一支撑件和第二支撑件中的至少一者设置有测力单元，该测力单元用于测量所述第一支撑件施加于所述连杆大头的第一支撑力R1，和/或第二支撑件施加于所述连杆小头的第二支撑力R2。

优选地，所述第一支撑件和第二支撑件中的至少一者的支撑高度为可调节的。

优选地，所述测量装置包括限位机构，该限位机构安装于所述基座上，所述限位机构包括：横向限位单元，该横向限位单元用于限定所述连杆在水平横向方向X上的水平位置；和/或纵向限位单元，该纵向限位单元用于限定所述连杆在水平纵向方向Y上的水平位置。

优选地，所述横向限位单元包括在水平横向方向X上可移动的限位件，和用于测量所述限位件移动位置的位移传感器；和/或所述纵向限位单元包括在水平纵向方向Y上可调节止档位置的多个止档件。

本申请还提供了一种连杆质量分配测量系统，其中，该测量系统包括三坐标测量仪和连杆质量分配测量装置，所述连杆质量分配测量装置为如上任意一项所述的连杆质量分配测量装置，该连杆质量分配测量装置设置于所述三坐标测量仪的有效测量空间范围内。

根据本申请的技术方案，在难以确定连杆的重心位置的情况下，能够通过定位状态下对所述连杆的测量，精准得出连杆小头和连杆大头的质量分配情况。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的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方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为连杆的立体图；

图2为连杆的质量分配示意图；

图3为理想情况下的连杆的质量分配测量示意图；

图4为本申请优选实施方式的连杆质量分配测量方法的示意图；

图5为连杆水平方向上的限位单元的示意图；

图6为本申请优选实施方式的连杆质量分配测量装置的侧视图；

图7为连杆质量分配测量装置的立体图。

具体实施方式

连杆作为发动机中的重要传动部件，由于连杆在工作过程中会基于自身重量产生惯性力，因此连杆大头和连杆小头的质量分配情况需要准确把控。本申请提出了一种用于发动机连杆的连杆大头和连杆小头质量分配的测量方法及其测量系统和测量装置，以实现对发动机连杆的质量分配的测量。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

本申请中涉及的“水平横向方向X”、“水平纵向方向Y”和“竖直方向Z”等方位词是以附图中所示的方向进行描述的，其中“竖直方向Z”表示重力方向。可以理解的是，上述方位词的描述是为了清楚表示本申请的技术方案而表示的相对位置关系，承载有本申请技术方案的产品的摆放布置方式可不限于本申请图中所示的方位关系，因此上述方位词不对本申请保护范围构成限制。

如图1所示，发动机运转时，连杆较小端以连杆小头12的小孔轴心C2为中心随同活塞作直线往复运动，较大端以连杆大头11的大孔轴心C1为中心与曲轴的连杆颈一起作回转运动。有鉴于此，根据本申请的连杆质量分配测量方法，如图2所示，通过测量水平状态下的连杆的大孔轴心C1位置的大头重量为P1和小孔轴心C2处的小头重量为P2，以判断连杆大头11和连杆小头12的质量分配情况是否满足工作需求。

理想状态下，如图3所示，连杆为水平状态，图中左侧的支撑结构对准连杆的大孔轴心C1，右侧的测力结构对准连杆的小孔轴心C2。设连杆的总重量为P，连杆的小孔轴心C2处的小头重量为P2，大孔轴心C1到重心O的第一距离为a，测力结构测得的支撑力为R2，此时获得以下等式：

P2=R2；

P×a=P2×I=R2×I。

可以理解的是，上述支撑结构和测力结构交换位置的情况下，设连杆的大孔轴心C1处的大头重量为P1，小孔轴心C2到重心O的第二距离为b，测力结构测得的支撑力为R1，也可以获得以下等式：

P1=R1；

P×b=P1×I=R1×I。

而在实际测量时，由于定位精度和产品表面形状的限制，通常难以实现上述理想状态定位效果。如图4所示，大孔轴心C1与第一支撑位的间距为第一差值Δa，结合理想状态下的上述等式关系推导得出：

R2×L=P(a+Δa)=P×a+P×Δa=P2×I+P×Δa；进而得出：

。

也可通过小孔轴心C2与第二支撑位的间距为第二差值Δb，结合上述理想状态下的等式关系推导得出：

R1×L=P(b+Δb)=P×b+P×Δb=P1×I+P×Δb；进而得出：

。

根据上述公式推导，本申请提供了一种连杆质量分配测量方法，该测量方法用于测量连杆的大孔轴心C1处的大头重量P1，和小孔轴心C2处的小头重量P2。具体地，如图4所示，所述测量方法包括以下主要步骤：

测量连杆参数，测量连杆的总重量P，以及连杆的连杆小头12的小孔轴心C2和连杆大头11的大孔轴心C1之间的中心距I。

定位连杆，使得在定位状态下，连杆的长度方向沿水平横向方向X延伸，连杆的连杆小头12和连杆大头11的孔轴线沿竖直方向Z延伸；沿水平横向方向X，分别形成在竖直方向Z上支撑于连杆大头11的第一支撑位和在竖直方向Z上支撑于连杆小头12的第二支撑位，该第一支撑位和第二支撑位的距离为测量间距L。

完成上述测量准备后，可针对大头重量P1和小头重量P2任意一者或两者完成测量 和计算。具体地，通过测量水平横向方向X上，大孔轴心C1与第一支撑位的间距为第一差值 Δa，以及测量第一支撑位施加于连杆大头11的第一支撑力R1，根据公式

，计算得出连杆的小孔轴心C2处的小头重量P2。还可通过测量水平横 向方向X上，小孔轴心C2与第二支撑位的间距为第二差值Δb，以及测量第二支撑位施加于 连杆小头12的第二支撑力R2，根据公式

，计算得出连杆的大孔轴心C1 处的大头重量P1。

在实际应用本测量方法时，获得大头重量P1和小头重量P2中的一者后，即可根据连杆的总重量P=大头重量P1+小头重量P2，从而得出另一者的数值。在计算前，需要判断在水平横向方向X上相对于连杆的重心O，所述第一支撑位是否远于大孔轴心C1，和/或判断在水平横向方向X上相对于连杆的重心O，所述第二支撑位是否远于小孔轴心C2，从而确定第一差值Δa和/或第二差值Δb是否为正值。也就是说，根据如图4所示的视角中，第一支撑位处于大孔轴心C1的左侧，则第一差值Δa为正值，反之为负值；以及第二支撑位处于小孔轴心C2的右侧，则第二差值Δb为正值，反之为负值。

根据上述连杆质量分配测量方法，测量过程中如连杆的姿态相比水平方向偏差较大，会导致测量结果出现较大误差。优选情况下，在连杆定位过程中，可通过测量连杆的上表面或下表面上的多个点位在竖直方向Z上的高度值，用于判断连杆是否为水平状态。例如，测量连杆上表面的两处精加工面，对比该两处精加工面之间的高度值的差值与标准差值是否存在较大偏差。优选情况下，连杆的长度方向相比于水平面的偏移角度最大不超过2度。另一方面，为了能够适用于不同形状或型号的连杆，上述测量方法中所述的第一支撑位和第二支撑位中的至少一者的高度优选为可调节的，从而结合上述对连杆水平状态的测量，能够实时调整连杆的定位姿态。

在所述水平横向方向X上，第一支撑位和第二支撑位可以分别设置于连杆重心两侧的任意位置。但由于无法准确判断连杆的重心位置，该第一支撑位和第二支撑位应尽量互相远离，以保证连杆的重心O位于所述第一支撑位和第二支撑位之间。优选情况下，在连杆定位过程中，使第一支撑位靠近大孔轴心C1，和/或使第二支撑位靠近小孔轴心C2。其中，当第一支撑位与大孔轴心C1之间的距离足够小的情况下，例如第一差值Δa≤2μm的情况下，

；

或者当第二支撑位与小孔轴心C2之间的距离足够小的情况下，例如第二差值Δb≤2μm的情况下

。

因此根据本申请的测量方法，优选可通过对连杆在水平面上的精确定位，使在水平横向方向X上，第一支撑位与定位状态下的连杆的大孔轴心C1之间的距离小于等于2μm，和/或第二支撑位与定位状态下的连杆的小孔轴心C2之间的距离小于等于2μm，进而能够简化测量步骤，甚至无需测量第一差值Δa或第二差值Δb的具体数值，也能够获取所述连杆的大头重量为P1和小头重量为P2。

根据如上所述的用于发动机连杆的连杆大头和连杆小头质量分配的测量方法，本申请还提供了一种连杆质量分配测量装置。如图6所示，所述测量装置包括基座10和支撑机构20。其中，该支撑机构20包括沿水平横向方向X安装于基座10上的第一支撑件21和第二支撑件22，该第一支撑件21和第二支撑件22分别用于在水平横向方向X上对连杆的连杆大头11和连杆小头12形成点支撑（弧形支撑、锥形支撑或楔形支撑等）。所述第一支撑件21和第二支撑件22中的至少一者设置有测力单元23，该测力单元23用于测量第一支撑件21施加于连杆大头11的第一支撑力R1，和/或第二支撑件22施加于连杆小头12的第二支撑力R2。

上述支撑机构20中，所述第一支撑件21和第二支撑件22在支撑所述连杆的情况下，分别形成前文所述的第一支撑位和第二支撑位。由于需要测量的连杆的大孔轴心C1位置和小孔轴心C2位置处均为孔结构，因此为了使第一支撑位或第二支撑位靠近大孔轴心C1或小孔轴心C2设置，在水平横向方向X上形成点支撑的第一支撑件21和/或第二支撑件22在水平纵向方向Y上优选为线性延伸，例如顶部截面形状为锥形或弧形的板件。测力单元23可以设置在第一支撑件21上和/或第二支撑件22上，或者也可以设置在第一支撑件21和/或第二支撑件22的底部。例如，该测力单元23可以为安装于第一支撑件21和/或第二支撑件22的力传感器，或为在底部承载第一支撑件21和/或第二支撑件22测力秤，优选为测量误差不超过0.01g的精密电子秤。

为了能够适用于不同形状或型号的连杆，该测量装置的第一支撑件21和第二支撑件22中的至少一者的支撑高度优选为可调节的，以能够使不同表面形状的连杆调整为水平定位状态。例如第一支撑件21和第二支撑件22中的至少一者可以为竖直方向Z可移动地安装于基座10上，且设置有可固定其移动位置的紧固件，该可移动的安装方式可以通过螺纹连接或滑动连接等方式实现。另一方面，根据不同型号连杆的长度不同，测量装置的第一支撑件21和第二支撑件22中的至少一者在所述水平横向方向X上的位置优选为可调节的。如基座10上设置有多个沿水平横向方向X分布的用于固定第一支撑件21和/或第二支撑件22的安装位，或者优选情况下第一支撑件21和第二支撑件22中的至少一者沿水平横向方向X可移动地安装（滑轨、导向杆等配合形式）于基座10上，从而能够方便灵活地调整第一支撑件21和第二支撑件22之间的测量间距L。

连杆质量分配的测量装置优选还包括用于约束连杆水平位置的限位机构30。如图5、图6和图7所示，该限位机构30安装于基座10上，限位机构30可包括横向限位单元31和/或纵向限位单元32。其中，该横向限位单元31用于限定连杆在水平横向方向X上的水平位置，在已知连杆尺寸参数的情况下，对所述连杆在水平横向方向X上位置的限定能够方便第一支撑件21或第二支撑件22定位连杆的大孔轴心C1或小孔轴心C2，从而简化测量过程。纵向限位单元32用于限定连杆在水平纵向方向Y上的水平位置，以保证连杆的长度方向尽量沿水平横向方向X布置，以及辅助连杆准确支撑于所述第一支撑件21和第二支撑件22上。

根据上述连杆质量分配测量装置，其中，横向限位单元31优选包括在水平横向方向X上可移动的限位件33，该限位件33可设置于定位状态下的连杆的长度方向的两侧，或优选情况下，仅在其一侧设置有该限位件33。为能够直观观测连杆是否到位，横向限位单元31优选还包括用于测量限位件33移动位置的位移传感器34，设限位件33的初始位置为位移传感器34的零位，连杆定位时，接触到该限位件33时导致限位件33产生的微小位移能够通过位移传感器34即时观测到。另一方面，纵向限位单元32可包括在水平纵向方向Y上可调节止档位置的多个止档件35。如图5和图7所示，该多个止档件35在连杆宽度方向的两侧形成限位止档，以约束连杆在水平纵向方向Y上的偏移。为防止纵向限位单元32对连杆的质量分配测量结果造成影响，由纵向限位单元32所形成的约束区域与连杆之间存在间隙，即在定位状态下多个止档件35与连杆表面不产生作用力。优选情况下，定位状态下的连杆表面与任意止档件35之间存在大于等于0且小于等于1mm的间隙。

基于前文所述的连杆质量分配测量方法及其测量装置，本申请还提供了一种连杆质量分配测量系统，该测量系统包括三坐标测量仪和所述连杆质量分配测量装置。其中，该连杆质量分配测量装置设置于三坐标测量仪的有效测量空间范围内，通过三坐标测量仪能够准确测量所述测量装置的第一支撑件21、第二支撑件22、限位件33以及止档件35等部件在水平横向方向X、水平纵向方向Y和竖直方向Z的相对坐标，从而能够辅助测量装置精确调节各部件位置。另一方面，也可通过该三坐标测量仪实时测量定位状态下的所述连杆的尺寸参数以及定位水平度。根据本申请的连杆质量分配测量系统，利用本申请的连杆质量分配测量方法能够实现对发动机连杆的质量分配情况的高效可靠的测量方案。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.连杆质量分配测量方法，其中，该测量方法用于测量所述连杆的大孔轴心C1处的大头重量P1，和小孔轴心C2处的小头重量P2，包括：

测量所述连杆的总重量P，以及所述连杆的连杆小头（12）的小孔轴心C2和连杆大头（11）的大孔轴心C1之间的中心距I；

定位所述连杆，使得在定位状态下，所述连杆的长度方向沿水平横向方向X延伸，所述连杆的连杆小头（12）和连杆大头（11）的孔轴线沿竖直方向Z延伸；

沿所述水平横向方向X，分别形成在所述竖直方向Z上支撑于所述连杆大头（11）的第一支撑位和在所述竖直方向Z上支撑于所述连杆小头（12）的第二支撑位，该第一支撑位和第二支撑位的距离为测量间距L；

测量水平横向方向X上，所述大孔轴心C1与第一支撑位的间距为第一差值Δa，和/或所述小孔轴心C2与第二支撑位的间距为第二差值Δb；以及

测量所述第一支撑位施加于所述连杆大头（11）的第一支撑力R1，和/或第二支撑位施加于所述连杆小头（12）的第二支撑力R2；

根据公式

，计算得出所述连杆的小孔轴心C2处的小头重量P2， 和/或根据公式

，计算得出所述连杆的大孔轴心C1处的大头重量 P1。

2.根据权利要求1所述的连杆质量分配测量方法，其中，该测量方法包括，在所述连杆定位过程中，测量所述连杆的上表面或下表面上的多个点位在所述竖直方向Z上的高度值，用于判断所述连杆是否为水平状态。

3.根据权利要求2所述的连杆质量分配测量方法，其中，所述第一支撑位和第二支撑位中的至少一者的高度为可调节的。

4.根据权利要求1所述的连杆质量分配测量方法，其中，在所述连杆定位过程中，使所述第一支撑位靠近所述大孔轴心C1，和/或使所述第二支撑位靠近所述小孔轴心C2。

5.根据权利要求4所述的连杆质量分配测量方法，其中，在水平横向方向X上，所述第一支撑位与定位状态下的所述连杆的大孔轴心C1之间的距离小于等于2μm，和/或所述第二支撑位与定位状态下的所述连杆的小孔轴心C2之间的距离小于等于2μm。

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