CN117109478B - 一种曲轴相对转角智能测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲轴相对转角智能测量方法，采用发动机传动反向工作原理，将曲轴安装于检测平台上，检测平台上设置有驱动电机及缸筒组；缸筒组中设置有活塞，活塞通过连杆连接于曲轴的曲颈上，驱动电机驱动曲轴转动过程中，连杆带动其上设置的激光发射管在垂直平面内做圆摆运动，通过监测某一时刻相邻两相连杆上的激光发射管的位置，即可等效换算出相邻曲颈间相对转角的数值。本发明利用反向工作原理很好地解决了相邻曲颈间相对转角测量的难题，具有精度高、可靠性好、实用性强、安全性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及测试测量技术领域，具体涉及一种曲轴相对转角智能测量方法及装置。
背景技术
曲轴广泛应用于内燃机、柴油机、涡轮增压器、压缩机、模切机等机械设备中，在机械制造领域中,曲轴的应用也非常广泛，如用于生产制造船舶、飞机、火车等交通工具,以及重型机器设备、农机等领域，此外,曲轴还被广泛应用于石油、化工、电力等工业领域，以满足各种复杂的生产制造需求。曲轴作为重要的动力传递部件，其加工精度要求高，工况复杂，承受载荷波动大，其中以曲轴的轴颈处最为关键，要求工作均匀、平衡性好。
曲轴作为机械设备的关键零部件，工作过程是周期性的间歇运动，因此曲轴的曲颈之间必须保持一定的相对旋转角度，这种相对旋转角度加工精度要求高，细微的偏差就可能导致曲轴或损坏的设备，从而影响整个设备的性能和寿命，如在MY1500型模切机中的曲轴相对旋转角度为175度，角度偏差过大后必然引起刀具卡滞或安全事故。因此，曲轴零部件不但是出厂时需要对其进行检测，在生产中更需要定期对某些特殊的曲轴进行全面的检查和维护。这包括对曲轴的外观、尺寸和几何形状进行仔细检查，以及对曲轴的相对旋转角度进行精确测量（如模切机中要求工作一定时间对曲轴旋转角及其磨损情况进行检测，如果发现任何问题或异常情况，必须立即采取措施予以修复或更换）。传统曲轴相对转角的检测往往借助工装、采用人工测量方法进行，主要存在以下问题：一是，曲轴的形状复杂加之偏心角要求精度高，人工检测偏心角难度大；二是，由于曲轴的间歇性受力，致使其在使用中产生的磨损、变形并非均布于曲轴零件，而是具有较大离散性，加之曲轴结构复杂，单纯从曲轴测量出的某一点或某个部位的尺寸变化，并不能代表曲轴在组装后工作中表现出来的真实状况；三是，曲轴形状复杂，检测工装与量具结合往往造成误差的累积，造成测量误差大。
申请号为CN201820782777.1，名称为“曲轴偏心角度测量仪”，公开并提供了一种结构简单、通用性高和测试效率高的曲轴偏心角度测量仪。其采用的技术方案包括横向设置的曲轴放置座、斜向设置在所述曲轴放置座的左前方的杠杆表固定座和设置在所述杠杆表固定座上的杠杆百分表，产品曲轴放置在所述曲轴放置座上，所述杠杆百分表的触头与所述产品曲轴的中心轴相配合。该专利借助工装与百分表配合可便于曲轴的测量，设置的辅助放置座可用于提供多一个用于临时放置待测产品曲轴，可以有效提高检测效率，但其对于上述提到的问题仍没有得到有效解决。
发明内容
本发明用于克服已有技术之缺陷、提供一种曲轴相对转角智能测量方法及装置，它能够解决曲轴曲颈相对转角的快速、精准检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种曲轴相对转角智能测量方法，采用发动机传动反向工作原理，将曲轴安装于检测平台上，检测平台上设置有驱动电机及缸筒组，曲轴由驱动电机驱动。
缸筒组中的第一缸筒、第二缸筒内分别设置有与其相匹配的第一活塞、第二活塞；第一活塞与第一连杆的一端相铰接，第一连杆的另一端铰接于曲轴的第一曲颈上；第二活塞采用与第一活塞相同的连接方式连接于第二曲颈上。
在第一连杆上设置有第一激光发射管，曲轴上可活动地安装有靶板，靶板上设置有激光感光纸，第一活塞的顶部设置有第一激光位移传感器。
在第二连杆上设置有第二激光发射管，第二活塞的顶部设置有第二激光位移传感器。
设置CPU及控制电路，第一激光位移传感器的输出端接CPU的一个输入端，CPU的其中两个输出端分别连接控制第一激光发射管及第二激光发射管。
驱动电机驱动曲轴旋转时，第一活塞沿第一缸筒做往复运动，第一激光位移传感器检测到第一活塞至第一缸筒底部的距离在实时变化，并将这一距离数值传送至CPU；当CPU接收的第一激光位移传感器输出的距离数值达到最小时，控制第一激光发射管及第二激光发射管启动，照向靶板上的激光感光纸；根据激光感光纸上照射点产生的光斑位置，可推算出第一曲颈与第二曲颈间相对转角的数值；运用相同的方法，可测量出任意相邻曲颈间相对转角的数值。
上述曲轴相对转角智能测量方法，所述激光感光纸为圆形，推算曲轴相邻两个曲颈间相对转角的算法为：第一激光发射管与第二激光发射管的光斑分别为A点与B点，通过A点做垂线OA，连接AB，AB与OA间的夹角为Φ，则所述相对转角θ=（180。-δ），即θ=（180。-2Φ）。
上述曲轴相对转角智能测量方法，在曲轴连续转动过程中，第一激光发射管与第二激光发射管多次照射激光感光纸，形成的所述A点、B点为多个离散点，将所述多个离散的A点进行圆拟合后形成圆的圆心为A′点，用同样的方法对B点进行圆拟合后形成圆的圆心为B′点，然后根据A′点与B′点进行推算相对转角θ′。
上述曲轴相对转角智能测量方法，所述圆拟合可采用加权平均法进行拟合，设S为所有相邻两点之间的距离之和，在众多A点中的任意一点Ai的坐标为（xi，yi），其与相邻两点之间的距离之和为Si，在计算圆心坐标时，Ai点和Ai点到圆心距离的权数为Si/（2*S），从而计算圆心坐标为（∑xi Si/（2*S），∑yi Si/（2*S））。
一种实现上述曲轴相对转角智能测量方法的装置，包括检测平台，其上设置有驱动电机及缸筒组，曲轴由驱动电机驱动，二者之间通过联轴器相连接；缸筒组中的第一缸筒、第二缸筒内分别设置有与其相匹配的第一活塞、第二活塞；第一活塞与第一连杆的一端相铰接，第一连杆的另一端铰接于曲轴的第一曲颈上；第二活塞采用与第一活塞相同的连接方式连接于第二曲颈上；
在第一连杆上设置有第一激光发射管，曲轴上可活动地安装有靶板，靶板上设置有激光感光纸，第一活塞的顶部设置有第一激光位移传感器；
在第二连杆上设置有第二激光发射管，第二活塞的顶部设置有第二激光位移传感器；
设置CPU及控制电路，第一激光位移传感器的输出端接CPU的一个输入端，CPU的其中两个输出端分别连接控制第一激光发射管及第二激光发射管；当CPU接收到第一激光位移传感器输出的数值达到最小时，控制第一激光发射管及第二激光发射管启动，照向靶板上的激光感光纸。
上述曲轴相对转角智能测量装置，在联轴器与驱动电机之间增设减速器。
有益效果
本发明较之现有技术，具有以下优点：一是，采用发动机传动反向工作原理，由驱动电机驱动曲轴转动，从而带动第一连杆、第二连杆运动，第一连杆上的第一激光发射管与第二连杆上的第二激光发射管照向靶板的光斑做圆形摆动，理想状态下两个光斑在摆动过程中，其间弧形的弧度保持不变；当曲轴产生磨损或变形后，两个光斑间弧形的弧度发生变化，通过测量光斑间弧形的弧度即可推算出曲轴的相对转角，这种在零部件组合状态下测量出的相对转角变化，代表了曲轴的真实工作状态。二是，曲轴在旋转过程中，第一连杆带动第一活塞做往复运动，由CPU及控制电路控制活塞至最高点时，同时启动第一激光发射管及第二激光发射管照向靶板，如此，经多次照射，在激光感光纸上的光斑为多个离散的点，将所述多个离散点进行圆拟合后的圆心点做为推算曲轴相对转角的真实光斑点，增加了测量的准确度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明控制电路示意图；
图3是本发明检测状态下激光照射光斑示意图；
图4是本发明检测状态下又一激光照射光斑示意图；
图5是本发明理想状态下激光照射光斑示意图；
图中各标号分别表示为：
1、曲轴，2、检测平台，3、联轴器，4、驱动电机，5、缸筒组，6-1、第一活塞，6-2、第二活塞，7-1、第一连杆，7-2、第二连杆，8-1、第一激光发射管，8-2、第二激光发射管，9、靶板，9-1、激光感光纸，10-1、第一激光位移传感器，10-2、第二激光位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
参照图1-5，一种曲轴相对转角智能测量方法，采用发动机传动反向工作原理，将曲轴1安装于检测平台2上，检测平台2上设置有驱动电机4及缸筒组5，曲轴1由驱动电机4驱动，二者之间通过联轴器3相连接。
缸筒组5中的第一缸筒5-1、第二缸筒5-2内分别设置有与其相匹配的第一活塞6-1、第二活塞6-2；第一活塞6-1与第一连杆7-1的一端相铰接，第一连杆7-1的另一端铰接于曲轴1的第一曲颈1-1上；第二活塞6-2采用与第一活塞6-1相同的连接方式连接于第二曲颈1-2上。
在第一连杆7-1上设置有第一激光发射管8-1，曲轴1上可活动地安装有靶板9，靶板9上设置有激光感光纸9-1，第一活塞6-1的顶部设置有第一激光位移传感器10-1。
在第二连杆7-2上设置有第二激光发射管8-2，第二活塞6-2的顶部设置有第二激光位移传感器10-2，第二激光发射管8-2在第二连杆7-2上的位置与第一激光发射管8-1在第一连杆7-1上的位置相同。
设置CPU及控制电路，第一激光位移传感器10-1的输出端接CPU的一个输入端，CPU的其中两个输出端分别连接控制第一激光发射管8-1及第二激光发射管8-2。
驱动电机4驱动曲轴1旋转时，第一活塞6-1沿第一缸筒5-1做往复运动，第一激光位移传感器10-1检测到第一活塞6-1至第一缸筒5-1底部的距离在实时变化；当CPU检测到第一激光位移传感器10-1输出的数值达到最小时，控制第一激光发射管8-1及第二激光发射管8-2启动，照向靶板9上的激光感光纸9-1；根据激光感光纸9-1上照射点产生的光斑位置，可推算出第一曲颈1-1与第二曲颈1-2间相对转角的数值。
在其他缸筒内设置同上述装置相同的活塞、连杆、激光发射管及激光位移传感器，运用同上述方法相同的方法，可测量出任意相邻曲颈间相对转角的数值。
所述激光感光纸9-1为圆形，推算曲轴相邻两个曲颈间相对转角的算法为：第一激光发射管8-1与第二激光发射管8-2的光斑分别为A点与B点，通过A点做垂线OA，连接AB，AB与OA间的夹角为Φ，则所述相对转角θ=180。-δ，即θ=180。-2Φ。在此，用到等弧所对的圆周角是圆心角的1/2，从图3中即可看出，δ=2Φ，θ=180。-δ。
实际检测中，多数情况是曲轴1连续转动，在曲轴1连续转动过程中，第一激光发射管8-1与第二激光发射管8-2多次照射激光感光纸9-1，形成的所述A点、B点为多个离散点，见图4，将所述多个离散的A点进行圆拟合后形成圆的圆心为A′点，用同样的方法对B点进行圆拟合后形成圆的圆心为B′点，然后根据A′点与B′点进行推算相对转角θ，具体推算方法为：通过A′点做垂线O′ A′，连接A′B′，A′B′与O′A′间的夹角为Φ′，则所述相对转角θ′=180。-δ′，即θ′=180。-2Φ′。
所述圆拟合可采用加权平均法进行拟合，设S为所有相邻两点之间的距离之和，在众多A点中的任意一点Ai的坐标为xi，yi，其与相邻两点之间的距离之和为Si，在计算圆心坐标时，Ai点和Ai点到圆心距离的权数为Si/2*S，从而计算圆心坐标为∑xi Si/2*S，∑yi Si/2*S。
所述圆拟合还可采用最小二乘法进行拟合，具体拟合的原理是找到一个圆，使得这个圆与离散的数据点的距离之和最小，如拟合成的圆的圆心坐标为（x0 ，y0），半径为r，则根据欧几里得定理，任意点（xi ，yi）距圆心的距离d与坐标间关系为d2=（xi-x0）2+（yi-y0）2。然后，将d2作为目标函数，将x0 、y0、r作为未知数，求解二次方程。
图5是本发明理想状态下激光照射光斑示意图；光斑的理想位置分别为A1与B1点，其圆心为O1，∠A1O1B1=θ1。
Claims (6)
1.一种曲轴相对转角智能测量方法，其特征是，采用发动机传动反向工作原理，将曲轴（1）安装于检测平台（2）上，检测平台（2）上设置有驱动电机（4）及缸筒组（5），曲轴（1）由驱动电机（4）驱动；
缸筒组（5）中的第一缸筒（5-1）、第二缸筒（5-2）内分别设置有与其相匹配的第一活塞（6-1）、第二活塞（6-2）；第一活塞（6-1）与第一连杆（7-1）的一端相铰接，第一连杆（7-1）的另一端铰接于曲轴（1）的第一曲颈（1-1）上；第二活塞（6-2）采用与第一活塞（6-1）相同的连接方式连接于第二曲颈（1-2）上；
在第一连杆（7-1）上设置有第一激光发射管（8-1），曲轴（1）上可活动地安装有靶板（9），靶板（9）上设置有激光感光纸（9-1），第一活塞（6-1）的顶部设置有第一激光位移传感器（10-1）；
在第二连杆（7-2）上设置有第二激光发射管（8-2），第二活塞（6-2）的顶部设置有第二激光位移传感器（10-2）；
设置CPU及控制电路，第一激光位移传感器（10-1）的输出端接CPU的一个输入端，CPU的其中两个输出端分别连接控制第一激光发射管（8-1）及第二激光发射管（8-2）；
驱动电机（4）驱动曲轴（1）旋转时，第一活塞（6-1）沿第一缸筒（5-1）做往复运动，第一激光位移传感器（10-1）检测到第一活塞（6-1）至第一缸筒（5-1）底部的距离在实时变化，并将这一距离数值传送至CPU；当CPU接收的第一激光位移传感器（10-1）输出的距离数值达到最小时，控制第一激光发射管（8-1）及第二激光发射管（8-2）启动，照向靶板（9）上的激光感光纸（9-1）；根据激光感光纸（9-1）上照射点产生的光斑位置，可推算出第一曲颈（1-1）与第二曲颈（1-2）间相对转角的数值；运用相同的方法，可测量出任意相邻曲颈间相对转角的数值。
2.根据权利要求1所述的曲轴相对转角智能测量方法，其特征是，所述激光感光纸（9-1）为圆形，推算曲轴相邻两个曲颈间相对转角的算法为：第一激光发射管（8-1）与第二激光发射管（8-2）的光斑分别为A点与B点，通过A点做垂线OA，连接AB，AB与OA间的夹角为Φ，则所述相对转角θ=（180。-2Φ）。
3.根据权利要求2所述的曲轴相对转角智能测量方法，其特征是，在曲轴（1）连续转动过程中，第一激光发射管（8-1）与第二激光发射管（8-2）多次照射激光感光纸（9-1），形成的所述A点、B点为多个离散点，将所述多个离散的A点进行圆拟合后形成圆的圆心为A′点，用同样的方法对B点进行圆拟合后形成圆的圆心为B′点，然后根据A′点与B′点进行推算相对转角θ。
4.根据权利要求3所述的曲轴相对转角智能测量方法，其特征是，所述圆拟合可采用加权平均法进行拟合，设S为所有相邻两点之间的距离之和，在众多A点中的任意一点Ai的坐标为（xi，yi），其与相邻两点之间的距离之和为Si，从而计算圆心坐标为（∑xi Si/（2*S），∑yi Si/（2*S））。
5.一种实现权利要求1所述曲轴相对转角智能测量方法的装置，其特征是，包括检测平台（2），其上设置有驱动电机（4）及缸筒组（5），曲轴（1）由驱动电机（4）驱动，二者之间通过联轴器（3）相连接；缸筒组（5）中的第一缸筒（5-1）、第二缸筒（5-2）内分别设置有与其相匹配的第一活塞（6-1）、第二活塞（6-2）；第一活塞（6-1）与第一连杆（7-1）的一端相铰接，第一连杆（7-1）的另一端铰接于曲轴（1）的第一曲颈（1-1）上；第二活塞（6-2）采用与第一活塞（6-1）相同的连接方式连接于第二曲颈（1-2）上；
在第一连杆（7-1）上设置有第一激光发射管（8-1），曲轴（1）上可活动地安装有靶板（9），靶板（9）上设置有激光感光纸（9-1），第一活塞（6-1）的顶部设置有第一激光位移传感器（10-1）；
在第二连杆（7-2）上设置有第二激光发射管（8-2），第二活塞（6-2）的顶部设置有第二激光位移传感器（10-2）；
设置CPU及控制电路，第一激光位移传感器（10-1）的输出端接CPU的一个输入端，CPU的其中两个输出端分别连接控制第一激光发射管（8-1）及第二激光发射管（8-2）；当CPU接收到第一激光位移传感器（10-1）输出的数值达到最小时，控制第一激光发射管（8-1）及第二激光发射管（8-2）启动，照向靶板（9）上的激光感光纸（9-1）。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在联轴器（3）与驱动电机（4）之间增设减速器。
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| Title |
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| 曲轴多参数虚拟检测仪的研制;郭晓波, 彭晓南;河南科技大学学报(自然科学版);第24卷(第02期);第34-36页 * |
| 郭晓波,彭晓南.曲轴多参数虚拟检测仪的研制.河南科技大学学报(自然科学版).2003,第24卷(第02期),第34-36页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117109478A (zh) | 2023-11-24 |
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