CN1237326C - 曲轴弯曲变形的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲轴弯曲变形的测量方法，所述方法是：首先以基准轴线为原点建立测量坐标系，原点沿测头方向定义为X轴，并把与X轴垂直的方向定义为Y轴；将曲轴弯曲变形量以一组变形矢量表示，矢径表示主轴颈之轴心偏离基准轴线的距离，相位表示轴心同基准轴线之连线与测量坐标系Y轴的夹角；用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心；然后根据公式计算出矢径与相位值。用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心采用的是平均圆的方法，不会因为个别点波动或表面形状误差造成变形量测量准确度差和重复性不好的情况。这样，通过测得主轴径轮廓各点的极坐标值，就可计算出该主轴的变形矢量，达到测量曲轴弯曲变形的目的。

Description

曲轴弯曲变形的测量方法

技术领域：本发明属于机械检测领域，涉及一种曲轴弯曲变形的测量方法。

背景技术：曲轴在加工过程中会产生不同程度的弯曲变形，测量和减少弯曲变形量是曲轴加工质量控制的一项重要内容。在实际生产中，由于没有合适的测量方法和测量手段，一般是采用替代测量方法，通过测量各主轴径向跳动来描述曲轴弯曲变形状态。而径向跳动不能精确反映曲轴弯曲的方向和弯曲程度，难以给后续的校直工序提供工艺参数。国内汽车内燃机行业曲轴加工工序检测手段较陈旧落后：一方面没有专门测量曲轴弯曲变形的测量设备，另一方面目前常用的取轴径向跳动检测方式也只是采用机械式检具，精度差且效率低。由于曲轴弯曲变形的因素有两点：一是主轴轴线偏离基准轴线即位置误差，二是圆度形状误差。传统的测量方法中，曲轴主轴径的圆度形状误差对其变形方向的确定有着很大的影响。如图1所示，假定被测曲轴主轴径沿X轴(测头方向)偏心a＝0.05mm，主轴半径为R＝40mm，则纯因偏心引起的最大跳动量为0.05mm。由ΔOO′p₁可求出r₁，当φ＝30时，被测值r₁＝40.043mm，即在30度范围内跳动值变化不大于0.007mm。根据产品技术条件，其圆度公差为0.005-0.008mm，也就是说，实际测量中该主轴的最大跳动点可随机分布在±30度范围内。显然，以最大跳动值处取变形方向就有可能偏离实际轮廓中心±30度范围。同样，若偏心为0.03mm时，则因偏心引起的最大跳动点处±40度范围内跳动值变化不大于0.007mm，测得的变形方向就有可能偏离实际方向±40度，所以，这种人工打表方式找最大跳动量及确定变形方向的方法不可能有较高的精度。

发明内容：本发明为了解决曲轴加工过程中弯曲变形量的测量误差大、效率低的问题，提出一种曲轴弯曲变形的测量方法，所述方法是：首先以基准轴线为原点建立测量坐标系，原点沿测头方向定义为X轴，并把与X轴垂直的方向定义为Y轴；将曲轴弯曲变形量以一组变形矢量表示，矢径表示主轴颈之轴心偏离基准轴线的距离，相位表示轴心同基准轴线之连线与测量坐标系Y轴的夹角；用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心；然后根据公式计算出矢径与相位值。。

其具体步骤为：

A、将被测曲轴安置于两个V型支座上，该支座与第一和第七主轴轴径形成基准轴线；

B、曲轴绕基准轴线回转，分度测量被测轴径横截面轮廓的坐标值；

C、采用最小二乘法进行处理，求得轴径横截面轮廓中心的坐标a，b；

D、计算变形量：轴径横截面轮廓中心的坐标到基准轴线的距离即变形矢量E的模e，而其连接线与Y轴形成的夹角即变形矢量的相位角α，计算公式为：

$e=\left|O^{\′}O\right|=\sqrt{a^2+b^2}$

α＝arctg(a/b)

用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心采用的是平均圆的方法，其特点是不会因为个别点波动或表面形状误差造成变形量测量准确度差和重复性不好的情况。这样，通过测得主轴径轮廓各点的极坐标值，就可计算出该主轴的变形矢量，达到测量曲轴弯曲变形的目的。

附图说明：图1是传统测量方法中形状误差对确定方向的影响示意图；

图2是本发明的曲轴变形矢量测量基本原理图。

具体实施方式：为了真实描述曲轴的弯曲变形状态和精确测量其变形量，以一组矢量即变形矢量表示主轴颈轴线偏离基准轴线的距离和方向。通常，变形后各主轴颈轴线仍与基准轴线保持平行，故各主轴径变形矢量可简化为一组平面矢量E，其矢径表示主轴颈之轴心偏离基准轴线的距离，相位表示轴心同基准轴线之连线与测量坐标系Y轴的夹角。曲轴变形矢量测量基本原理如图2所示，将被测曲轴安置于两个V型支座上，该支座与第一和第七主轴轴径形成基准轴线，曲轴绕基准轴线回转，分度测量被测轴径横截面轮廓的坐标值，并采用最小二乘法进行处理，求得轴径横截面轮廓中心的坐标O′，O′到基准轴线O的距离即变形矢量E的模e＝|O′O |，而其连接线与Y轴形成的夹角即变形矢量的相位角α。

图2中，p₁为第I个采样点，O′为最小二乘圆圆心，其坐标为a，b；O为测量回转中心，R为最小二乘圆半径，r₁为p₁点的测量半径，φ为偏心起始角，θ为Op₁与OX轴的夹角。

由ΔOO′p₁可得

式中e＜＜R，且|sin(θ_i-)|≤1，故上式可近似为

ε_i＝r_i-R-ecos(θ_i-)

式中ε_i为p_i点至最小二乘圆的径向距离。

根据最小二乘法原理：为最小，即

因此

$\∂\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ϵ}}_i}^2/\∂R=0$

$\∂\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ϵ}}_i}^2/\∂e=0$

解上列方程组可得a和b，则变形量可由下式求得

α＝arctg(a/b)

用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心采用的是平均圆的方法，其特点是不会因为个别点波动或表面形状误差造成变形量测量准确度差和重复性不好的情况。这样，通过构建合适的测量机构测得主轴径轮廓各点的极坐标值，就可计算出该主轴的变形矢量，达到测量曲轴弯曲变形的目的。根据这一原理，测量机的总体方案是：使曲轴绕基准轴线回转，用电感式位移传感器感受被测曲轴外形轮廓的变化，通过信号调理电路将微弱模拟信号放大后，经多路数据采集卡分时采样量化为数字信号，测量过程和数据处理等由工业控制计算机控制完成。

Claims (2)

1、一种曲轴弯曲变形的测量方法，所述方法是：首先以基准轴线为原点建立测量坐标系，原点沿测头方向定义为X轴，并把与X轴垂直的方向定义为Y轴；将曲轴弯曲变形量以一组变形矢量表示，矢径表示主轴颈之轴心偏离基准轴线的距离，相位表示轴心同基准轴线之连线与测量坐标系Y轴的夹角；用最小二乘法求取被测主轴轮廓中心；然后根据公式计算出矢径与相位值。

2、如权利要求1所述的曲轴弯曲变形的测量方法，其具体步骤为：

A、将被测曲轴安置于两个V型支座上，该支座与第一和第七主轴轴径形成基准轴线；

B、曲轴绕基准轴线回转，分度测量被测轴径横截面轮廓的坐标值；

C、采用最小二乘法进行处理，求得轴径横截面轮廓中心的坐标a，b；

D、计算变形量：轴径横截面轮廓中心的坐标到基准轴线的距离即变形矢量E的模e，而其连线与Y轴形成的夹角即变形矢量的相位角α，计算公式为：

$e=|O\′O|=\sqrt{a^2+b^2}$

α＝arctg(a/b)

其中，O表示基准轴线，O′表示轴径横截面轮廓中心。

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