汽车发动机缸体孔垂直度/对称度专用测量仪

　　1 引言

　　发动机缸体是汽车发动机的基础零件,缸体上的气缸孔对曲轴孔的相互位置精度对于发动机性能及寿命有重要影响,因此在发动机缸体制造过程中必须对其加以控制。例如,东风汽车公司发动机厂生产的EQ491发动机缸体要求气缸孔对曲轴孔的垂直度公差为0.05mm(在152mm长度上),对称度公差为0.15mm。此前由于没有专用测量手段,缸体的这两项指标是在计量室用三坐标测量机测量,由于测量时间较长,难以保证生产车间现场定期抽检的要求。为此,我们开发了用于生产现场的汽车发动机缸体垂直度/对称度专用测量仪,该测量仪可对发动机缸体气缸孔对曲轴孔的垂直度和对称度两项指标进行高效率、高精度测量。为简化分析,本文只针对垂直度测量对仪器的测量原理、结构特点及测量精度进行分析讨论。

　　2 测量原理

　　该测量仪的垂直度测量原理是假定发动机缸体曲轴孔和气缸孔轴线是两条空间理想直线,通过测量确定曲轴孔轴线在特定空间坐标系中的位置,以曲轴孔轴线作为基准轴线计算出同一坐标系下的气缸孔理想轴线的位置,并通过测量确定气缸孔的实际位置,然后比较气缸孔理想轴线与实际轴线的位置,计算出气缸孔对曲轴孔的垂直度误差。垂直度测量在XOZ平面内进行,其原理如图1所示。XOZ为由测量仪设定的坐标系,P1(X1,Z1)和P2(X2,Z2)是曲轴孔实际轴线上的两点(通过测量两截面的圆心坐标获得),其连线即曲轴孔轴线在XOZ坐标系中的位置,其与X轴之间的夹角为K,oz为气缸孔理想轴线;P3(X3,Z3)和P4(X4,Z4)为气缸孔实际轴线上的两点(通过测量两截面的圆心坐标获得),其连线即气缸孔轴线在XOZ坐标系中的位置。气缸孔对曲轴孔的垂直度误差计算公式为

　　式中,X3、X4为气缸孔两个测量截面内测量圆心坐标相对于基准圆心坐标在X方向的偏移量,L为P3、P4两测量截面在Z方向上的距离。

　　3 仪器结构及特点

　　测量仪结构简图如图2所示。仪器由底座、立柱、水平滑台(测杆)、垂直滑台(测杆)及微机测量系统等组成。水平滑台用于支撑被测发动机缸体和水平测杆(用于测量曲轴孔轴线),垂直滑台用于支撑垂直测杆(用于测量气缸孔轴线),滑台均采用高精度滚动导轨导向,安装调试好的水平、垂直滑台的直线度误差小于10μm(在1m长度上)。滚动导轨具有极高的重复定位精度,可保证测量的重复精度要求。将被测发动机缸体放置于水平滑台上,用一面两销定位,定位误差Δ1=0.1mm。气缸孔直径为90.80mm,孔距为102mm,孔距位置公差Δ2=±0.13mm。缸体各缸孔在测量工位采用活动挡块定位,定位误差Δ3=0.05mm,因此可确定缸孔在测量工位可能出现的最大定位误差为