内燃机气缸孔位置度误差测量方法和模型研究

    在内燃机机体上,气缸要保证活塞、连杆以及曲轴等运动部件的相互位置准确,气缸孔位置度误差必需限制在一定的范围内。为了保证气缸孔的位置精度,除了采用合理的加工工艺和加工方法之外,气缸孔位置度测量方法也起着至关重要的作用。我国多数相关企业采用专用的工作台模架测量气缸孔的位置度误差,效率低、精度差,为此,原机械工业部立项开发相应的专用测量仪器。本文所论述的测量方法是针对测量和评定四缸内燃机缸孔位置度误差的专门化研究。

    1 测量单个孔中心位置原理和数据处理模型

    为了确定缸孔的位置度误差,必须先研究确定每个孔中心的位置方法。为不失研究的一般性,测试棒上位置传感器固定安装于A、B、C三点,见图1[1]。设Oc为测试棒中心,O为被测孔中心,两中心孔的偏移量$x、$y构成孔的位置误差。$x、$y的计算可按安装在A、B、C三点的位移传感器测得量h1、h2、h3来推导出。

    在坐标系xOcy(以测试棒为中心)中,Ac、Bc、Cc三点的坐标为

    设被测孔中心O的坐标为($x,$y),点O到点Ac、Bc、Cc的距离相等,有

    由式(2)解得

    将式(1)代入式(3),并略去分子中二阶以上小量和分母中一阶以上小量得

    由于H角是由传感器在测试棒上的安装位置决定的,对于一个设计而言,是常数。设

    h1、h2、h3是由传感器测量信号经处理后的数字量,因而式(6)确定了被测孔的中心位置。

    2 缸体孔组位置度测量方法及数学模型

    被测缸体上端面四缸孔见图2。定义四缸孔的位置度为缸孔No12、No13、No14中心的实际位置相对于以缸孔No11为基准的理想位置的变化  量之最大者(企业标准)。为提高缸孔位置度的测量精度,我们按照孔的公称位置制作了一个如图3所示的测试棒组件架(以下简称测量体架)。测量时,由气缸组件通过驱动气缸连接体驱动支架沿导柱运动,靠定位系统使4个塞规插入被测缸孔,获取测量数据,其运动、测量信息及数据处理由计算机系统自动控制完成。

    每一测试棒及其传感器安装如单孔中心位置测量时一样。这样,当测量体测量实际缸体时,其横向截面见图4。

    设被测缸孔中心分别为O1、O2、O3、O4,测量体4个测试棒的中心分别为Oc1、Oc2、Oc3、Oc4。依据孔中心位置度测量模型式(6),分别得到每一个孔中心Oj相对于Ocj的偏移量为

    式中,j为孔号,j =1,2,3,4;hj1、hj2、hj3为相对应的第j孔上传感器测量值。