活塞环外圆轮廓仪的研制

　　1 引言

　　随着汽车工业的发展,对零部件活塞环检测方法的要求越来越高。由于活塞环外圆轮廓的质量直接影响发动机的性能,但许多重要参数通用仪器无法检测或检测精度不高,因此目前基本使用专用仪器进行检测。国外已有公司开发了活塞环外圆轮廓自动测量仪,但价格昂贵,很大程度上限制了活塞环行业的发展。我校研制的活塞环外圆轮廓测量仪,成本仅为国外仪器的1/5左右,在一定程度上弥补了国内活塞环检测仪器的不足。

　　2 活塞环外圆轮廓参数技术要求

　　根据GB/T114912)94,活塞环外圆轮廓参数的定义如图1所示。图1a、1b、1c中A为活塞外圆面素线与垂直于基准面的直线之间设计要求的偏移值,即斜角。图1d和1e中t2、t3是环外圆面素线对垂直于基准面的直线之间设计要求突出的偏移值,即上桶面度和下桶面度;h26是偏桶面环最高点位置。图1f中h4和h5是油环理论上与气缸壁接触的环岸高度,即刮油边高度;Δ为油环两个外圆面在径向的相对偏移,即刮油边径向偏移度。

　　3 测量仪技术指标

　　根据国家标准的规定和用户图纸的要求,确定活塞外圆轮廓检测仪的各项技术指标:

　　(1)示值误差:锥面环外圆斜角:±2';桶面环桶面度:±0.001mm;油环刮油刃径向偏移度:±0.001mm;油环刮油刃高度:±0.02mm;

　　(2)重复性(重复测量10次,最大值与最小值之差):锥面环外圆斜角: 2c;桶面环桶面度:0.001mm;油环刮油刃径向偏移度: 0.001mm;油环刮油刃高度: 0.02mm;

　　(3)稳定性(4h前后各测10次的平均值之差,温度变化小于3e/4h):锥面环外圆斜角:2'/4h;桶面环桶面度: 0.001mm/4h;油环刮油刃径向偏移度:0.001mm/4h;油环刮油刃高度: 0.02mm/4h。

　　4 仪器测量原理及结构

　　根据仪器各项技术指标的要求,考虑到仪器对Y方向运动精度的要求比X方向低,故选用步进电机和千分丝杆副作为仪器驱动装置(实测传动误差约为5μm)。由于导轨误差和传感器示值误差将1:1地传递到测量值,因此必须选用高精度的导轨和传感器来保证X方向的精度,为此选用自行研制的全封闭式空气静压导轨(导向精度0.1μm),该导轨具有运动精度高、无摩擦、运动灵活、寿命长的特点;选用自行研制的调频式电涡流传感器(分辨率为0.1μm)对活塞环外圆轮廓进行扫描测量,该传感器具有结构简单、几何尺寸小、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。在传感器和扫描头之间选用无外摩擦、重复性好的平行片簧导轨机构作为支承。通过上述选择,确定了如图2所示的测量方案。

　　仪器采用人工上料、自动夹紧,测量时,首先选定参数,并用压杆压紧被测环,然后由步进电机带动千分丝杆旋转,通过防转螺母驱动装于气浮导轨套上的传感器步进向上移动,扫描被测环外圆轮廓,通过计算机将测试数据及外圆轮廓实时显示在屏幕上;走完规定环高值后,步进电机反向快速旋转,气浮导轨在重力作用下自动快速退回到起始位置,准备下一次测量。每次测量后,测试分析结果及当前测量件数将显示在屏幕上。该仪器还具有统计测量、6σ值和CP值计算、导轨自动修正、数据存取、故障诊断报警以及测量结果打印等功能。