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1、曲轴轴颈圆度自动检测仪的设计 学 生： 指导老师： 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 摘 要：本次设计主要运用在线检测原理使用传感器同时测量曲轴主轴颈的圆度误差。曲轴圆度误差是形位误差中必不可少的一个测量方面，它直接影响发动机的各个性能。伴随着科学技术的发展，生产现场对形位误差测试的要求不断提高，一些原有的测试手段已不能满足产品的需要。基于这种情况下，本次设计采用顶尖定位，三爪卡盘夹紧，用传感器测量数据，经信号放大、滤波、A/D转换、微机处理,最后得到精确圆度误差。 关键词：曲轴；误差；测量；数据；传感器The Desing of Autom
2、atic Detector for Roundness of Crankshaft SpindleAuthor Tutor.(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract：This design mainly utilization online examination principle uses sensors simultaneously to survey the crank main journals roundness errors. T
3、he mian journals roundness error is in the shape position error of the essential survey aspect, its immediate influence engines each performance. With the science and technology developed, produces the scene the request which tests to the shape position error to continuously improve , some original
4、test method has not been able to satisfy the need of product. Based on this kind of situation, this design uses the apex localization, three jaw chucks clamp, with the sensor metrical data, singnal amplifcation, the filtering, A/D after the signal to transform, microcomputer processing, finally obta
5、ins the precise roundness error. Key words: Crank axle; Error; Survey; Data; Sensor1 前言 曲轴是汽车发动机的关键零部件其精度直接影响到发动机的各项性能指标。目前国产曲轴磨床加工的曲轴连杆轴颈所能达到的圆度约为001ram，而汽车发动机曲轴连杆轴颈圆度要求约为0O05mm。如果单纯提高曲轴磨床的精度将使机床成本成倍增加。若在现有国产曲轴磨床上加入圆度误差临床测量和补偿控制装置，既可以使国产曲轴磨床加工的圆度误差满足生产需要，又可以为国家节省大量的外汇经济效益显著1。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两
6、个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个系统的源动力2。旧式圆度测量仪的数据处理方法是：记录仪将轴类零件的实际外圆轮廓线记录在纸上。然后用刻有多个同心圆的有机玻璃块覆盖在记录纸上相对
7、滑动，找出包罗图形的最小同心圆环带，来评定工件的最大圆度，这样测量得到的结果，因人而异，误差很大。接着出现的测量仪以解决前者弊端为目的，该仪器测量的原理是：将工件安放在一个旋转的工作台上，一位移传感器的测端与被测轮廓接触，在转台旋转过程中，传感器测端的径向变化莫测与被测轮廓相当，次信号通过放大、检波、滤波后驱动记录器表头，用电敏方式将轮廓的径向变化记录在与转台同步转动的记录纸上，然后由测量人员借助一同心圆透明样板，按GB1183-80规定，人员评定被测工件的圆度和偏心值。该仪器的电器元件，性能和质量均不理想，另外人工评定方式也会造成很大的人为误差。总之，这种方法存在两方面的不足：一是测量误差大
8、、精度低、人工画图时要产生误差；二是劳动强度大、效率低。由于测量数据必须记录在表格中，再进行人工绘图，造成工作量大，耗费时间3。计算机控制的圆度测量仪是用计算机软件取代了传动仪器中的部分电器元件，用计算机代替人工进行评定。使仪器的测量精度得到提高。用计算机来控制圆度测量，使测量技术有了很大的发展，大量的圆度测量装置涌现，但在传统上，圆度测量装置是一个其运动精度超过实施圆度测量精度的旋转机械为基础，假定运动误差特别小，测量工件表面的位移传感器读数直接用来处理工件的圆度误差4。本检测系统是采用三爪卡盘夹紧，利用顶尖定位，用传感器测量数据，经信号放大、滤波、A/D转换、微机处理,最后得到精确圆度误差
9、。经过大量的搜集资料和整理，本检测方案达到要求的精度。该设计的圆度测量仪是一种精度高、功能多、性能稳定、测量数度快、操作简单和使用方便的圆度误差测量系统。2 在线检测的定义及意义在线检测系统，从狭义上来说，是指在机械加工生产线上，加入某环节，以便对加工中的某些参数或工况进行检测。在线检测包括检测与控制，也就是说在生产线上应用各种传感器，对生产产品的某些参数进行实时监测，将分析处理测量结果所获得的信息，与预先设定的参数进行比较，然后根据误差信号作出工艺决策（如报警、停车、反馈调节等）。以保证产品的质量或使生产处于最佳状态下进行。在机械工业中，已逐步广泛应用在线检测这个词来表达机械加工过程中对几何
10、量、机械量的检测。对于复杂零件还有形状和位置公差的要求，这是保证高质量的机械制造产品所必需的。在机械生产加工线上对零件的形位误差进行检测，必须设立检测工位。所以说，自动检测装置自动线上的形位检测工位，是自动生产线上不可缺少的组成部分。在机械制造行业中，应用在线检测技术，会使社会经济效益增加，主要体现在：1）保证产品的质量。产品质量是生产者与用户共同关心的首要问题。根据1993年统计数字表明：我国目前每年生产中废次品率高达5%10%，如果废次品率下降1%，即可为国家减少几十亿的损失。而在线检测可在生产线上监测产品生产过程的质量指标，把废品消灭在萌芽状态。在理想状态下，可以保证合格品率达到100%
11、。2）节约和降低成本，减少废品，减少材料消耗，减少次品返修率，都可以节省材料、能源，降低了成本。3）提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。由于采用在线检测，可减少停机和设备的调整时间，减少检测人员数量，从而提高劳动生产率。在生产环境恶劣的地方，在产品数量大的地方，应用在线检测可以大大减轻工人的劳动强度。3 形位误差检测3.1 形位公差以及圆度的定义形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差用形状公差带表达。形状公差琮是限制实际要素变动的区域，零件实际要素在该区域为合格。形状公差带包括公差带形状、方向、位置、和大小等四个因素。其公差值用公差带的宽度或直径来表示，而公差带的形状、方向、
12、位置、和大小则要随要素的几何特征及功能要求而定。圆度的定义圆度公差带是垂直于轴线的任意正截面上半径为公差值t的两同心圆之间的区域（如图1） 图1 圆度 Figure 1 Roundness此处已删除7.6 整体结构的设计整体结构的设计对整个装置的性能是有很大的影响的。整个测量装置的机械结构部分是许多零散的部件，必须用一个机构将这些零散的部件整合起来，使之成为一个有机的整体，来组成圆度测量的硬件设施，从系统设计的角度出发，总的设计方法是将整体的结构设计成车床形式的样子，最上面是平板，平板上面一端是主轴箱，另一端是尾座，在床身内部有丝杆，测杆通过丝杆上的螺母进行轴向进给，在高度的设计上，考虑到了测
13、量人员的习惯和人性化的测量，不会使测量人员感到疲劳，所以整个装置的高度应该在一米左右，这样有利于工件的安装和拆卸，为了安全起见，导轨一下的部分用金属壳包起来，使整个装置，从外观上看很简单明了，在测量时又不乏有高精度测量仪器的精度。如图9所示： 图9 总体装配设计 Figure 9 General assembly design 8 程序处理的设计用C语言进行编程Main() Float i,j,x,r,a,K1,K2,S1,S2,Float j, ri ,Pi，Px, PyS1=0, S2=0 For (j=0 jn j+) K1=rj*double(cosj) K2=rj*double(si
14、nj) S1=S1 + K1 S2=S2 + K2 A=2/n + S1 B=2/n + S2For (i=0 i=n i+) Pi=ri-R-A*cosi-B*cos aFor （x=0 x=n x+） max=P1 If(Px ma x) max=Pi Else max=P1For (y=0 ymin) min=P1 Else min=P y=max-min Print f(“%”，) 图10 程序框图Figure 10 Process diagram9 测量精度分析该测量系统的精度主要取决于以下几个方面：1)工件中心孔的圆度误差因为工件跟随三爪卡盘进行旋转，在装夹工件时，由于中心孔的圆度
15、误差会引起装夹误差，最后导致测量误差。采用研磨中心孔的办法可以使该误差降到最低，一般可以使误差小于0.65um。2)侧头安装位置引起的测量误差由于侧头安装时可能产生偏移，其测量误差约为0.04um。 3)圆度测量仪的实际测量精度取决于装置在制造过程中的材料的选用，加工精度，组装情况和使用过程中的调整好坏，在制造过程中，关键在于传动丝杆和测杆的加工和组装。10 结束语毕业设计是大学本科教育最后一个重要的实践环节，这次毕业设计是对本人知识能力水平的一次全面检验，是对本专业知识的一次拓展，也是本人从在学校学习向社会工作的一种很好的过渡。因为这个毕业设计的题目既是以本专业为基础，优势在实际工作中提出的
16、，而且涉及的知识面很广，如在数据采集，数据处理等方面的理论就是在以前的学习中接触不多的，整个设计既有机械机构设计又有硬件，软件的设计，这也就相应地使我们在整个毕业设计过程中遇到了诸多困难，但在老师的帮助下，许多问题都经过努力很好的解决了。参考文献1 沈德和.臧汉荣.汽车发动机曲轴连杆轴颈圆度临床测量的研究J.机械设计与研究, 1993（4）：15-302 王华定.两点法测量船舶柴油机曲轴轴颈圆度误差的研究J.渔业现代化,1997（5）：10-343 曾新勇.最小包容区域法处理圆度误差的研究与实现J.北京：计量技术,2008（10）：60-874 侯学锋.黄富贵.田树耀.圆度最小二乘评定结果的不
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