专利名称：多尺寸凸轮轴相位角测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于机加工产品检测技术领域，具体涉及一种可对多种尺寸凸轮轴的相位角快速装夹测量的装置。
背景技术：
凸轮轴是活塞发动机的关键部件，其作用是按照一定的规律控制气门的开启与闭合。因此凸轮轴相位角参数至关重要，关系到发动机的动力和运转特性。传统的凸轮轴检测仪，一般采用通用的卡尺、检具测量，属于人工手动测量方式。这样操作人员劳动强度大，极易疲劳，同时由于人为因素测量精度低、误差大。随着科学技术的发展，已出现多种机械 化程度比较高的凸轮轴检测仪。如中国专利CN201464168U提供了一种凸轮轴综合检测仪，实现了对凸轮轴的多个参数的检测，但是无法实现相位角参数测量；且对不同型号的凸轮轴进行检测时，需采用标准件对零，测量程序繁琐耗时；同时该检测仪测量凸轮轴的轴颈处截面时采用两个电感传感器，测量凸轮处截面时采用两个光栅传感器，成本较高。中国专利CN102095392A提供了一种动态测量凸轮轴特定参数的凸轮轴测量机，同样存在上述专利的缺陷，即无法测量相位角、结构复杂、测量前也要采用标准件对零。中国专利CN02238624. 6提供了一种凸轮轴形面误差综合测量仪，需要对凸轮轴的各段进行逐个测量，且针对不同型号的凸轮轴要采用不同长光栅传感器，测量耗时、成本较高。2005年天津大学学位论文《角度及凸轮参数综合测试技术的研究》和2001年重庆大学学术论文《摩托车发坳机凸轮轴多参数自动测量仪的研究》采用了长光栅传感器，对凸轮轴的各个凸轮逐个测量，测量程序同样存在繁琐耗时缺陷，并且未给出详细的结构设计。综上所述，现有的凸轮轴测量仪很少有针对凸轮轴相位角进行测量的，且大都采用长光栅位移传感器，均为接触式测量，测量范围与精度受传感器性能、测量对象形状等因素影响；有少数检测仪能对凸轮轴的各个凸轮同时测量，但是采用的传感器数目与种类较多，测量前多需采用标准件对零，成本较高，测量效率较低；现有的凸轮轴测量仪对于凸轮轴的定位大都采用顶针夹持，手动调整，无法消除打滑带来的误差。

发明内容
为了解决现有凸轮轴相位角参数测量存在的成本高、测量效率低等问题，本发明提供一种多尺寸凸轮轴相位角测量仪。多尺寸凸轮轴相位角测量仪包括设于底座上的头架机构、尾架机构和测量台机构；所述底座的顶面一侧设有导轨，所述测量台机构位于底座中部，所述头架机构和尾架机构分别位于底座两侧的导轨上；
所述头架机构包括头架箱3，头架箱3外部设有步进电机1，步进电机I的输出轴伸至头架箱3的一侧壁内，且连接着弹性联轴器4的一端；头架箱3的另一侧壁上通过轴承设有头架输出轴5，头架输出轴5的一端连接着弹性联轴器4的另一端，头架输出轴5的另一端伸至头架箱3的外部，且连接着台阶管状的夹头10的小直径端；头架输出轴5的外伸端为管轴，所述管轴内设有前顶针11;前顶针11的前部为陀螺状的顶针头，后部为顶针杆，所述顶针头位于夹头10内，所述顶针杆后端的头架输出轴5的管轴内设有压缩弹簧8和滑键9，且滑键9与前顶针11的顶针杆上的键槽配合；夹头10的大直径端端部均布开设有三个夹爪槽，每个夹爪槽内通过销设有夹爪13 ;每个夹爪13的前端和后端均为弯钩状，且后端位于前顶针11的顶针头后部；
所述尾架机构包括具有尾顶针孔的尾架座22，尾架座22的尾顶针孔内设有顶针套筒16,顶针套筒16前部为莫氏锥管,后部为螺纹管；顶针套筒16内插有尾顶针15 ;所述尾顶针15的前端为圆锥状，且伸至尾架座22外部，后部与顶针套筒16的莫氏锥管配合；顶针套筒16的螺纹管处配合设有螺杆21，螺杆21的一端与尾顶针15后端对应，另一端上设有轴 承24 ;与轴承24配合的轴承座25为尾架座22的尾顶针孔的后端盖；螺杆21的尾端伸至轴承座25外，且尾端上设有手轮27 ;所述头架机构的前顶针11与尾架机构的尾顶针15同轴；
所述测量台机构包括测量台32和四个测量单元；所述测量台32与底座33的导轨配合；四个测量单元均布在测量台32上，且位于前顶针11和尾顶针15同轴线的一侧；每个测量单元包括三维组合微位移台31，三维组合微位移台31上设有传感器安装座30，传感器安装座30上设有电涡流传感器29。所述弹性联轴器4为梅花形弹性联轴器。所述轴承24为深钩球轴承。与尾顶针孔对应的尾架座22上设有防转螺钉23，与防转螺钉23对应的顶针套筒16外表面开设有定位槽,防转螺钉23的下端位于定位槽内。与尾顶针孔对应的尾架座22上设有锁紧螺杆18，与锁紧螺杆18对应的顶针套筒16的周向设有锁紧圈17。本发明采用电涡流传感器实现对凸轮轴相位角的非接触测量，精度高，每个凸轮配置一个电涡流传感器，可对凸轮轴所有凸轮相位角同时进行检测。只需凸轮轴旋转一周，即可保证各个凸轮的桃尖捕捉准确，检测效率高，单件凸轮轴各凸轮相位角从安装到检测完成时间为15秒。同时，凸轮轴的前顶针周围配置了三个周向均匀分布的夹爪，可以对凸轮轴实现自动快速夹紧，省时省力；消除了夹紧力不够带来的打滑误差，节省了装夹的时间。采用计算机配合电涡流传感器和圆光栅编码器实现快速采样，显示测量结果；通过对电涡流传感器相互之间距离和个数的调整可以实现对不同型号的凸轮轴进行检测，通用性比较强；计算机控制和手工操作配合，使检测效率最大化。


图I为本发明的整体结构图。图2是本发明的头架机构图。图3是本发明的自动装夹顶针图。图4是本发明的尾架机构图。图5是本发明的测量台主视图。图6是本发明的A-A剖视图。图7是本发明的测量台俯视图。
图8是本发明的B-B剖视图。图9是本发明的C-C剖视图。图10是本发明的结构原理图。上图中序号步进电机I、头架2、头架箱3、弹性联轴器4、头架输出轴5、头架轴承套6、角接触轴承7、压缩弹簧8、滑键9、夹头10、前顶针11、第一销12、夹爪13、凸轮轴14、尾顶针15、顶针套筒16、锁紧圈17、锁紧螺杆18、第二销19、锁紧手柄20、螺杆21、尾架座22、防转螺钉23、轴承24、轴承座25、隔套26、手轮27、手柄28、电涡流传感器29、传感器安装座30、三维组合微位移台31、测量台32、底座33。
具体实施例方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例参见图1，多尺寸凸轮轴相位角测量仪包括安装于底座33上的头架机构、尾架机构和测量台机构。底座33的顶面一侧设有三角形平面导轨；测量台机构位于底座33中部，头架机构和尾架机构分别位于底座两侧的导轨上。参见图2、图3和图9，头架机构包括头架箱3，头架箱3外部设有步进电机1，步进电机I的输出轴伸至头架箱3的一侧壁内，且连接着弹性联轴器4的一端；头架箱3的另一侧壁上通过轴承设有头架输出轴5，头架输出轴5的一端连接着弹性联轴器4的另一端，弹性联轴器4为梅花形弹性联轴器。头架输出轴5的另一端伸至头架箱3的外部，且连接着台阶管状的夹头10的小直径端；头架输出轴5的外伸端为管轴，所述管轴内设有前顶针11 ;前顶针11的前部为陀螺状的顶针头，后部为顶针杆，所述顶针头位于夹头10内，所述顶针杆后端的头架输出轴5的管轴内设有压缩弹簧8和滑键9，且滑键9与前顶针11的顶针杆上的键槽配合；夹头10的大直径端端部均布开设有三个夹爪槽，每个夹爪槽内通过销设有夹爪13 ;每个夹爪13的前端和后端均为弯钩状,且后端位于前顶针11的顶针头后部。参见图4和图8，尾架机构包括具有尾顶针孔的尾架座22，尾架座22的尾顶针孔内设有顶针套筒16，顶针套筒16前部为莫氏锥管，后部为螺纹管；顶针套筒16内插有尾顶针15 ;所述尾顶针15的前端为圆锥状，且伸至尾架座22外部，后部与顶针套筒16的莫氏锥管配合；顶针套筒16的螺纹管处配合设有螺杆21，螺杆21的一端与尾顶针15后端对应，另一端上设有轴承24 ;轴承24为深钩球轴承。与轴承24配合的轴承座25为尾架座22的尾顶针孔后端盖；螺杆21的尾端伸至轴承座25外，且尾端设有手轮27 ;头架机构的前顶针11与尾架机构的尾顶针15同轴。与尾顶针孔对应的尾架座22上安装有防转螺钉23，与防转螺钉23对应的顶针套筒16外表面开设有定位槽，防转螺钉23的下端位于定位槽内，见图2 ;与尾顶针孔对应的尾架座22上安装有锁紧螺杆18，与锁紧螺杆18对应的顶针套筒16的周向设有锁紧圈17，见图4和图8。参见图5、图6和图7,测量台机构包括测量台32和四个测量单元；所述测量台32与底座33的导轨配合；四个测量单元均布在测量台32上，且位于前顶针11和尾顶针15同轴线的一侧；每个测量单元包括三维组合微位移台31，三维组合微位移台31上设有传感器安装座30，传感器安装座30上设有电涡流传感器29。
尾顶针的具体操作是如图4所示,摇动手柄28可以带动螺杆21旋转,顶针套筒16带动尾顶针15与螺杆21发生相对移动，即螺杆21旋转，尾顶针15移动；当尾顶针15移动到合适位置时，可以摇动锁紧手柄20锁紧；为了防止螺杆21旋转时，顶针套筒16也随之转动，采用了防转螺钉23。针对不同测量对象，可换装不同的尾顶针。卸下尾顶针15，可以反向旋转手柄28,当旋转到如图的位置后,继续转动手柄28,顶针套筒16继续向右移动,而尾顶针15受到螺杆21前端的阻力，被顶出顶针套筒16。安装尾顶针时，可以将相同莫氏锥度的所需顶针直接插入顶针套筒16即可。尾架座22前后布置了两个T型螺栓，可以将尾架整体固定在底座33的导轨上。
被测凸轮轴的装夹操作如下针对不同长度的凸轮轴，可松开头架机构、尾架机构的T型螺栓，调整头架机构、尾架机构之间的距离，待距离合适时，锁紧头架机构、尾架机构的T型螺栓。将待测凸轮轴14初夹于前顶针11与尾顶针15之间，之后旋转手柄28，使待测凸轮轴14向右挤压前顶针11，前顶针11受挤压，克服压缩弹簧力，向左移动，通过杠杆原理使夹爪13自动夹紧凸轮轴14，装夹完成。测量完毕后反向旋转手柄28，卸下凸轮轴14，前顶针11在压缩弹簧8的作用下恢复原状。主传动工作原理如下步进电机I由计算机控制运转，当计算机发出电机运转信号时，步进电机I旋转。进而带动梅花形弹性联轴器4、头架输出轴5旋转，由于前顶针11和尾顶针15的夹紧力作用和夹爪13的拨动，凸轮轴14也随之旋转。参见图7和图8,具体测量操作及测量原理如下
1.当待测凸轮轴14长度对比头架机构、尾架机构之间的距离差异较大时，松开头架机构、尾架机构的T型螺栓，调整头架机构、尾架机构之间的距离，待距离合适时，锁紧头架机构、尾架机构的T型螺栓；
2.然后固定待检测凸轮轴14置于前顶针11和尾顶针15之间，之后旋转手柄28，使待测凸轮轴14向右挤压前顶针11，通过杠杆原理使得三个夹爪13夹紧待测凸轮轴14，尾顶针15顶上待测凸轮轴14的夹紧与定位完毕；
3.左右调整测量台32，使得从前方看去，凸轮轴待测的凸轮部分不超出对应三维组合微位移台31的行程范围。然后逐个调整三维组合微位移台31，使电涡流传感器29靠近凸轮轴14，使四个电涡流传感器29测头分别对准凸轮轴14的四个凸轮部分，且电涡流传感器29的测头保持与凸轮轴14的待测凸轮在合适的测量范围内，之后锁紧三维组合微位移台31 ；
4.准备测量，计算机发出指令闭合步进电机I开关，步进电机I带动凸轮轴14旋转，采集凸轮轴14旋转一圈的数据，切断步进电机I电源，步进电机I停转。手柄28反向旋转，卸下凸轮轴14，此次测量结束。由图10可见，由圆光栅编码器测量步进电机I旋转角度，电涡流传感器测量凸轮曲面距离电涡流传感器位移的变化，计算机同步记录角度与位移值。测量结束后，计算机在线分析判断凸轮曲面距离电涡流传感器位移最近的位置作为该凸轮的桃尖，同时对应的电机旋转角度作为该凸轮相位角，依次类推，步进电机I旋转一周，即可获得各凸轮桃尖对应的相位角，各角度之差即为各凸轮桃尖相对相位角；
5.同型号的凸轮轴尺寸差异很小，无需进行调整电涡流传感器29和头架机构、尾架机构的间距，因此只需要重复步骤2、4即可。若待测的多个凸轮轴型号不同，凸轮轴的尺寸有差异需要重复以上各步骤。
权利要求
1.多尺寸凸轮轴相位角测量仪，其特征在于包括设于底座上的头架机构、尾架机构和测量台机构；所述底座的顶面一侧设有导轨，所述测量台机构位于底座中部，所述头架机构和尾架机构分别位于底座两侧的导轨上； 所述头架机构包括头架箱(3)，头架箱(3)外部设有步进电机(1)，步进电机(I)的输出轴伸至头架箱(3)的一侧壁内，且连接着弹性联轴器(4)的一端；头架箱(3)的另一侧壁上通过轴承设有头架输出轴(5)，头架输出轴(5)的一端连接着弹性联轴器(4)的另一端，头架输出轴(5)的另一端伸至头架箱(3)的外部，且连接着台阶管状的夹头(10)的小直径端；头架输出轴(5)的外伸端为管轴,所述管轴内设有前顶针(11);前顶针(11)的前部为陀螺状的顶针头，后部为顶针杆，所述顶针头位于夹头(10)内，所述顶针杆后端的头架输出轴(5)的管轴内设有压缩弹簧(8)和滑键(9)，且滑键(9)与前顶针(11)的顶针杆上的键槽配合；夹头(10)的大直径端端部均布开设有三个夹爪槽，每个夹爪槽内通过销设有夹爪(13);每个夹爪(13)的前端和后端均为弯钩状，且后端位于前顶针(11)的顶针头后部； 所述尾架机构包括具有尾顶针孔的尾架座(22)，尾架座(22)的尾顶针孔内设有顶针套筒(16)，顶针套筒(16)前部为莫氏锥管,后部为螺纹管；顶针套筒(16)内插有尾顶针(15);所述尾顶针(15)的前端为圆锥状，且伸至尾架座(22)外部，后部与顶针套筒(16)的莫氏锥管配合；顶针套筒(16)的螺纹管处配合设有螺杆(21)，螺杆(21)的一端与尾顶针(15)后端对应，另一端上设有轴承(24);与轴承(24)配合的轴承座(25)为尾架座(22)的尾顶针孔的后端盖；螺杆(21)的尾端伸至轴承座(25)外，且尾端上设有手轮(27)； 所述头架机构的前顶针(11)与尾架机构的尾顶针(15)同轴； 所述测量台机构包括测量台(32)和四个测量单元；所述测量台(32)与底座(33)的导轨配合；四个测量单元均布在测量台(32)上，且位于前顶针(11)和尾顶针(15)同轴线的一侧；每个测量单元包括三维组合微位移台(31)，三维组合微位移台(31)上设有传感器安装座(30 )，传感器安装座(30 )上设有电涡流传感器(29 )。
2.根据权利要求I所述的多尺寸凸轮轴相位角测量仪，其特征在于所述弹性联轴器(4)为梅花形弹性联轴器。
3.根据权利要求I所述的多尺寸凸轮轴相位角测量仪，其特征在于所述轴承(24)为深钩球轴承。
4.根据权利要求I所述的多尺寸凸轮轴相位角测量仪，其特征在于与尾顶针孔对应的尾架座(22)上设有防转螺钉(23)，与防转螺钉(23)对应的顶针套筒(16)外表面开设有定位槽，防转螺钉(23)的下端位于定位槽内。
5.根据权利要求I所述的多尺寸凸轮轴相位角测量仪，其特征在于与尾顶针孔对应的尾架座(22)上设有锁紧螺杆(18)，与锁紧螺杆(18)对应的顶针套筒(16)的周向设有锁紧圈(17)。
全文摘要
本发明涉及多尺寸凸轮轴相位角测量仪。该测量仪包括设于底座上的头架机构、尾架机构和测量台机构；底座的顶面一侧设有导轨，测量台机构位于底座中部，头架机构和尾架机构分别位于底座两侧的导轨上；头架机构包括头架箱、头架传动机构和前顶针，尾架机构包括尾架座、尾架传动机构和尾顶针，测量台机构包括测量台和四个测量单元。本发明采用了电涡流传感器测量系统，可对凸轮轴上所有凸轮相位角同时进行检测。单件凸轮轴各凸轮相位角从安装到检测完成时间为15秒。同时，凸轮轴的前顶针周围配置了三个周向均匀分布的夹爪，可以对凸轮轴实现自动快速夹紧，消除了夹紧力不够带来的打滑误差，节省了装夹的时间。
文档编号G01B21/22GK102721395SQ20121023458
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者刘善林, 王玉伟, 苗恩铭, 郎贤礼, 黄绍统 申请人:合肥工业大学