氣門座圈錐面跳動的檢測方法分析與探討

（東風(fēng)朝陽朝柴動力有限公司，朝陽122000）

氣門座圈錐面跳動的檢測方法分析與探討

孫景新

（東風(fēng)朝陽朝柴動力有限公司，朝陽122000）

氣門座圈的密封性是影響發(fā)動機(jī)性能的重要原因之一，表現(xiàn)形式為座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差，如何快速準(zhǔn)確地檢測出誤差的大小是本行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。通過對我公司氣門座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差的檢測方法進(jìn)行分析，闡述了這種測量誤差對檢測結(jié)果的影響。并提出了一種新的檢具結(jié)構(gòu)，論述了新檢具的結(jié)構(gòu)特點，分析了新結(jié)構(gòu)檢具測量結(jié)果的可靠性，論證了新結(jié)構(gòu)檢具的實用性。

氣缸蓋氣門座圈導(dǎo)管孔跳動檢測

1 前言

氣缸蓋是發(fā)動機(jī)的主要零件之一，缸蓋上的氣門座圈錐面及導(dǎo)管孔直接與氣門接觸。如果氣門在工作時對錐面發(fā)生中心偏移，會導(dǎo)致氣門及導(dǎo)管孔的快速磨損，還會造成耗油量增加，直接影響汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率。其因素之一是氣門座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差大，因此對加工后的缸蓋進(jìn)行座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差的檢測十分必要，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響著發(fā)動機(jī)的質(zhì)量評定。

2 原氣門座圈錐面跳動檢具誤差分析

在缸蓋的大批量生產(chǎn)過程中，往往需要一些適用于生產(chǎn)現(xiàn)場、能在工序間快速并準(zhǔn)確地實施的測試方法。針對在工序間檢測氣門座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差，我公司普遍使用的是專用檢具，這種檢具不但存在定位間隙，而且測量數(shù)值還要經(jīng)過轉(zhuǎn)換，這樣就會積累了一定的測量誤差。下面以QD32柴油機(jī)進(jìn)氣座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差檢測方法為例進(jìn)行分析。圖1為加工缸蓋座圈錐面的工序要求，圖2為座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差的檢測方法，圖3為檢測部位的放大圖。檢具的工作原理及使用方法如下。

芯軸在被測座圈的相應(yīng)導(dǎo)管孔中定位，芯軸上的測座使測頭與座圈錐面接觸，芯軸上部的千分表與測座的錐面接觸，通過旋轉(zhuǎn)測座使測頭沿座圈錐面旋轉(zhuǎn)一周，測頭觸點的移動經(jīng)過測座的錐面?zhèn)鬟f給千分表，通過千分表的讀數(shù)及座圈錐面的角度可計算出最終的跳動誤差值。

檢具使用方法：選擇與定位孔成最小間隙的芯軸①，并將其插入被測座圈的相應(yīng)導(dǎo)管孔中，靠芯軸的臺階及導(dǎo)管孔端面使芯軸在軸向定位，然后將裝有測頭②的測座④安裝在芯軸上，使測頭與座圈錐面接觸，再將裝有千分表⑧的表架⑤安裝在芯軸的適當(dāng)位置。松開螺釘⑦使千分表⑧可以軸向移動，調(diào)整千分表使其表頭與測座錐面接觸，并壓表0.15～0.2 mm后調(diào)零，擰緊螺釘⑦使表固定。用手輕按測座④使測頭②緊貼座圈錐面，旋轉(zhuǎn)測座使測頭在座圈錐面上旋轉(zhuǎn)一周，記錄表針的差值，再將這個值乘以結(jié)構(gòu)系數(shù)，得出座圈錐面跳動誤差值。

此檢具結(jié)構(gòu)及工藝性分析：此結(jié)構(gòu)主要為定位芯軸及測座和測頭，芯軸為一組，根據(jù)零件定位孔公差將芯軸的定位部分進(jìn)行分組。該檢具共有5根不同直徑的芯軸，可根據(jù)定位孔實際尺寸選擇使用。芯軸的上部與測座配合，配合部位的尺寸要求較嚴(yán)，以保證每個芯軸與同一測座的配合間隙小于0.005 mm，對芯軸的定位軸徑及與測座配合的軸徑有較高的同軸度要求，制造非常困難。由于測座上裝有測頭，測頭的球部到座圈錐面的中心尺寸必須保證圖紙給定的量規(guī)尺寸。為保證測頭尺寸的唯一性，并減少測座的制造數(shù)量，所以盡量使用同一個測座來檢測座圈的跳動誤差。測座的一端安裝測頭而在另一端設(shè)計一個錐面，千分表測頭的觸點與這個錐面垂直，通過測座的移動讀取千分表誤差值。此檢具誤差分析如下。

（1）由于測頭是固定的，尺寸設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)尺寸（直徑），當(dāng)座圈錐面出現(xiàn)跳動誤差時，測頭所在的平面脫離了初始測量平面，測頭不能沿座圈錐面垂直移動，而是沿著軸向移動，形成一個軸向的測量誤差Δy1或Δy2，而實際誤差與被測座圈錐面的角度有關(guān)，如圖4所示。實際誤差Δ1=Δy1×cosα，Δ2=Δy2×cosα，反映在千分表的讀數(shù)差為Δy1+Δy2，則錐面實際跳動誤差為Δ1+Δ2＝(Δy1+Δy2)×cosα。即，實際跳動誤差＝千分表讀數(shù)差×cosα。

圖1 缸蓋座圈錐面工序要求

圖2 座圈錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差的檢測方法

圖3 檢測部位的放大圖

圖4 測頭徑向尺寸為固定值，測量的跳動誤差不是在同一個圓周上

（2）由于結(jié)構(gòu)造成測量誤差的轉(zhuǎn)換，測頭與軸線成α角度，轉(zhuǎn)換后的誤差在千分表上顯示的不是實際誤差值，即使通過運算得出理論誤差值。由于檢具零件的制造誤差，測座的角度及配合間隙也會造成理論誤差值與實際誤差的差異。

（3）芯軸的臺階面與導(dǎo)管孔端面接觸，由于導(dǎo)管孔端面與導(dǎo)管孔的垂直度誤差及定位間隙，使芯軸在軸向定位時會產(chǎn)生隨機(jī)誤差，如圖5所示。

圖5 芯軸定位端面與導(dǎo)管孔端面直接接觸

（4）由于測頭在測座內(nèi)固定，測量誤差不能垂直于被測錐面，而是沿軸向移動，不符合錐面跳動的定義及檢測規(guī)定。

（5）芯軸雖然是一組，但由于芯軸的尺寸是固定的，要想插入導(dǎo)管孔，芯軸與定位孔之間必然存在間隙，所以經(jīng)常因為定位軸的定位間隙及軸的直線度問題而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，重復(fù)測量誤差2倍多。該檢測方式使檢測結(jié)果存在一定的誤差，因此準(zhǔn)確地測定座圈錐面與氣門導(dǎo)管孔的跳動誤差成為質(zhì)量控制的難題。

3 新檢具提高精度分析

為實現(xiàn)準(zhǔn)確測量座圈錐面的跳動誤差，探討設(shè)計一種新結(jié)構(gòu)的專用檢具，這種結(jié)構(gòu)定位采用膨漲芯軸消除軸與孔的定位間隙，千分表測頭直接與被測錐面接觸，測量方向為垂直于被測表面與國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1958-2004“產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）形狀和位置公差檢測規(guī)定”的檢測方向相一致，軸向采用鋼球支承達(dá)到無干涉測量，其結(jié)構(gòu)方案見圖6。

新結(jié)構(gòu)檢具的工作原理：芯軸體下部定位部分軸的一側(cè)開有一個長槽，長槽內(nèi)裝入定位膨漲鍵③，膨漲鍵上下各開有一個橫長孔，內(nèi)設(shè)兩個限位銷⑤，膨漲鍵置入長槽內(nèi)通過限位銷與芯軸體組裝在一起，膨漲鍵的底部分別裝有兩個片狀弓形彈簧④，可使膨漲鍵沿芯軸體徑向移動，在彈簧的推動下膨漲鍵始終緊貼被測孔，與被檢測定位孔無間隙接觸。千分表⑧通過開口襯套⑥插入芯軸體上端，通過螺釘⑦與芯軸體緊固，芯軸體的底端粘接固定一個鋼球①作為檢具旋轉(zhuǎn)時的支點。將芯軸體②旋轉(zhuǎn)一周，千分表的讀數(shù)差就是實際誤差值。

新結(jié)構(gòu)檢具使用方法：缸蓋置于平板上，將帶有千分表的芯軸體插入被測座圈所對應(yīng)的導(dǎo)管孔中，調(diào)整千分表使其表頭與被測座圈錐面接觸，并壓表0.15～0.2 mm后調(diào)零，擰緊螺釘使表固定，將芯軸體旋轉(zhuǎn)一周，千分表的讀數(shù)差就是實際誤差值。

新結(jié)構(gòu)檢具誤差分析：定位部分采用膨漲鍵消除定位間隙，使檢測中沒有定位誤差的存在。測量部分為千分表測頭直接與被測座圈錐面垂直接觸，不需要任何轉(zhuǎn)換，芯軸體旋轉(zhuǎn)一周，千分表指針的差值就是被測錐面的實際跳動誤差。使用鋼球作為芯軸的軸向支點，消除了使用導(dǎo)管端面與芯軸臺階定位所產(chǎn)生的隨機(jī)誤差。檢具的重復(fù)測量精度高。

圖6 新檢具結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

本文提出的新結(jié)構(gòu)專用檢具，檢測方法完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于形位公差的檢測規(guī)定，通過檢具結(jié)構(gòu)及誤差分析可以看出，新結(jié)構(gòu)檢具由于消除了定位及測量誤差，可以得到準(zhǔn)確的測量誤差值，并且由于不受零件制造精度的影響，檢具的重復(fù)測量精度能夠達(dá)到很高的水平，可以保證測量誤差的唯一性。同時新結(jié)構(gòu)檢具的使用還能減少操作者頻繁更換及選擇芯軸的很多時間，也免去了因為測量誤差值二次轉(zhuǎn)換所需的計算，是一個非常實用的新結(jié)構(gòu)。

[1]聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第5版第1卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010..

[2]周龍保主編.內(nèi)燃機(jī)學(xué)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011..

[3]張策主編.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Analysis and Discussion on the Detection Method of the Jitter of Valve Seat

Sun Jingxin
（Dongfeng Chaoyang Diesel Co.,Ltd.,Chaoyang 122000,China）

One of the important factors affecting the engine performance is the cylinder head valve seat sealing,The form of expression is that valve seat is jitter error to guide hole.How to rapidly and accurately detect the size of the error is the key technology of the industry.This article is analyzing detection method that cylinder head valve seat is jitter error to guide hole,and expounding the influences of this kind of measurement error on test results.Moreover putting forward a new kind of fixture structure,we discuss the structure characteristics of the new fixture,analyse the new fixture reliability of the measured results,and demonstrate the practicability of new structure fixture.

cylinder head,valve seat,guide hole,jitter,detection

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.01.011

來稿日期：2016-11-02

孫景新（1979-），男，工程師，主要研究方向為柴油發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋工藝設(shè)計。