小型制冷壓縮機(jī)活塞形位誤差檢測實(shí)驗(yàn)設(shè)計與分析

杜益剛

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司, 山東　青島　266000)

0　引言

制冷壓縮機(jī)的性能與活塞的質(zhì)量直接相關(guān)，無論是生產(chǎn)廠家還是用戶都非常注重活塞的質(zhì)量，所以高精度、高效率地檢測活塞形位誤差是非常必要的[1]。國外在形位誤差的檢測與評定方法上較為領(lǐng)先[2]，如美國專門從事坐標(biāo)測量及表面測量的North Carolina State University的實(shí)驗(yàn)室就有Federal Formscan 3600圓柱度儀等；近年來，我國在形位誤差測量方面有十分顯著的進(jìn)步，如北京機(jī)電研究院成功研制出圓柱度儀[3]，青島四方公司與北京工業(yè)大學(xué)合作開發(fā)了多功能形位誤差測量系統(tǒng)[4]。但上述這類專業(yè)測量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍較狹窄，只針對特定的形位誤差，專門針對中國市場開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型測量設(shè)備幾乎沒有[5]。

1　活塞加工過程中關(guān)鍵誤差的研究

1.1　打標(biāo)位置的分析與確定

活塞壓標(biāo)位置不同，所引起的形位誤差也不同，利用有限元進(jìn)行分析計算，對壓標(biāo)位置的確定給予理論上的指導(dǎo)。在此選取了兩個適合后續(xù)工序要求的位置進(jìn)行分析。

如圖1所示，在200 N的壓力下，位置1形位誤差為：圓度誤差5.6 μm，圓柱度誤差7.5 μm，對稱度誤差12.0 μm。位置2形位誤差為:圓度誤差10.5 μm，圓柱度誤差13.7 μm，對稱度誤差16.2 μm。

1.2　形位誤差測量方法的確定與分析

1.2.1圓度誤差

圖1　打標(biāo)位置有限元分析

1.2.2圓柱度誤差

1.2.3對稱度誤差

首先，對實(shí)驗(yàn)所要用到的檢驗(yàn)棒進(jìn)行定位，使其徑向軸線成為基準(zhǔn)軸線；然后，將萬能千分表架放在平臺上，再將杠桿千分尺安裝在萬能千分表架的適當(dāng)位置上，使得測頭與檢驗(yàn)棒上的母線各測量點(diǎn)接觸在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希页龌鶞?zhǔn)軸線；最后，對活塞對稱度誤差進(jìn)行檢測。

2　V型塊的選用與分析

V型塊的精度是保證活塞測量精度的基礎(chǔ)，因此人們只能使用而不能對其任意調(diào)整，所以及時發(fā)現(xiàn)問題，并加以修改是非常必要的。需要解決V型塊與活塞的干涉問題，檢驗(yàn)V型塊是否與活塞匹配。首先，在V型塊的定位、夾緊和測量時，有時會發(fā)生干涉，需要及時發(fā)現(xiàn)問題，并加以改正；再次，需要調(diào)整V型塊在絲杠上滑動時是否靈活，以及夾緊時力度的大小；最后，需要保證V型塊定位與千分表測量的穩(wěn)定性，通常來說，可以選用質(zhì)量最好的合適活塞進(jìn)行調(diào)整，大量多次的重復(fù)測量其穩(wěn)定性。

3　活塞形位誤差檢測實(shí)驗(yàn)

3.1　圓度和圓柱度檢測實(shí)驗(yàn)

通過測量活塞端面的半徑變化量求活塞圓度和圓柱度誤差，實(shí)驗(yàn)的器具主要有：V型塊、千分表、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、尾座和活塞。測量系統(tǒng)的度量指標(biāo)如下：分度范圍0°<θi<360°，分度精度為1′，徑向測量范圍為0 mm～12 mm，徑向示值范圍為0.2 mm，分度值為0.001 mm。圓度、圓柱度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1-V型塊；2-被測活塞；3-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置；4-千分表：5-尾座

實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將活塞固定在V型塊與尾座之間；②將千分表固定在工作臺上，找最大值轉(zhuǎn)折點(diǎn)調(diào)零；③開動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，使得每次旋轉(zhuǎn)θi=30°，讀取千分表上的圓度值，即ri，共12個。根據(jù)測量結(jié)果(如表1、表2所示)，得出活塞的圓度誤差f與圓柱度誤差t。

表1　圓度測量數(shù)據(jù)記錄

表2　圓柱度測量數(shù)據(jù)記錄

所測活塞的直徑為40.3 mm，根據(jù)相應(yīng)公差等級，圓度、圓柱度公差標(biāo)準(zhǔn)為11。由此可見，圓度和圓柱度誤差均在公差范圍內(nèi)，所以活塞打標(biāo)后圓度和圓柱度合格。

3.2　對稱度檢測實(shí)驗(yàn)

在平臺上測量活塞銷孔對稱度誤差實(shí)驗(yàn)所用器具有：平臺、V型塊、檢驗(yàn)棒、萬能千分表架、杠桿千分表架、活塞。測量系統(tǒng)的度量指標(biāo)如下：示值范圍為0.1 mm，分度值為0.001 mm。測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-V型塊；2-被測活塞；3-檢驗(yàn)棒；4-千分表；5-尾座

實(shí)驗(yàn)步驟如下：①定位檢驗(yàn)棒，使其徑向軸線成為基準(zhǔn)軸線，將萬能千分表架放在平臺上，測量檢驗(yàn)棒兩個截面，觀察千分表讀數(shù)，并將檢驗(yàn)棒的軸線作為基準(zhǔn)軸線；②用V型塊夾緊活塞，檢驗(yàn)棒與銷孔配合，將杠桿千分尺安裝在萬能千分表架上，使得測頭與檢驗(yàn)棒上的母線各測量點(diǎn)接觸在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｈ芜x3個端面C-C、D-D、E-E，用千分表分別測量端面處各點(diǎn)讀數(shù)。每個端面分別取3個點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，即C1、C2、C3、D1、D2、D3、E1、E2、E3。其中起始端讀數(shù)即為qi，對側(cè)讀數(shù)即為qj。

表3　對稱度測量數(shù)據(jù)記錄

經(jīng)查活塞的對稱度公差標(biāo)準(zhǔn)為20 μm，由上述對活塞對稱度的檢測可知，活塞對稱度誤差為12.8 μm，符合所要求的精度。

3.3　實(shí)際測量驗(yàn)證

壓標(biāo)設(shè)備如圖4所示。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證條件：壓力為200 N(廠方實(shí)際應(yīng)用壓標(biāo)壓力)，壓標(biāo)時間為0.2 s。

圖4　活塞打標(biāo)樣機(jī)

位置1：圓度誤差為5.8 μm，圓柱度誤差為7.3 μm，對稱度誤差為11.3 μm。

位置2：圓度誤差為9.3 μm，圓柱度誤差為11.2 μm，對稱度誤差為15.3 μm。

由以上驗(yàn)證可知，位置1打標(biāo)時，活塞的各項(xiàng)誤差值均在正常范圍內(nèi)；在位置2打標(biāo)時，活塞的圓柱度誤差明顯超差，影響了活塞零件的使用。故應(yīng)選擇在位置1打標(biāo)。

4　結(jié)語

本文通過對制冷壓縮機(jī)活塞形位誤差的分析與研究，考慮到影響因素的關(guān)鍵程度和現(xiàn)實(shí)中實(shí)驗(yàn)條件(包

括加工過程、打標(biāo)、夾具的精度)，制定了具體的測量方案。根據(jù)外部關(guān)鍵影響因素搭建測量設(shè)備，避免了人為旋轉(zhuǎn)活塞造成的角度誤差、振動等外部原因，提高了測量的精度；依據(jù)提出的關(guān)鍵影響因素和搭建的實(shí)驗(yàn)臺組織實(shí)驗(yàn)，通過對活塞圓度誤差、圓柱度誤差、對稱度誤差的測量實(shí)驗(yàn)，得出每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖紙顯示形位公差的對比分析。針對目前工廠中存在的打標(biāo)變形問題，給予理論上的分析，并為廠方提供了解決方案，滿足了廠方要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]莫姣.凸輪軸形位誤差在線測量方法的研究[J].上海交通大學(xué),2011(5):33-34.

[2]王瑞.形位誤差評定理論的發(fā)展?fàn)顩r[J].遼寧師專學(xué)報,2005，7(2):13-15.

[3]呂會賓.多功能形位誤差測量系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].重型機(jī)械科技,2002(2):7-8.

[4]Chen Muchen.Roundness measurement for discontinuous perimeters via machine visions[J].Computer in Industry,2002(47):185-197.

[5]李朝國.千分表測量平面度誤差原理方法及數(shù)據(jù)處理[J].金屬加工,2012(6):96-97.