凸轮测量测头转换及当量升程表计算方法

凸轮轴是影响发动机配气机构工作质量的关键部件，它的功能是保证发动机气门组有准确、平稳的良好运动规律。凸轮的测量，主要是为评定凸轮轴上各凸轮的几何精度和装机后的动力特性提供依据，所以，在对凸轮进行测量时，应按设计要求选择与凸轮机构从动件(挺柱)相同形式和形状的测头，按设计要求给出的转角—升程表进行测量，以正确反映凸轮机构的运动规律。 2 测头转换 测头转换，不是指简单地将一种测头换成另一种测头，而是指采用不符合设计要求形式和形状的测头进行凸轮测量时测量参数的转换。在测量中，把不符合设计要求形式和形状的测头卸下，装上符合设计要求形式和形状的测头的一组操作称为测头换装。测头转换和测头换装是两个截然不同的概念。 无论是确定凸轮的检测位置，还是测量凸轮的升程，都应采用与凸轮机构从动件(挺柱)相同形式和形状的测头。例如，S195 型柴油机的配气凸轮的从动件是平面挺柱，测量时应采用平面测头：供油凸轮的从动件是滚柱挺柱，测量时应采用与滚柱挺柱直径相同的滚柱测头。可是，常常是当同一根凸轮轴上各凸轮的从动件设计要求不同时，本应分别采用符合设计要求的不同形式和形状的测头进行测量，可是一些测量者为了省去在测量过程中换装测头的麻烦，竟用同一测头去测量凸轮轴上各个凸轮，这对某一个凸轮而言就引发了测头转换问题，尤其是在凸轮自动测量时，这种转换测头形式和形状的现象更为普遍。

测头形式和形状转换后，改用当量升程表测量，原理上并不存在问题。但是现行当量升程表，一般均以设计转角为依据而不是以设计受检点为依据来计算。也就是说，如果测头转换后与转换前的转角一致，则凸轮受检点将不同：如果测头转换前后受检点相同，则凸轮转角不同。例如，S195 型柴油机配气凸轮的“敏感点”m，采用设计要求的平面测头测量时，凸轮转角ap=46°07'16"(图1a)：采用?15mm 滚柱测头时，凸轮转角aG=16°53' (图1b)：采用刀口测头时，凸轮转角aD= 6°52'28"(图1c)。即凸轮同一受检点的ap≠aG≠aD。由此可知，测头形式和形状转换后，如仍按设计转角来计算当量升程，则凸轮设计受检点的位置就被篡改了，从而会由于测头转换前后受检点处凸轮形状误差不同，影响凸轮测量数据的准确性，甚至可能造成对凸轮合格性的判断错误(误废或误收)。 3 当量升程表 当遇到由于测量工艺条件的限制无法采用符合设计要求的形式和形状的测头时，例如，摩托车发动机顶置凸轮轴式的配气凸轮，必须将摇臂与凸轮型面接触的摆动式柱面的气门升程转换成对心移动式平面测头的凸轮升程(转换计算见杨光兴等所著《摩托车发动机原理与设计》(武汉测绘科技大学1993年出版社中第297页)，采用平面测头才有利于凸轮的加工和测量。又如S195型柴油机凸轮轴，设计要求配气(进、排)凸轮用平面测头测量，供油凸轮用?15mm滚柱测头测量，如果统一采用?15mm滚柱测头，这时配气凸轮测量就进行了测头转换。同一根凸轮轴上各凸轮统一采用一种测头测量，有利于凸轮自动测量。 当量转角—升程的计算：假设凸轮最大升程(桃尖)时的转角为零，当凸轮转过某一角度，凸轮与测头i点接触(i为受检点)时，对平面测头来说凸轮转角为ap，对应升程为hp：对滚柱测头来说凸轮转角为aG，对应升程为hG。如设图2中的OOi=Li，OiO1=ri+rc，则在?OO1A中 OA=OOi+OiA=Li+(ri+rc)cosap O1A=(ri+rc)sinap aG=tg-1{(ri+rc)sinap/[Li+(ri+rc)cosap]} 考虑公式适应凸轮轮廓各段，将上式改写为 aG=tg-1{(ri+rc)sinf(ap)/[Li+(ri+rc)cosf(ap)]} (1)
iO1中，根据余弦定理可得 (ri+rc)2=( ro+hG+rc)2+Li2-2Li( ro+hG+rc)cosaG 展开上式化简并考虑适应各段，得 hG=(ri+rc)cossin-1[Lisinf(aG)/(ri+rc)]+Licosf(aG)-( ro+rc)
(2)

1 0° 7.5500 0° 7.5500 顶圆段
2 1° 7.5472 0°22' 7.5490 顶圆段
3 2° 7.5387 0°44' 7.5459 顶圆段
6 5° 7.4795 1°50' 7.5246 顶圆段
11 10° 7.2690 3°40' 7.4483 顶圆段
21 20° 6.4343 7°20' 7.1422 顶圆段
31 30° 5.0716 11° 6.6283 顶圆段
41 40° 3.2217 14°40' 5.9000 顶圆段
46 45° 2.1315 16°30' 5.4521 顶圆段
47 46°07'16" 1.8731 16°53' 5.3512 敏感点
48 47° 1.6748 19°58' 4.2962 复圆段
49 48° 1.4647 23°03' 3.6002 复圆段
50 49° 1.2712 26°07' 2.9822 复圆段
51 50° 1.0944 29°12' 2.4304 复圆段
56 55° 0.4618 44°36' 0.5785 复圆段
61 60° 0.0000 60° 0.0000 接点
62 61° 0.2476 60°02' 0.2321 过渡段
63 62° 0.2410 60°04' 0.2150 过渡段
64 63° 0.2298 60°06' 0.1986 过渡段
65 64° 0.2140 60°08' 0.1828 过渡段
66 64°00'53" 0.2139 60°08'08" 0.1827 接点
67 65° 0.1965 65° 0.1765 缓冲段
71 70° 0.1195 70° 0.1071 缓冲段
76 75° 0.0612 75° 0.0548 缓冲段
81 80° 0.0221 80° 0.0198 缓冲段
88 87°30' 0.0000 87°30' 0.0000 缓冲段
如果将配气凸轮的平面测头转换为刀口测头测量时，可令式(1)、(2)中的rc=0，即 aD=tg-1[risinf(ap)]/[ Li+ricosf(ap)] (3)
hD=ricossin-1[Lisinf(aD)/ri]+Licosf(aD)-ro (4)
式(1)～(4)中：ro为凸轮基圆半径：rc为滚柱测头半径：ri为受检点的曲率半径：Li为凸轮受检点曲率中心与基圆中心间的距离：ap、aG、aD为平面、滚柱、刀口测头转角：hp、hG、hD为平面、滚柱、刀口测头升程。f(ap)、f(aG)、f(aD)随受检点位置所在凸轮轮廓段不同而变化。例如S195柴油机配气凸轮，受检点在顶圆段为ap、aG、aD，在复圆段为(60°-ap)、(60°-aG)、(60°-aD)……。 附表给出按通式(1)、(2)计算出的当量升程表实例。 4 几点说明 测头形式和形状的转换，只是在受到测量工艺条件限制无法采用符合设计要求形式和形状测头进行凸轮测量的特殊场合，为方便凸轮的加工和测量所采用的工艺措施。 当量升程表的计算应以设计受检点为依据，而不应以设计转角为依据。即测头转换应遵守凸轮受检点位置不变原则。 依据受检点计算出的当量转角，一般都是度分秒的角值，会给凸轮测量，特别是凸轮自动测量带来不便。为此，可以运用插值方法求出受检点近似整数度(或整数分)值的当量升程。 现行的当量升程表是以设计转角为依据的，它偏离了设计受检点的位置，所以按现行当量升程表进行凸轮测量，是与凸轮要求相悖的，是不可取的。