CN112197733B - 一种气门摇摆间隙自动测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：包括能够负载被测缸盖和检测机构的底座固定机构，以及用于控制检测机构的控制系统，测量机构包括直线导轨一、主动触碰头和测量触碰头，通过控制直线导轨一和伺服转台，进而控制主动触碰头和测量触碰头与气门杆接触，推动气门杆摇摆，由于气门杆顶部的最大最小位移差值即为摇摆间隙，因此通过测量两个触碰头可移动的位移差值，即可得到摇摆间隙值，完成气门杆摇摆间隙的自动测量。本发明能够精确测量摇摆间隙，有效解决现有摇摆间隙检测方式重复性和可再现性低的问题，测量结果稳定且可信。

Description

一种气门摇摆间隙自动测量仪器

技术领域

本发明涉及一种气门摇摆间隙自动测量仪器，汽车零部件测量领域。

背景技术

发动机是为汽车或其他设备提供动力的机构。发动机的气缸内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆和曲轴相连接。发动机每旋转两周完成一个工作循环，在这个工作循环中，有一个冲程是做功的，即内燃机燃烧室内混合气燃烧做功膨胀推动活塞下行，另外三个冲程的旋转是依靠曲轴惯性作用，带动活塞上下往复运动。

发动机配气机构总体可以分为气门传动组和气门组两大部分，为了吸入新鲜空气与燃料混合燃烧和排出燃烧后的废气，每个气缸均必须设置相应的进气门和排气门。

气门是发动机重要组成部件，用于向汽车发动机内输入气体燃料并排出废气。气门摇摆间隙就是指发动机缸盖在冷态时，气门位于气门导管内与气门导管间隙配合，能够相对气门导管转动和上下运动，且被气门导管支撑。在发动机开发、生产阶段，测量发动机气门摇摆间隙是零部件尺寸配合的一个重要检测项。

在汽车发动机运行一定里程之后，气门和气门导管之间会发生相对磨损，导致两者之间的间隙变大，造成气门导管对于气门的支撑作用失效，进而导致漏气和漏油，导致发动机功率扭矩下降，排放变差甚至烧机油，因此合适的气门摇摆间隙对发动机尤为重要。

为了保证合适的气门摇摆间隙，目前普遍采用千分表依靠操作员经验对气门两个方向各施加一定力，通过测量两个方向测出的位移差值即为气门摇摆间隙。在实际测量过程中，由于施加的力的判别标准为操作员“感觉有轻微的阻力”，所以经常会出现由于操作员感觉的不同导致最终测量结果的差异。这种测量方法存在测得的气门摇摆间隙值重复性和可再现性低的问题，其测量结果并非很可靠，且测量效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有气门间隙检测方式重复性、可靠性和可再现性低的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：包括能够负载被测缸盖和检测机构的底座固定机构，以及用于控制检测机构的控制系统；所述检测机构包括X向移动机构、Y向移动机构、伺服转台、以及能够推动气门摇摆并对气门不同方向摇摆间隙进行测量的测量机构；

所述测量机构包括直线导轨一、主动触碰头和测量触碰头，所述主动触碰头和测量触碰头相对设置在直线导轨一下方，控制系统驱动主动触碰头和测量触碰头沿直线导轨一滑动与气门杆接触进而推动气门杆摇摆，并对气门摇摆位移量进行测量采集，完成单个气门沿一个方向的摇摆位移量自动测量；

所述X向移动机构设在底座固定机构上，Y向移动机构设在X向移动机构上方并与X向移动机构连接固定，所述测量机构通过伺服转台与Y向移动机构连接，控制系统控制伺服转台回转带动测量机构转动完成单个气门杆沿其他方向摇摆位移量的自动测量；

控制系统通过控制所述测量机构分别沿X向移动机构、Y向移动机构移动并定位，实现测量机构对被测缸盖上多个气门摇摆间隙的自动测量。

优选地，所述控制系统包括上位机，所述上位机分别连接X轴控制器，用于控制所述测量机构沿X向的移动和定位；

Y轴控制器，用于控制所述测量机构沿Y向的移动和移动位置的定位；

转台控制器，用于控制伺服转台的回转和回转位置的定位；

测量控制器，用于控制测量机构对气门摇摆位移量进行测量并将测量数据采集传输至上位机。

优选地，所述主动触碰头包括电磁作动器和触碰头一，所述测量触碰头包括位移传感器和触碰头二，所述触碰头一与触碰头二相对设置在直线导轨一上，所述测量控制器分别控制电磁作动器和位移传感器带动触碰头一和触碰头二与气门杆接触推动气门摇摆，位移传感器对气门杆的摇摆位移量进行测量并将测量数据通过测量控制器传输至上位机。

优选地，所述X向移动机构为丝杠模组，所述丝杠模组包括丝杠、重载直线导轨和滑板，所述重载直线导轨设在丝杠的两侧，所述滑板套在丝杠并与重载直线导轨相互配合，所述Y向移动机构设在滑板上并与滑板连接固定，X轴控制器控制丝杠转动或停止，进而通过滑板带动Y向移动机构移动，实现所述测量机构沿X向的移动和定位。

优选地，所述Y向移动机构为丝杠云台，所述丝杠云台包括云台基板、云台安装板和直线导轨二，所述云台安装板通过云台基板与丝杠模组的滑板连接固定，直线导轨二设在云台安装板的底面上，直线导轨二的方向与重载直线导轨的方向垂直，所述直线导轨一通过伺服转台设在直线导轨二上，伺服转台通过Y轴控制器控制沿着直线导轨二来回滑动进而通过带动直线导轨一带动整个测量机构沿Y向移动和定位。

优选地，所述云台基板的两端分别通过加固筋与滑板和云台安装板连接固定。

优选地，所述底座固定机构包括安装底座和缸体夹具，所述缸体夹具设在安装底座上，被测缸盖设在缸体夹具上使得被测缸盖正对测量机构，被测缸盖上的气门杆与水平面垂直。

优选地，所述直线导轨一通过测量平台与伺服转台的下表面连接，所述电磁作动器和位移传感器设在测量平台上，分别与触碰头一和触碰头二连接。

优选地，所述伺服转台下表面的直径大于直线导轨一的长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的发动机气门摇摆间隙自动测量仪器通过控制直线导轨一和伺服转台，进而控制主动触碰头和测量触碰头与气门杆接触，推动气门杆摇摆，由于气门杆顶部的最大最小位移差值即为摇摆间隙，因此通过测量两个触碰头可移动的位移差值，即可得到摇摆间隙值，完成单个气门杆摇摆间隙的测量。通过控制测量机构沿X向移动机构、Y向移动机构移动完成对多个气门摇摆间隙的测量。通过位移传感器将电信号转换输出位移数值，可以精确测量摇摆间隙，相对于现有技术采用千分表和人工经验测量的方式，能够有效解决现有摇摆间隙检测方式重复性和可再现性低的问题，测量结果稳定且可信。

附图说明

图1为本发明一种气门摇摆间隙自动测量仪器三视图；

图2为本发明一种气门摇摆间隙自动测量仪器立体图一；

图3为本发明一种气门摇摆间隙自动测量仪器立体图二；

图4为本发明一种气门摇摆间隙自动测量仪器爆炸图；

图5为本发明测量过程示意图；

图6为本发明测量结果示意图；

图7为本发明控制系统硬件构成图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“X、Y、Z”通常是指本发明提供的发动机气门摇摆间隙自动测量仪器在正常使用情况下定义的，并与附图所示的方向一致。

上述这些方位词是为了便于理解本发明而定义的，因而不应构成对本发明保护范围的限制。

如图1至图4所示，本发明一种气门摇摆间隙自动测量仪器，包括能够负载被测缸盖5和检测机构的底座固定机构、以及用于控制检测机构的控制系统。检测机构包括X向移动机构、Y向移动机构、伺服转台8、以及能够推动气门摇摆并对不同方向摇摆间隙进行测量的测量机构。测量机构包括测量平台7、直线导轨一9、主动触碰头和测量触碰头，主动触碰头和测量触碰头相对设置在直线导轨一9上，直线导轨一9为精密直线导轨，通过测量平台7与伺服转台8的下表面连接，由伺服转台8带动转动。伺服转台8的下表面为平面且伺服转台8的下表面的直径大于直线导轨一9的长度，以使直线导轨一9在伺服转台8顺时针或逆时针转动的过程中不会与其他部件产生干涉。

主动触碰头和测量触碰头与气门杆顶部圆形盘的边缘接触带动气门摇摆并对摇摆位移量进行测量，伺服转台8带动主动触碰头和测量触碰头回转完成单个气门沿其他方向摇摆位移量的测量；控制系统驱动测量机构沿X向移动机构、Y向移动机构移动实现被测缸盖5上多个气门摇摆间隙的测量。

如图7所示，本发明的控制系统采用上位机自动控制，上位机分别连接X轴控制器、Y轴控制器、转台控制器和测量控制器。X轴控制器控制测量机构沿X向的移动和定位，Y轴控制器控制测量机构沿Y向的移动和移动位置的定位，转台控制器控制伺服转台8的回转和回转位置的定位，测量控制器控制测量机构对气门摇摆位移量进行测量并将测量数据采集传输至上位机。

主动触碰头包括电磁作动器2和触碰头一11，测量触碰头包括位移传感器6和触碰头二12，触碰头一11与电磁作动器2的触头接触，触碰头二12与位移传感器6的触头接触。测量平台7通过螺钉固定在伺服转台8上，电磁作动器2和位移传感器6固定在测量平台7上，直线导轨一9装在测量平台7的底面上，，触碰头一11与触碰头二12相对安装在直线导轨一9上并能够沿着直线导轨一9滑动上满足测试要求。测量控制器控制电磁作动器2和位移传感器6推动触碰头一11和触碰头二12与气门杆接触使得气门摇摆，位移传感器6对气门的摇摆位移量进行测量。电磁作动器2是按照确定的控制规律对触碰头一11施加控制力；位移传感器6是高精度测量仪器，重复精度0.01mm，极大地保证了测试数值的准确性，位移传感器6通过电位器元件将机械位移转换为电量，从而将信号送入上位机中便于读取。

X向移动机构为丝杠模组3，丝杆模组3是通过各个单元的组合实现负载的直线运动，通过自动化使运动更加灵活、定位更加精准。丝杆模组3包括丝杠3-1、重载直线导轨3-2和滑板3-3，重载直线导轨3-2安装在丝杠3-1的两侧，滑板3-3套在丝杠3-1上并与重载直线导轨3-2相互配合，通过丝杠3-1带动沿着重载直线导轨3-2滑动。Y向移动机构固定滑板3-3上，X轴控制器控制丝杠3-1转动或停止，进而通过滑板3-3带动Y向移动机构移动或停止，实现测量机构沿X向的移动和定位。

Y向移动机构为丝杠云台1，丝杆云台1是安装在丝杆模组3上随同其一起运动的平台，平台实现测量机构的定位和安装。丝杠云台1包括云台基板1-4、云台安装板1-3、直线导轨二1-2和加固筋1-1，云台安装板1-3通过云台基板1-4与丝杠模组3的滑板3-3连接固定，云台基板1-4竖直固定在滑板3-3上，云台基板1-4的两端分别通过加固筋1-1与滑板3-3的顶面和云台安装板1-3的底面连接固定。直线导轨二1-2装在云台安装板1-3的底面上，直线导轨二1-2的方向与重载直线导轨3-2的方向垂直，伺服转台8通过滑块装在直线导轨1-2上，并通过Y轴控制器控制沿着直线导轨二1-2来回滑动，伺服转台8通过带动直线导轨一9带动整个测量机构沿Y向移动和定位。同时伺服转台8具有高精度定位能力、速率平稳等良好动态特性，可精确控制测量平台7转动。

底座固定机构包括安装底座4和缸体夹具10，缸体夹具10为斜块，通过螺钉固定在安装底座4上，被测缸盖5装在缸体夹具10上使得被测缸盖5正对测量机构，被测缸盖5上的气门杆与水平面垂直。

本发明的基本技术构思为通过检测机构的XY向运动，使测量机构的中心即两块测量板的中间位置准确的对准待测气门杆中心，通过控制位移传感器6使得触碰头二12抵着气门杆顶部的圆形盘。通过电磁作动器2产生向前的推动力，使得气门杆产生位移量，并通过位移传感器6将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出，物体的位移引起电位器移动端的电阻变化，阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向，从而精确测量气门杆沿X轴和Y轴上的位移量。

上位机程序操作界面有“检测”、“设置”、“手动”、“历史”四个显示界面。在“检测”界面中，显示有1-8号八个进气门和排气门的X轴和Y轴的摇摆间隙测量值，右侧有“开始”和“停止”的按钮；每当按下“开始”按钮，本发明仪器将从被测缸盖5上的1号进气门/排气门开始，依次测量气门杆X轴和Y轴的摇摆间隙测量值并记录在界面中，“停止”按钮可以随时中断测试过程。在“设置”界面中，可以手动设置X轴的速度和位移数值、转台的速度和步距角数值，这些设置参数将关联到仪器运行程序中。在“手动”界面中，左侧X轴和Y轴的绿灯表示在静止状态，若发生运动则会变为红灯，X轴下侧的文本框中显示了X轴的位移数值，Y轴下侧的文本框中显示了Y轴的旋转角度数值；右侧的吸附和释放的绿灯表示在静止状态，若发生吸附或释放的运动则会变为红灯，吸附指电磁动作器和位移传感器在靠近待测气门，释放指电磁动作器和位移传感器在远离被测气门，下方的文本框中显示了位移数值。在“历史”界面中，将显示时间、编号、排气X、排气Y等历史数据，便于查看记录。

具体使用流程如下：

1.安装被测气缸盖5

车用发动机气缸盖上气门布置通常采用斜向布置，故在安装气缸盖前，应选用合适夹角的缸体夹具10。通过螺栓将被测缸盖5与缸体夹具10精密配合紧固后，将被测缸盖5-缸体夹具10总成安装于安装底座4上。

2.设定相应的测试参数

在上位机操作系统上，分别设定气门间距，缸体中心间距与相应的气门相对坐标位置。从而便于系统自动计算气门测定基准点。

3.安装测试工艺气门

将工艺气门插入被测气门座内，注意在安装气门前，应检查气门杆与气门座的配合情况，对接触表面进行清洁。

4.系统进行自动测量

控制系统按照之前设定的气门相对坐标位置与气缸盖参数，将测量平台7沿气缸方向(X向移动机构移动方向)移动至被测气门上方，并将触碰头一11与触碰头二12插入气门周边，如图5所示。

此时，触碰头二12顶住气门一侧，通过位移传感器6的归位弹簧提供5N的压紧力，将气门杆顶向朝向触碰头一11的一侧，测定第一个位移数据s1。随后，电磁作动器2工作，驱动触碰头一11在另一侧顶住气门杆，从而使气门杆移动向触碰头二12的一侧，测定第二个位移数据s2。则可得到气门间隙：δ_s＝s₁-s₂，即为X向气门摇摆间隙，如图6所示。测量平台7在伺服转台8的驱动下，旋转90°，按照上述步骤测定Y向气门摇摆间隙。在完成了一个气门沿X和Y向摇摆间隙的测定后。随后通过上位机控制移动X向移动机构和Y向移动机构，将测量平台7移动至下一个气门重复以上工作，直至所有气门摇摆间隙均测量完成。

Claims (7)

1.一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：包括能够负载被测缸盖(5)和检测机构的底座固定机构，以及用于控制检测机构的控制系统；所述检测机构包括X向移动机构、Y向移动机构、伺服转台(8)、以及能够推动气门摇摆并对气门不同方向摇摆间隙进行测量的测量机构；

所述测量机构包括直线导轨一(9)、主动触碰头和测量触碰头，所述主动触碰头和测量触碰头相对设置在直线导轨一(9)下方，控制系统驱动主动触碰头和测量触碰头沿直线导轨一(9)滑动与气门杆接触进而推动气门杆摇摆，并对气门摇摆位移量进行测量采集，完成单个气门沿一个方向的摇摆位移量自动测量，控制系统对气门沿当前方向的摇摆位移量进行记录并作差得到当前方向的气门摇摆间隙；

所述X向移动机构设在底座固定机构上，Y向移动机构设在X向移动机构上方并与X向移动机构连接固定，所述测量机构通过伺服转台(8)与Y向移动机构连接，控制系统控制伺服转台(8)回转带动测量机构转动完成单个气门杆沿其他方向摇摆位移量的自动测量，控制系统对气门沿其他方向的摇摆位移量进行记录并作差得到其他方向的气门摇摆间隙；

控制系统通过控制所述测量机构分别沿X向移动机构、Y向移动机构移动并定位，实现测量机构对被测缸盖(5)上多个气门摇摆间隙的自动测量；

所述控制系统包括上位机，所述上位机分别连接X轴控制器，用于控制所述测量机构沿X向的移动和定位；

Y轴控制器，用于控制所述测量机构沿Y向的移动和移动位置的定位；

转台控制器，用于控制伺服转台(8)的回转和回转位置的定位；

测量控制器，用于控制测量机构对气门摇摆位移量进行测量并将测量数据采集传输至上位机；

所述主动触碰头包括电磁作动器(2)和触碰头一(11)，所述测量触碰头包括位移传感器(6)和触碰头二(12)，所述触碰头一(11)与触碰头二(12)相对设置在直线导轨一(9)上，所述测量控制器分别控制电磁作动器(2)和位移传感器(6)带动触碰头一(11)和触碰头二(12)与气门杆接触推动气门摇摆，位移传感器(6)对气门杆的摇摆位移量进行测量并将测量数据通过测量控制器传输至上位机。

2.如权利要求1所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述X向移动机构为丝杠模组(3)，所述丝杠模组(3)包括丝杠(3-1)、重载直线导轨(3-2)和滑板(3-3)，所述重载直线导轨(3-2)设在丝杠(3-1)的两侧，所述滑板(3-3)套在丝杠(3-1)并与重载直线导轨(3-2)相互配合，所述Y向移动机构设在滑板(3-3)上并与滑板(3-3)连接固定，X轴控制器控制丝杠(3-1)转动或停止，进而通过滑板(3-3)带动Y向移动机构移动，实现所述测量机构沿X向的移动和定位。

3.如权利要求1所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述Y向移动机构为丝杠云台(1)，所述丝杠云台(1)包括云台基板(1-4)、云台安装板(1-3)和直线导轨二(1-2)，所述云台安装板(1-3)通过云台基板(1-4)与丝杠模组(3)的滑板(3-3)连接固定，直线导轨二(1-2)设在云台安装板(1-3)的底面上，直线导轨二(1-2)的方向与重载直线导轨(3-2)的方向垂直，所述直线导轨一(9)通过伺服转台(8)设在直线导轨二(1-2)上，伺服转台(8)通过Y轴控制器控制沿着直线导轨二(1-2)来回滑动进而通过带动直线导轨一(9)带动整个测量机构沿Y向移动和定位。

4.如权利要求3所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述云台基板(1-4)的两端分别通过加固筋(1-1)与滑板(3-3)和云台安装板(1-3)连接固定。

5.如权利要求1所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述底座固定机构包括安装底座(4)和缸体夹具(10)，所述缸体夹具(10)设在安装底座(4)上，被测缸盖(5)设在缸体夹具(10)上使得被测缸盖(5)正对测量机构，被测缸盖(5)上的气门杆与水平面垂直。

6.如权利要求1所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述直线导轨一(9)通过测量平台(7)与伺服转台(8)的下表面连接，所述电磁作动器(2)和位移传感器(6)设在测量平台(7)上，分别与触碰头一(11)和触碰头二(12)连接。

7.如权利要求1所述的一种气门摇摆间隙自动测量仪器，其特征在于：所述伺服转台(8)下表面的直径大于直线导轨一(9)的长度。

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