汽車發動機冷卻水泵中半開式葉輪錐面測量圓高度檢具設計

朱 勇

（河南省西峽汽車水泵股份有限公司技術中心，河南 西峽 474500）

汽車發動機冷卻水泵中半開式葉輪錐面測量圓高度檢具設計

朱 勇

（河南省西峽汽車水泵股份有限公司技術中心，河南 西峽 474500）

本文介紹了汽車發動機冷卻水泵中半開式葉輪錐面測量圓高度的測量方法和量檢具的設計原理和使用方法及判定準則。

汽車發動機冷卻水泵；半開式葉輪；葉輪錐面；測量圓；測量圓高度；錐面角度

1 引言

汽車發動機冷卻水泵是汽車發動機冷卻系統的重要組成部分。其作用是使冷卻液循環流動降低發動機運行溫度。汽車發動機冷卻水泵的運行依據能量守恒定律，即發動機曲軸輸出的機械能通過輪系傳遞給水泵，又通過水泵傳遞給冷卻液，使機械能轉化為冷卻液的液壓能，冷卻液從外界獲得能量后就產生了速度、壓力。葉輪是水泵的重要組成部分，它是一個過流部件，葉輪的精度、結構對水泵的性能具有決定性的影響。葉輪的結構可分為三類：閉式葉輪、開式葉輪、半開式葉輪。如圖1所示：

圖1

葉片形狀依據水泵性能及安裝的空間位置大小，可設計為曲線形葉片，也可設計為直線形葉片。

2 圖紙標注理解

葉輪圖紙設計時，葉片錐面標注大多會給出錐角和錐面某一截面的高度尺寸。如圖2所示。

164°形成一個錐面，其實際角度由圓錐角公差帶控制。

葉片圓錐面上的?100是一個特征圓，也被稱做測量圓。測量圓形成的圓柱面與葉片圓錐面在理論上形成一條相交線，實際由于葉片的不連續，理論相交線只在葉片厚度范圍內存在。這條相交線與葉輪大面有尺寸規定，如圖2所示的290-0.13，此高度被稱做葉輪測量圓高度。此高度尺寸是一個重要特性，葉輪裝配后，葉片錐面與泵體相應部位形成間隙，此間隙影響水泵性能，要控制裝配間隙，必須控制葉輪單件高度尺寸，即控制葉輪測量圓高度尺寸。

半開式葉輪設計圖紙（主視圖）如圖2所示：

圖2

本文針對圖2中的葉輪測量圓高度尺寸即29 設計專用檢具。

多葉片組成錐面，錐面不連續，加工過程中形成斷續切屑，每個葉片的測量圓高度偏差都不一樣。檢驗時必須對每個葉片的測量圓高度都進行檢驗，葉片測量圓高度在要求范圍內，則認為葉片測量圓高度尺寸合格，以此評定葉片測量圓高度。

單件或小批量試制生產時，通常采用三坐標測量；

大批量生產時，為提高檢測效率，必須設計專用量具。

4 專用量具原理

對量具有兩點要求：a.可判定尺寸是否合格；b.可測出測量圓高度的實際尺寸數值。專用量具利用比較測量原理設計。

因此，在檢測測量圓高度尺寸時，多數采用指示表和標準高度塊的組合形式。

5 檢具方案

檢具由三部分組成：安放葉輪的底座組件，用于復現基準尺寸的標準高度塊，具有示值功能用于檢測測量圓高度尺寸的示值組件。

檢具整體方案如圖3所示：

圖3

（1）安放葉輪的底座組件其作用為：1）模擬A基準，形成測量中心基準；2）模擬葉輪大面，形成測量圓高度尺寸的一個基準面，作為該尺寸的測量基準；

安放葉輪的底座組件如圖4所示：

圖4

它由中心定位芯軸、支撐塊、底板組成。

中心定位芯軸作用是：1）與葉輪內孔小間隙配合，用于體現A基準。2）與示值組件的中心定位襯套小間隙配合，用于傳遞A基準。

底板的作用是與葉輪大面貼合，模擬出葉輪測量圓高度尺寸的一端作為測量的基準。

支撐塊的作用是為了支撐示值組件，使其在對零和測量時占據固定的位置，把尺寸的變化只傳遞給指示表。

（2）示值檢測組件具有示值功能得出檢測測量圓高度尺寸的變動量。如圖5所示：

圖5

示值組件由檢具板、指示表、中心定位襯套，指示表夾緊襯套、壓緊螺釘組成。指示表通常選用分度值為0.01的百分表，通常選取球型測頭。

中心定位襯套與底座組件的中心定位芯軸的導向部分形成小間隙配合，用于模擬葉輪中心。

為了方便制造，指示表通常豎直安裝。由于指示表采用豎直安裝，為保證測頭與葉片錐面的接觸點在測量圓上，中心定位襯套中心與指示表安裝中心的距離并非為測量圓直徑的一半，需根據所選指示表測頭直徑利用圖解法得出。

以圖例說明如下（如圖6所示）：

圖6

假設指示表為測頭直徑為?2.5的百分表，首先在葉輪圖紙上找出?100測量圓與某一葉片錐面交點A點，其次過A點做一條直線B，該直線垂直于葉片錐面，再次以A點為圓心，做出與測頭直徑相等的圓C（即?2.5圓），該圓與直線B在葉片外的交點為D點，D點與葉輪中心距離即為檢具板上中心定位襯套中心與指示表安裝中心的距離，圖例該尺寸為50.2。如圖7所示：

圖7

（3）標準高度塊用于復現基準尺寸，與測得值進行比較。在測量時，為了方便從指示表讀取數值并快速判斷，通常標準高度塊的標稱尺寸按被測尺寸的下差設計，如29 的標準高度塊標稱尺寸按28.87設計，這樣可使指示表對零后，指針只沿一個方向旋轉。

由于指示表的豎直放置，測頭與錐面的交點與測頭的最低點不是同一點，而標準高度塊是與測頭最低點接觸。測量點在?100圓上。這使得標準高度塊的標稱值不等于尺寸下差，標稱值與葉片錐面和測頭直徑有關。如圖8所示：理論標稱高度為測量最低點與葉輪大面間的距離（圖例為28.858）。

圖8

為了彌補量具制造誤差對測量精度的影響，實際中常把理論標稱高度設計成尺寸下差，用于提高測量的可靠性。可把實測高度和量具編號刻印在標準高度塊外圓面上作為標識。如圖9所示：

圖9

6 測量方法與評價原則

該尺寸采用比較測量（又稱微差測量）。

圖10

（1）首先需在量具上放入標準高度塊。如圖10中的①。標準高度塊以被測尺寸下差設計，在其外圓面上打印有標稱高度，假設標稱高度用Y表示（圖例中標稱高度為28.872）。

（2）指示表對零。如圖10中的②

（3）指示表對零后，取下示值組件和標準高度塊，放上葉輪，用兩手食指壓緊葉輪使葉輪大面與檢具板貼合。如圖10中的③

（4）放入示值組件，使示值組件中心定位襯套穿入中心定位芯軸，使指示表測頭與葉片錐面接觸。如圖10中的④

（5）用手拔動葉輪，測每個葉片的指示表數值，記下最大讀數和最小讀數。假設最大讀數為X，最小讀數為X 。（讀數可能為負值，也可能為正值）

則葉輪高度實際范圍為：最大Y+ X，最小Y+ X 。

由于量具是由多個組件組成，各零件制造誤差、組件裝配誤差、指示表示值誤差等因素對指示表示值存在影響，為避免產生誤收，需按雙邊內縮方式確定驗收尺寸，通常內縮安全裕度A約為要求公差帶的10%。（圖例所示A=0.1X0.13=0.013，則驗收極限為：29）（以圖例說明）判定原則：必須滿足以下兩個條件，尺寸合格。

Y+ X ≤28.987（內縮后的最大極限尺寸：29-0.013）

Y+ X ≥28.883（內縮后的最小極限尺寸：29-0.117）

[1]黃云清主編.公差配合與測量技術[K].北京：機械工業出版社，2001（03）.

[2]陳家瑞主編.汽車構造（上冊）3版[K].北京：機械工業出版社，2009（02）.

[3]關醒凡編著.現代泵技術手冊[K].北京：宇航出版社，1995.

朱勇（1983—），男，本科，助理工程師。