發(fā)動機總裝線機械挺柱測量原理及誤差分析

陳　鵬，王小娟，張　嬌

（上汽通用五菱汽車股份有限公司寶駿基地發(fā)動機工廠，廣西柳州545007）

發(fā)動機總裝線機械挺柱測量原理及誤差分析

陳鵬，王小娟，張嬌

（上汽通用五菱汽車股份有限公司寶駿基地發(fā)動機工廠，廣西柳州545007）

對于使用機械挺柱的發(fā)動機，為了防止氣門在熱態(tài)工作時受熱膨脹而導致發(fā)動機配氣系統(tǒng)的紊亂，需在冷態(tài)裝配時通過選配適應的氣門挺柱，以預留一定氣門間隙。對發(fā)動機總裝線氣門挺柱測量原理進行介紹，并分析氣門挺柱選配過程中的誤差來源，以及如何有效地對誤差進行控制。

挺柱；測量原理；誤差分析

相較于液壓挺柱，機械挺柱以其結構簡單、重量輕、成本低、動力損失小及易于維修等特點，被廣泛使用于眾多車型。通過選配正確級別的挺柱，能夠確保發(fā)動機冷態(tài)時存在一定的氣門間隙（見圖1），從而抵消發(fā)動機運行過程中的熱形變，保證配氣機構的正常運行。如果氣門及其傳動件在冷態(tài)時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門及其傳動件的的受熱膨脹勢必引起氣門關閉不嚴，造成發(fā)動機在壓縮和作功行程中的漏氣，從而使功率下降，嚴重時甚至不易啟動［1］。因此，正確的氣門間隙對于發(fā)動機配氣機構的正常運行起著至關重要的作用。

圖1　氣門間隙示意圖

在發(fā)動機總裝線，機械挺住選配設備一般由缸蓋測量設備、凸輪軸測量設備、挺柱挑選工位及氣門間隙復檢裝置組成。其是通過測量缸蓋總成及凸輪軸的相關尺寸，綜合計算出挺柱級別，操作人員根據(jù)計算結果選取相應挺柱并安裝，最后通過復檢氣門間隙完成的（如圖2所示）。

圖2　氣門挺柱選型流程圖

本文將對發(fā)動機總裝線機械挺柱的測量原理進行闡述，針對氣門挺柱選配過程中的誤差來源進行分析，并探尋如何有效地避免誤差。

1　幾種挺柱選配模型

1.1測量假設模型

根據(jù)自由狀態(tài)時凸輪軸軸頸與凸輪軸孔的配合關系，通常的挺柱選配設備假設了“A”“B”“C”三種測量模型，如圖3和表1所示。

（續(xù)下圖）

（續(xù)上圖）

2　機械挺柱選配測量原理

圖3　三種挺柱選配假設模型

根據(jù)模型“C”的分析，挺柱厚度：

2.1凸輪軸測量原理

B2是通過測量設備的傳感器測頭，對凸輪軸頸和凸輪軸基圓進行測量，并綜合計算得出，可理解為“基圓到相鄰兩個凸輪軸頸的連線的距離”。

以四缸四氣門發(fā)動機為例，進排氣各有8個氣門。凸輪軸測量設備包含26個測量單元，進排氣各用13個，其中5個A17傳感器檢測主軸頸，8個A120傳感器檢測凸輪軸基圓（如圖4所示）。以進氣側第n個氣門為例（見圖5），通過構建一元二次方程得出B2n（見圖示6）。

表1　模型假設依據(jù)分析

圖4　凸輪軸測量設備測頭

圖5　B2n測量示意圖

1.2假設模型分析

（1）發(fā)動機冷態(tài)時，由于凸輪軸的不規(guī)則性，部分氣門處于受壓迫狀態(tài)，部分氣門處于自由狀態(tài)。這就決定了，凸輪軸頸與凸輪軸孔的配合可能同時存在“A”“B”“C”三種情況。

（2）發(fā)動機熱態(tài)時，由于凸輪軸快速旋轉，同時潤滑油介入，在凸輪軸頸與凸輪軸孔之間建立了一層油膜，此時兩者的配合狀態(tài)最接近于模型“B”。

（3）對比三種假設模型，模型“B”更精確地模擬了發(fā)動機的實際工況，但在該模型下，引入了4個測量值，測量變量多，測量過程復雜，誤差累積較大，可行性不高。模型“A”“C”顯然更易于運算，相比之下，模型“C”測量參數(shù)最少，可行性最高。

（4）模型“C”以其測量變量少，操作簡單的特點，在國內發(fā)動機總裝線得到廣泛使用，下文將以模型“C”進行分析和討論。

圖6　B2n求解模型

根據(jù)凸輪軸圖紙可知，沿軸線方向的a，b，c的值通過凸輪軸圖紙獲得。而Ta，Tb，Tc由關聯(lián)傳感器測量獲得。

2.2缸蓋測量原理

A2是通過缸蓋測量設備的傳感器測頭，對缸蓋上的凸輪軸孔和氣門桿頂部進行測量，并綜合計算得出，可理解為“氣門桿頂部到相鄰兩個凸輪軸孔的連線的距離”。

以四缸四氣門發(fā)動機為例，進排氣各有8個氣門。缸蓋測量設備包含26個用于測量的筆式傳感器單元（如圖7），帶氣動收張功能。以進氣側第n個氣門為例（如圖8），通過一元二次方程（如圖9）得出A2n.

圖7　凸輪軸測量設備測頭

圖8　B2n測量示意圖

圖9　A2n求解模型

根據(jù)缸蓋圖紙可知，沿軸線方向的e，f，g的值通過凸輪軸圖紙獲得。而Te，Tf，Tg由關聯(lián)傳感器測量獲得。

2.3挺柱級別計算

將式（3）、式（5）代入式（1）可得氣門間隙Tn：

通過計算可知，每一個氣門挺柱的選配，是通過關聯(lián)的6個傳感器測量值獲得的。

挺柱選配設備根據(jù)測量結果為每一個氣門選配相應等級的挺柱，員工根據(jù)設備提示挑選挺柱安裝至相應氣門。

3　選配誤差分析

3.1誤差來源

（1）雜質污染：單一氣門挺柱由6個關聯(lián)傳感器的實測值計算得出，對于測量傳感器來說，清潔度尤為重要，也是影響測量結果的最直接因素，是最重要的誤差來源。

（2）挺柱誤差：挺柱按照厚度劃分級別，以GM B系列發(fā)動機（氣門間隙要求為：進氣，排氣）為例，每一個挺柱級別的厚度跨度為0.02mm，挺柱本身的誤差極限可達0.019 mm（如某一級別挺柱厚度范圍3.56～3.58 mm，設備測量挺柱厚度為3.561mm，而實際選用的挺柱厚度達3.580 mm）

（3）缸蓋、凸輪軸配合誤差—模型C假設“凸輪軸頸與凸輪軸孔下邊緣接觸”。在自由狀態(tài)下實際上兩者的配合是多種形式的。當凸輪軸孔尺寸為上公差值，而凸輪軸頸尺寸為下公差值，并且兩者的配合為“凸輪軸頸與凸輪軸孔上邊緣接觸”時，根據(jù)尺寸鏈計算極偏［2］。

對于凸輪軸和凸輪軸孔配合，凸輪軸孔ES=0.021 mm，凸輪軸頸下限ei=-0.078 mm，ES o達到0.099 mm，而每個挺柱厚度級別間的差異只有0.02 mm，光軸孔配合就可能導致5個挺柱級別的誤差。

（4）KB值配置不當：為補償實際測量過程中的誤差，算式T=A2-B2-Gap+KB中引入了KB作為系統(tǒng)補償值，是人為配置的定值，隨零件、設備狀態(tài)的非周期性變動而經常改變。如果沒有及時的調整，KB值配置不合理，也會導致最終測量結果的誤差。

3.2對應措施

針對以上選配誤差來源，可從以下方面避免：

（1）細化挺柱分級，收窄單一級別挺柱的跨度范圍。如從0.02mm的跨度，收窄至0.01mm～0.005 mm，可有效提高氣門間隙的合格率。

（2）精確配置KB值，根據(jù)氣門間隙復檢的數(shù)據(jù)，反推并精確配置K值。由于挺柱選配的影響因素很多，KB值需要定期微調，確保當前KB值為最優(yōu)化的補償。

（3）控制缸蓋、凸輪軸相關尺寸的加工能力，確保關聯(lián)尺寸（包括凸輪軸軸承孔、凸輪軸基圓）嚴格符合正態(tài)分布特點，減少加工跳動對測量結果的影響。

4　結束語

發(fā)動機氣門挺住選配系統(tǒng)是一套復雜的，精密的測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)的清潔度、挺柱自身公差誤差、軸孔配合誤差以及KB補償值的設定都會對測量結果產生直接影響。要想提升挺柱選配系統(tǒng)的正確率，可以通過細化挺柱分級、精確配置KB補償值以及提高凸輪軸承孔和凸輪軸基圓的加工精度來減少誤差的產生。

［1］陳家瑞.汽車構造［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011:91.

［2］徐學林.互換性與測量技術基礎［M］.長沙:湖南大學出版社，2006:29.

Principle ofManual Tappet Selected System and Error Analysis in Engine Assembly Line

CHEN Peng， WANG Xiao-juan，ZHANG Jiao
（Engine Plant，SAIC-GM-Wuling Auto Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007，China）

As to engine that use manual tappet，for avoiding heating expansion when it works，which then lead to valve system confusion，must keep some gap when install in aeembly line.In this article，we will explain principle ofmanual tappet selected system and erro analysis in engine assembly line，and theway to avert them.

tappet；measure principle；error analysis

U467.2

A

1672-545X（2016）05-0131-04

2016-02-07

陳鵬（1989-），男，廣西來賓人，本科，工程師，研究方向：發(fā)動機裝配技術、發(fā)動機裝配工藝規(guī)劃。