郭瑩瑩 蘆秀紅 沈甜甜 劉景玉

(1.洛陽北方企業(yè)集團(tuán)有限公司，洛陽 471031；2.四川東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，德陽 618000)

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變速鼓擋位角度檢測及不確定度評(píng)定

郭瑩瑩1蘆秀紅1沈甜甜1劉景玉2

(1.洛陽北方企業(yè)集團(tuán)有限公司，洛陽 471031；2.四川東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，德陽 618000)

摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)變速鼓各擋位槽中心平面位置(角度)直接影響掛擋流暢性能，本文簡述了使用萬能工具顯微鏡配合光學(xué)靈敏杠桿，通過對X、Y坐標(biāo)的檢測控制，從而快速檢測、計(jì)算變速鼓各擋位中心線和變速鼓軸線所成平面與基準(zhǔn)槽中心平面夾角的方法，并通過不確定度評(píng)定證明了測量方案的可行性。

變速鼓；角度；萬能工具顯微鏡；不確定度

0 引言

萬能工具顯微鏡(以下簡稱萬工顯)是幾何量測量中常用的精密儀器，能快速準(zhǔn)確測量各種形狀復(fù)雜的工件。摩托車變速鼓各換擋槽換擋處中心線與變速鼓軸線所成平面(以下簡稱換擋面)相對變速鼓端部凸臺(tái)上基準(zhǔn)槽中心面的夾角精度，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)掛擋、換擋的準(zhǔn)確性、靈活性。擋位槽狹長彎曲，寬度、深度僅約4mm，可利用萬工顯附件光學(xué)靈敏杠桿探入擋位槽內(nèi)進(jìn)行采點(diǎn)，并借助于分度頭讀出各換擋面相對于基準(zhǔn)槽中心面的角度，最后計(jì)算出各換擋中心面相對基準(zhǔn)槽中心面的角度。目前相對其他測量設(shè)備，此方法速度快、精度高、操作方便且檢測成本低，適合于企業(yè)批量檢測。

圖1 變速鼓基準(zhǔn)槽及部分擋位槽立體示意圖

1 變速鼓擋位角度結(jié)構(gòu)

變速鼓基準(zhǔn)槽及部分擋位槽立體示意圖如圖1所示；圖2僅給出了包含一擋換擋中心面和基準(zhǔn)槽的端面方位平面示意圖，即右視圖；圖3是光學(xué)靈敏杠桿在一擋槽上采點(diǎn)立體示意圖。

圖2 變速鼓右視示意圖

圖3 光學(xué)靈敏杠桿在一擋槽上采點(diǎn)立體示意圖

圖2中，變速鼓徑向截面投影圓心為O，OH是萬工顯鉛垂方向基準(zhǔn)面，OA是基準(zhǔn)槽中心線，OB、OC、OD分別為一擋、二擋、三擋槽換擋處中心線；a基為基準(zhǔn)槽中心面與鉛垂方向基準(zhǔn)面的夾角，a1為一擋換擋面與鉛垂向基準(zhǔn)面的夾角；β1為一擋換擋面與基準(zhǔn)槽中心面的夾角。

2 設(shè)備的調(diào)試準(zhǔn)備

1)變速鼓基準(zhǔn)槽是位于端面凸臺(tái)的一個(gè)盲槽，凸臺(tái)直徑Φ13，槽寬2.1mm，槽深4.5mm。自制一個(gè)金屬鑲塊(以下簡稱鑲塊)，長寬厚尺寸10×4.5×2.1(單位:mm)，鑲塊厚度兩側(cè)工作面平行度不大于0.01mm。將鑲塊嵌入變速鼓端部上方基準(zhǔn)槽中，鑲塊工作面與基準(zhǔn)槽兩側(cè)平面緊密配合，靠近中心處留出頂尖孔的位置，便于變速鼓在萬工顯上的安裝。鑲塊靠外圓方向保持有部分工作面顯露在凸臺(tái)外圓表面以外，便于靈敏杠桿測頭的采點(diǎn)。根據(jù)實(shí)踐，鑲塊長度L1=凸臺(tái)半徑+測球半徑+安全距離=6.5+1.5+2=10mm比較合適。

2)萬工顯數(shù)顯裝置中設(shè)X向是縱向滑板移動(dòng)方向，Y向是橫向滑板移動(dòng)方向。在物鏡上安裝光學(xué)靈敏杠桿，調(diào)整靈敏杠桿測頭(以下簡稱測頭)豎直向下，轉(zhuǎn)動(dòng)測頭上部滾花圈，使雙刻線成像清晰。

3)將萬工顯光學(xué)分度頭附件和一個(gè)頂針座安裝在縱向滑板導(dǎo)軌上。

3 確定基準(zhǔn)槽中心面位置

3.1 安裝變速鼓

在兩頂尖間安裝被測變速鼓。轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭，使變速鼓基準(zhǔn)槽中心平面大致位于萬工顯的鉛垂方向附近，并將兩頂尖的中心線的Y坐標(biāo)清零。

3.2 移動(dòng)靈敏杠桿采點(diǎn)

移動(dòng)靈敏杠桿測頭，改變測力方向，在同一X坐標(biāo)下，使測頭中心處的外徑分別與變速鼓基準(zhǔn)槽中的鑲塊兩側(cè)平面接觸，測頭接觸點(diǎn)距變速鼓軸心線(頂尖中心線)約9mm。測頭雙刻線套住米字橫線(以下簡稱達(dá)定位狀態(tài))，參見圖1中“基準(zhǔn)槽面右”和“基準(zhǔn)槽面左”，分別記下Y向坐標(biāo)值Y基右和Y基左，要注意Y基右和Y基左是帶有正負(fù)號(hào)的值。

3.3 計(jì)算Y基

Y基=(Y基左+Y基右)/2

(1)

3.4 判定和微調(diào)措施

調(diào)整采點(diǎn)位置

(2)

(3)

注意，反復(fù)采點(diǎn)和計(jì)算使Y≤0.01mm的目的是確保兩側(cè)采點(diǎn)相對于鉛垂基準(zhǔn)面對稱，精度滿足測量要求。在分度頭讀取此時(shí)角度值a基。

4 確定各換擋面位置

確定一擋換擋面位置a1同確定基準(zhǔn)槽位置a基的方法相似。先將測頭退出，將被測擋的中心平面大致位于萬工顯的鉛垂方向附近，將測頭移至換擋槽內(nèi)，測頭在換擋槽內(nèi)的高度應(yīng)與變速鼓工作時(shí)的高度一致，變速鼓半徑17mm，測頭與變速鼓接觸時(shí)工作半徑約為17-1=16mm。

4.1 移動(dòng)靈敏杠桿采點(diǎn)

移動(dòng)Y向滑板至變速鼓上一擋型面右側(cè)，使測頭達(dá)定位狀態(tài)，記下此時(shí)Y向坐標(biāo)值Y1右，見圖3上Y1右。移動(dòng)測頭，使其接觸變速鼓一擋型面左側(cè)(另一側(cè))，保持X向坐標(biāo)值不變，移動(dòng)Y向滑板，至測頭達(dá)定位狀態(tài)，記下Y向坐標(biāo)值Y1左，參見圖3上Y1左。

4.2 計(jì)算Y基

與公式(1)類似有Y1=(Y1左+Y1右)/2

(4)

余下步驟同3.4，在分度頭讀取窗讀取此時(shí)角度值a1。

5 換擋面相對變速鼓基準(zhǔn)槽中心平面的夾角計(jì)算

一擋換擋面與基準(zhǔn)槽中心平面的夾角由圖2可看出：

β1=a1-a基

(5)

其余擋位角度計(jì)算和一擋相同。

6 測量不確定度評(píng)定

6.1 被測對象

變速鼓各換擋面與基準(zhǔn)槽中心平面夾角a1，允差±1°

6.2 使用的測量設(shè)備

萬能工具顯微鏡示值誤差Δ1≤±(1+L/100)μm；靈敏杠桿允差Δ2≤0.001mm；分度頭允差Δ3≤30″；自制測量輔具鑲塊：平行度允差Δ4≤0.01mm。

6.3 測量模型

β=a -a基

靈敏系數(shù)Ca=1；Ca 基=-1

6.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分析

測量模型是β=a -a基，β是一個(gè)小于360°的角度，a 和a基分別是這個(gè)角度在兩個(gè)位置的讀數(shù)。為了確定這兩個(gè)位置使用了萬工顯讀數(shù)裝置及靈敏杠桿定位，因此其誤差源由分度頭在β范圍內(nèi)的測量誤差、確定基準(zhǔn)槽中心平面位置的誤差以及確定各換擋槽中心平面位置的誤差三部分組成。

6.4.1 分度頭在β范圍內(nèi)的測量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uβ

6.4.2 確定基準(zhǔn)槽中心平面位置的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ua 基

以上4項(xiàng)合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

6.4.3 由確定被測擋的中心平面位置的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ua

4項(xiàng)分量合成后的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

6.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uc

6.6 擴(kuò)展不確定度U

取包含因子k=2，則U=2×111″=3.7′

7 結(jié)束語

此變速鼓各換擋面與基準(zhǔn)槽中心平面夾角β的角度公差±1°。經(jīng)不確定度評(píng)定分析，得測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=3.7′，遠(yuǎn)小于產(chǎn)品公差。本測量方案完全滿足摩托車變速鼓各換擋面相對基準(zhǔn)槽中心平面的夾角質(zhì)量檢驗(yàn)要求。

方案利用萬工顯附件分度頭和頂針座裝夾、旋轉(zhuǎn)軸類工件，使用了平行度得到保障的鑲塊插入基準(zhǔn)槽，模擬基準(zhǔn)槽中心面。方案用靈敏杠桿來對鑲塊和擋位槽曲面采點(diǎn)，巧妙地通過X、Y坐標(biāo)來確定采點(diǎn)的對稱性，從而分別精準(zhǔn)確定基準(zhǔn)槽和各換擋處對稱中心平面的位置，方便地在分度頭中讀取定位后該位置的角度。本測量方案準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟(jì)性好，可供同行參考。

[1] 新天JX11萬能工具顯微鏡說明書

[2] 李慶忠，李宇紅.計(jì)量不確定度評(píng)估要點(diǎn).計(jì)量技術(shù).2003(1)：46-49

[3] 張成悌.測量不確定度評(píng)定中的若干問題.中國測試技術(shù).2007(5)：80-84

[4] 應(yīng)國強(qiáng).萬能工具顯微鏡的使用.光儀通訊.1993(3)：19-39

[5] 李雪，宋秀敏.用萬能工具顯微鏡測量的原則及原理分析.測試測量技術(shù)與設(shè)備.2012(205)：48-53

更 正

由于編輯的疏忽，2015年2期《機(jī)械零件測繪與型線擬合》一文的第一作者應(yīng)為：白鋒軍。特此更正。

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.3.10