凸轮轴测量仪校准规范

JJF1795—20201凸轮轴测量仪校准规范1范围本规范适用于顶尖距不大于600mm的立式、卧式凸轮轴测量仪的校准。2引用文件本规范引用以下文件:JJG57光学、数显分度头JJF1561齿轮测量中心校准规范凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语及定义3.1凸轮升程liftofthecamshaft凸轮轴围绕轴线回转过程中,工作半径在参考方向上的变化量。3.2凸轮相位角phaseangleofthecamshaft凸轮型面上指定点与基圆轴线构成的平面相对于参考平面的夹角。平面。3.3敏感点sensitivepoint当凸轮轴围绕轴线回转过程中,升程变化速度最大的点称为敏感点。4概述凸轮轴是发动机、油泵中的主要部件。凸轮轴测量仪可测量凸轮轴的升程、相位角等几何参数。凸轮轴测量仪根据仪器的运动形式,主要分为自动式、手动式两种。自动式以立式结构为主[如图1(a)],少量为卧式结构[如图1(b)];手动式通常采用卧式结构,有光学机械式、光栅数字式等。JJF1795—20202(a)立式结构(b)卧式结构图1凸轮轴测量仪结构示意图1—基座;2—主轴顶尖;3—径向测量装置;4—轴向测量装置;5—尾座顶尖;6—尾座导轨5计量特性5.1主轴顶尖斜向的跳动量ro主轴顶尖斜向的跳动量,立式仪器应不大于2μm;卧式仪器应不大于3μm。5.2两顶尖的同轴度ec两顶尖的同轴度应不大于5μm。5.3轴向测量装置移动时对顶尖连线的平行度pa轴向测量装置移动时对顶尖连线的平行度应不大于5μm。5.4径向测量装置移动时对顶尖连线的垂直度pe径向测量装置移动时对顶尖连线的垂直度应不大于4μm。5.5径向测量示值误差dr径向测量示值误差应为±1.5μm+5×10-6L,L为相应量块的尺寸,单位为m。5.6径向测量重复性rr径向测量重复性应不大于1μm。5.7角度测量示值误差da角度测量示值误差应不大于6″。5.8起测点测量重复性ra起测点测量重复性应不大于2″。5.9升程测量误差dl升程测量误差应不大于6μm。注:以上提供的各特性要求值仅供参考。6校准条件6.1校准项目和主要校准器具校准项目和主要校准器具见表1。JJF1795—20203表1校准项目和主要校准器具序号校准项目主要校准器具名称计量特性要求1主轴顶尖斜向的跳动量扭簧表、测微仪MPE:±0.6μm2两顶尖的同轴度扭簧表、测微仪MPE:±1μm标准芯轴径跳≤1μm,直线度≤2μm3轴向测量装置移动时对顶尖连线的平行度扭簧表、测微仪MPE:±1μm标准芯轴直线度≤2μm4径向测量装置移动时对顶尖连线的垂直度扭簧表、测微仪MPE:±1μm专用芯轴(见附录B的图B.3)垂直度≤2μm5径向测量示值误差和重复性量块U=0.10μm+1×10-6ln,k=36角度测量示值误差多面棱体工作角偏差≤2″7起测点测量重复性和升程测量误差标准偏心轴(见附录B的图B.1)U=2.4μm,k=26.2环境条件环境条件见表2。表2环境条件序号项目参考技术指标1温度(20±3)℃,变化:≤1℃/h,等温时间:≥4h2相对湿度30%~75%3其他仪器周围不应有影响仪器正常工作的振动,基于光学原理测量时应避免气流扰动7校准项目和校准方法7.1主轴顶尖斜向的跳动量在仪器基座上固定好表架,把扭簧表/测微仪装在表架上(如图2所示),使测头在距主轴顶尖(3~5)mm处与锥面垂直地接触;转动主轴一周,示值的最大值与最小值之差为主轴顶尖斜向的跳动量。JJF1795—20204图2主轴顶尖斜向跳动示意图1—扭簧表;2—主轴顶尖7.2两顶尖的同轴度选用工作长度不小于测量范围80%的标准芯轴顶于两顶尖之间,将扭簧表/测微仪及专用表架紧固在主轴顶尖座上(如图3所示),使测头与标准芯轴靠近尾座的一端接触,转动主轴顶尖一周,扭簧表/测微仪随主轴一起转动,观察示值,其最大示值变化量即为两顶尖的同轴度。图3两顶尖的同轴度测量示意图1—尾座顶尖;2—标准芯轴;3—扭簧表;4—主轴顶尖7.3轴向测量装置移动时对顶尖连线的平行度选用工作长度不小于测量范围80%的标准芯轴顶于两顶尖之间,将扭簧表/测微仪固定在轴向测量装置上(如图4所示),使测头分别垂直接触标准芯轴的正面和侧面,沿导轨工作方向移动轴向测量装置,此时切向和径向扭簧表/测微仪的示值变化量即为轴向测量装置移动时对顶尖连线的切向和径向平行度。图4轴向测量装置移动时对顶尖连线的平行度测量示意图1—尾座顶尖;2—标准芯轴;3—扭簧表;4—主轴顶尖;5—导轨;6—轴向测量装置7.4径向测量装置移动时对顶尖连线的垂直度把专用芯轴装在仪器两个顶尖之间,使用带动器固定专用芯轴,保证在测量过程中专用芯轴不会转动,在径向测量装置上固定扭簧表/测微表,使测头与专用芯轴垂直度部件的工作面一侧垂直接触(如图5所示);沿导轨工作方向移动径向测量装置,取扭簧表读数最大值与最小值之差作为此次测量值;将芯轴沿轴线转动180°,使测头与垂JJF1795—20205直度部件的另一侧工作面接触,重复前述测量动作,得到第二次测量值,将两次测量值的平均值作为径向测量装置移动时对顶尖连线方向的垂直度。图5径向测量装置移动时对顶尖连线的垂直度测量示意图1—顶尖;2—专用芯轴;3—扭簧表;4—径向测量装置;5—顶尖7.5径向测量的示值误差在径向测量装置的测量范围内,选取均匀分布于测量范围内的5点,分别用相应尺寸的量块进行校准。校准时(如图6所示),将专用芯轴装在两顶尖之间,将滚子测头与专用芯轴上的量块放置平面可靠接触,在径向测量装置中读出零点值ar0;然后将量块依次放置于专用芯轴的轴肩位置研合面上,使滚子测头与实际值为bi的量块可靠接触,读出径向测量示值ari(i=1,2,3,4,5),则各校准点上的示值误差dri:dri=ari-ar0-bi(1)取dri的最大值作为径向测量示值误差。图6测量径向示值误差示意图1—顶尖;2—专用芯轴;3—量块;4—径向测量装置;5—顶尖7.6径向测量重复性参考7.5在测量装置示值范围内选取某个受检点,在该点对径向示值误差进行10次重复测量,按照贝塞尔公式计算10次测量标准偏差作为径向测量重复性。7.7角度测量示值误差使用多面棱体进行角度测量示值误差校准。仪器分度装置的最大允许误差大于2.1″时,采用直接测量法校准;仪器分度装置的最大允许误差小于或等于2.1″时,采用排列互比法校准。校准方法参见JJG57。JJF1795—202067.8起测点测量重复性采用标准偏心轴进行7.8和7.9的校准项目时,被校仪器所用测头与校准该标准器所用测头应采用同规格滚子测头。7.8.1将标准偏心轴安装在仪器两顶尖之间,使仪器测头与标准偏心轴外圆轮廓可靠接触;校准时,标准偏心轴随仪器主轴同步转动,测头跟随标准偏心轴沿径向导轨方向运动。7.8.2确定起测点:自动仪器在标准偏心轴转动过程中由软件通过敏感点法确定标准偏心轴的对称中心位置作为仪器起测点位置。手动仪器先在标准偏心轴敏感点附近选取对称3点共6点,将此6点的角度值取平均值后确定起测点位置。7.8.3按7.8.2所述方法重复5次测量标准偏心轴标准器起测点的角度值,用极差法按公式(2)计算其重复性,作为起测点测量重复性。ra=(βmax-βmin)/C(2)式中:βmax———起测点角度中的最大值;βmin———起测点角度中的最小值;C—极差系数,取2.33(n=5)。7.9升程测量误差按照7.8仍采用标准偏心轴进行升程测量误差校准。对于自动测量仪器,预先将标准偏心轴标准值输入软件标准数据库中,校准时直接调用。在标准偏心轴转动一周范围内,等间隔选取不少于36个校准点,将测头在各校准点的升程测量值与标准器各对应点标准值比较,取其差值作为各校准点的升程测量误差;在全部校准点的升程测量误差中,取误差绝对值最大值作为该仪器升程测量误差。8校准结果表达经过校准的凸轮轴测量仪,出具校准报告或证书,给出校准项目和校准结果以及相应的测量不确定度,具体内容应符合JJF1071—2010中5.12的规定。9复校时间间隔复校时间间隔根据仪器特性及实际使用情况由使用者确定,建议复校间隔通常不超过12个月。JJF1795—20207附录A升程测量误差的校准不确定度评定示例A.1校准方法使用半径r=27.9315mm,偏心量e=3.9910mm,线膨胀系数α=11.5×10-6℃-1的标准偏心轴,在相位角90°处(升程最大值位置),校准被测仪器升程测量示值。A.2测量模型Δl=ml-rl(A.1)式中:ml———被校仪器的升程测得值;rl———标准偏心轴升程参考值(上一级计量标准的测得值)。A.3标准不确定度分量的评定1)被校仪器的升程测得值引入的不确定度u(ml)升程测得值引入的不确定度来源见表A.1。表A.1升程测得值引入的不确定度来源序号来源说明符号1由被校仪器测量重复性引入的不确定度us(ml)2由角度定位引入的测量不确定度uβ(ml)3由温度差引入的测量不确定度uT(ml)4由工作轴线与顶尖连线平行度引入的测量不确定度up(ml)5由起测点引入的测量不确定度ura(ml)a)由被校仪器测量重复性引入的不确定度us(ml)对标准芯轴在相位角90°处的升程误差,在短时间内连续10次重复测量,获得各次(A.2)实际实验结果:us(ml)≈0.70μm。b)由角度定位引入的测量不确定度uβ(ml)实际测量过程中,仪器首先在偏心轴相位角0°处记录起测点测量结果,然后在偏心轴相位角90°处记录终测点测量结果,取两处测量结果的差值为相位角90°处升程测JJF1795—20208得值。因此,同时考虑偏心轴在相位角90°处和偏心轴在相位角0°处角度定位误差对升程测量结果的影响。角度定位误差影响升程测量结果过程如图A.1所示:(a)偏心轴在相位角0°处(b)偏心轴在相位角90°处图A.1角度定位误差影响升程测量结果示意图β—角度定位误差;O—偏心轴工作圆心;O'—偏心轴在参考相位角处几何圆心位置;O″—偏心轴从参考相位角处回转β角后几何圆心位置;C'—偏心轴在参考相位角处测头接触点位置;C″—偏心轴从参考相位角处回转β角后测头接触点位置;e—偏心轴偏心量;r—偏心轴几何半径;lβ-90'—偏心轴在相位角90°处理想位置的升程;lβ-90″—偏心轴在相位角90°处出现角度定位误差的升程;lβ-0'—偏心轴在相位角0°处理想位置的升程;lβ-0″—偏心轴在相位角0°处出现角度定位误差的升程;Δlβ-90—偏心轴在相位角90°处角度定位误差β引起的升程测量误差;Δlβ-0—偏心轴在相位角0°处角度定位误差β引起的升程测量误差。偏心轴在相位角90°处,角度定位误差β引起的仪器测得值变化量即升程测量误差Δlβ-90为:Δlβ-90=lβ-90″-lβ-90'=e·cosβ-e=e·(1-cosβ)角度定位误差≤5″(p-v值),认为实际测量过程中该分量符合矩形分布,则偏心轴在相位角90°处,角度定位误差引入标准不确定度计算为:9偏心轴在相位角0°处,角定位误差β引起的仪器测得值变化量即升程测量误差Δlβ-0为:Δlβ-0=lβ-0″-lβ-0'=e·sinβ角度定位误差≤5″(p-v值),认为实际测量过程中该分量符合矩形分布,则偏心轴在相位角0°处,角度定位误差引入标准不确定度为:偏心轴在相位角90°处,角度定位误差引入标准不确定度可以忽略,仅保留偏心轴在相位角0°处,角度定位误差引入标准不确定度,因此:uβ(ml)=uβ-0(ml)=0.06μmc)由温度差引入的测量不确定度uT(ml)温度变化引入标准偏心轴偏心量变化量可以表示为:ΔlT=e·α·ΔT(A.3)式中:ΔT———校准时温度相对参考温度的差值;校准过程中温度控制在(20±3)℃,温度差估计以等概率落在±3℃区间内,则标准不确定度为:≈0.08μmd)由工作轴线与顶尖连线平行度引入的测量不确定度up(ml)工作轴线与顶尖连线平行度加工公差为0.5μm,认为实际测量过程中该分量符合矩形分布,则