发动机摇臂轴紧固孔深度测量检具设计

刘 旭

(苏州市职业大学机电工程学院，江苏 苏州 215104)

摇臂轴是汽车动力转向器中的关键零件，在使用过程中主要承受汽车转向时产生的反复扭转力作用，图1所示，某汽车发动机摇臂轴上有6个直径φ6.5mm深170－0.5mm的紧固孔。由于孔底面不是平面，使用常规的测量工具很难进行检测，对于批量零件，需要设计专用检具进行准确、快速的测量。

1 测量方法分析

摇臂轴紧固孔在加工时，是以B面为基准，首先完成φ10.0mm孔的钻削，然后以φ10.0mm孔的中心为基准，加工直径φ6.5mm深170－0.5mm孔。在确保φ10.0mm孔的中心到B面距离合格的情况下，A面为测量起始面，深度170－0.5mm尺寸转化为A面到中心的距离，测量紧固孔深度其实就是判断测量起始面A面的位置。此尺寸是斜向尺寸，设计一尺寸件将斜向尺寸的斜向位移变化转化成竖直变化。尺寸件如图2所示，顶部采用硬质合金YG6焊接表面抛光的Sφ10±0.01mm小球，焊接后磨削处理，粗糙度要求Ra0.2μm，与A面接触的台阶面处1×1×45°斜向退刀槽，接触更加紧密，尺寸件材料为GCr15，锐边倒角0.5×45°，热处理58～62 HRC，非磨表面发黑，使其具有足够的硬度和稳定性。

图3所示，将尺寸件放入紧固孔中，斜向的公差变化为0.862mm，转化成竖直方向为0.87mm，即只要尺寸件向竖直方向的公差变化范围在0.87mm以内，孔的深度尺寸合格。公差转移计算如下:

2 检具结构设计

根据上述分析，设计检具结构如图4所示，底板1四周有倒角，上表面有4个螺纹孔，中间有圆孔;规体3的一侧呈平面状，上面可刻铭牌，规体中间阶梯圆孔，通过4个螺钉与底板连接，规体圆柱面上有螺纹孔，上表面呈阶梯状，一边比另一边略高;测头5呈阶梯轴形状，中间有限位槽，通过限位螺钉4防止测头从规体中滑落以及旋转带来的测量误差，测头底部有弹簧9，测头在规体内可自由压缩;把手7通过螺钉6固定在规体上。尺寸件8上端球头，与测头底面相接触。

2.1 测头设计

测头的结构如图5所示。测头是检具设计的核心部件，是检具检测精度能否满足要求的关键，其加工精度要求最高，不光要与被测件基准配合，还要与基体精密配合组装。测量测头顶部是触摸判断的关键部位，要求不得有中心孔，为了保证触摸灵敏度，顶部保留尖角，顶面粗糙度值Ra0.4mm。φ12－0.006－0.017mm外圆与规体φ12mm内孔配磨，与 A基准面的垂直度公差0.005mm，保证配合间隙小于0.005mm，确保顶杆在规体内顺畅移动，顶杆中间有8×1mm限位槽。长度尺寸74.35mm和规体装配时配磨，底部不得保留中心孔，测头材料为硬质合金GCr15，锐边倒角1×45°，热处理60～62 HRC，非磨加工表面发黑处理。

2.2 规体设计

规体是检具设计的主体部件，检具其他零件都要通过精密配合与其联接，配合处尺寸精度要求较高。考虑到在线测量的高效性、方便性，将检具基体部分设计成便携手持型结构，如图6所示。规体顶部和测头顶部配合是触摸判断的依据，顶部保留尖角，左侧比右侧相差0.87mm，中间开有2×2mm方槽，起到去毛刺作用，中部设计有螺纹孔M4×7H，通过限位螺钉固定测头，防止滑落以及旋转造成的测量误差。其中φ12mm需和测头杆配磨加工，孔壁粗糙度值达到Ra0.4mm，规体长度尺寸63mm，下端设计有4×φ6mm的通孔。规体顶面与底面的平行度要求0.005mm，顶面、底面与孔φ12mm垂直度要求0.005mm，规体采用硬质合金GCr15精密加工而成，热处理60～64 HRC，锐边倒钝0.5×45°，非磨加工表面镀装饰铬。

2.3 底板设计

底板是测量时和工件接触的部件，如图7所示，顶面4－M5－7H螺纹通孔，上下面的平行度要求0.005mm，粗糙度要求Ra0.4mm，采用硬质合金GCr15材料，热60～64 HRC，锐边倒钝0.5×45°，非磨加工表面发黑。

3 检具操作方法

检具按图4装配好后，将发动机摇臂轴放在测量平台上固定好，将尺寸件放入待测紧固孔中，尺寸件的A面与紧固孔台阶面紧贴，右手持检具，将检具底板与摇臂轴贴紧，测头与尺寸件小球贴紧，此时，左手拇指触摸检具规体的顶面，从左向右划过，若能触摸到测头顶面在规体高低平面之间，则可判断紧固孔的深度公差在0.87mm以内，工件合格，否则尺寸超差。

4 结语

经过反复的测量检验，检具满足了验收要求:测量重复性GR＆R≤10%。所设计的发动机摇臂轴紧固孔深度尺寸测量专用检具结构紧凑，原理正确，能快速准确地测出紧固孔深度尺寸，大大提高了检测精度和检测速度，满足了工序测量需要，并获得了实际应用验证。对于类似批量零件的检测，该检具简单实用，对同类零件检具的设计，具有一定借鉴意义。目前此项检具技术已经推广使用，并申请了国家实用新型专利，产生了巨大的经济效益。

［1］刘旭，朱学超，何玲.顶尖孔深度尺寸测量研究与专用检具设计［J］.制造技术与机床，2014(9):132－134.

［2］袁小江.轴类零件倒角处尺寸对比测量的检具设计［J］.制造技术与机床，2011(4):88－91.

［3］万良前，杨裕岳.比较测量法的原理及应用［J］.机电工程，2003(6):74－75.

［4］王晓英，姜美红，闫春华.锥孔孔深检具设计［J］.内燃机与动力装置，2006(12):11－12.

［5］董双财.测量系统分析－理论方法和应用［M］.北京:中国计量出版社，2006.

［6］刘景玉.直线度误差测量不确定度分析［J］.计量技术，2011(4):88－91.