气门座圈密封带的尺寸检测方法

技术领域

本发明属于气门座圈技术领域，具体涉及一种气门座圈密封带的尺寸检测方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

气门座圈是保证发动机动力性、经济性、可靠性的重要零部件，是缸内高温高压气体的重要密封边界，其承受气门落座引起的冲击载荷以及缸内燃烧产生的气体爆压。为保障良好的密封性，气门座圈的关键尺寸必须得到保证。

气门座圈的关键尺寸包括气门座圈的密封锥角和密封带在预设直径处的深度，为保证座圈与气门形成有效密封，气门座圈的密封锥角以及密封带的深度不能偏差太大，因此需要对上述两个尺寸进行精确的检测。因气门座圈与气门配合的特殊设计要求，密封带通常较窄，多数为1.5mm至3mm，这给测量方案制定带来了困难，一方面密封带深度尺寸为特定直径处的距离尺寸，属于虚拟尺寸无法直接测量，另一方面，过窄的密封带宽度往往造成测量误差过大，无法准确指导大批量生产。

相关技术中，检测气门座圈的关键尺寸的方法一般采用综合检具进行检测或采用三坐标通过两个截面取点测量。但相关技术中的检测方法存在如下缺陷：

采用综合检具进行检测的缺点：(1)不能检测密封带的锥度；(2)检具和标准块为专用，适应性差；(3)检测成本高；(4)检测头部位需要保持尖角状态，易磨损，若更换不及时则评价不准确。采用三坐标检测的缺点：(1)过窄的密封带容易产生测量误差；(2)检测效率很低，不利于100％检测。

有鉴于此，需对现有检测方法进行改进，以克服相关技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的是至少解决目前对气门座圈的关键尺寸检测存在检测效率低、检测结果不准确和检测成本高的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种气门座圈密封带的尺寸检测方法，所述检测方法包括：

选取能够与密封带相切的第一球体和第二球体，所述第一球体的直径与所述第二球体的直径不同；

将所述第一球体的球面与所述密封带的锥面相抵，确定所述第一球体的第一数据；

将所述第二球体的球面与所述密封带的锥面相抵，确定所述第二球体的第二数据；

根据所述密封带的预设直径，所述第一数据和所述第二数据确定所述密封带的尺寸。

根据本发明的检测方法，通过将两个不同尺寸的球体分别与密封带相抵，并将检测到的两个球体的数据与密封带预设直径结合即可计算获得密封带的关键尺寸，本发明的检测方法灵活可靠，应用简单，检测效率高，无需采用专门的检测工具，检测成本低。

另外，根据本发明的气门座圈密封带的尺寸检测方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一数据包括：所述第一球体凸出所述气门座圈所设置的气缸盖底端的第一高度；

所述第二数据包括：所述第二球体凸出所述气门座圈所设置的气缸盖底端的第二高度。

在本发明的一些实施例中，所述预设直径为标定量规对应的直径。

在本发明的一些实施例中，所述第一球体与所述密封带相抵的位置为第一位置，所述第一位置相对于所述气缸盖底端的深度距离为第一深度，所述第二球体与所述密封带相抵的位置为第二位置，所述第二位置相对于所述气缸盖底端的深度距离为第二深度，所述密封带与所述预设直径对应的位置为第三位置，所述第三位置相对于所述气缸盖底端的深度距离为第三深度，所述第一深度＜所述第三深度，且所述第二深度＜所述第三深。

在本发明的一些实施例中，所述尺寸包括所述密封带的锥度。

在本发明的一些实施例中，所述密封带的锥度α满足如下公式：

其中：α为所述密封带的锥度，D1为所述第一球体的直径，D2为所述第二球体的直径，H1为所述第一高度，H2为所述第二高度。

在本发明的一些实施例中，所述尺寸包括所述第三深度。

在本发明的一些实施例中，所述第三深度满足如下公式：

其中：h3为所述第三深度，α为所述密封带的锥度，D1为所述第一球体的直径，d为所述密封带的预设直径，H1为所述第一高度。

在本发明的一些实施例中，所述尺寸检测方法还包括：

在选取能够与气门座圈的密封带相切的第一球体和第二球体之前，将气门座圈设置于气缸盖的安装孔内。

在本发明的一些实施例中，所述尺寸检测方法还包括：

选取直径误差小于等于0.25μm的球体作为第一球体和第二球体。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的检测方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的气门座圈与气缸盖的装配状态图。

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的球体与气门座圈的密封带相抵状态图。

图4示意性的示出了根据本发明实施方式的检测方法的原理图。

图5示意性的示出了图3中P处放大图。

附图标记如下：1、气缸盖；11、安装孔；111、第一通孔；112、第二通孔；113、第三通孔；2、气门座圈；21、密封带。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

相关技术中，采用综合检具对气门座圈的关键尺寸进行检测，无法检测密封带的锥度，同时检具和标准块专用，适应性差，检测成本高。同时检测头部位需要保持尖角状态，易磨损，若更换不及时则评价不准确。采用三坐标对气门座圈的关键尺寸进行检测，过窄的密封带容易产生测量误差，同时检测效率很低。为了解决以上技术问题，本实施方式提出了一种气门座圈密封带的尺寸检测方法，尺寸检测方法包括：

选取能够与气门座圈的密封带相切的第一球体和第二球体，第一球体的直径与第二球体的直径不同；

将第一球体的球面与密封带的锥面相抵，确定第一球体的第一数据；

将第二球体的球面与密封带的锥面相抵，确定第二球体的第二数据；

根据密封带的预设直径、第一数据和第二数据确定密封带的尺寸。

本实施方式通过将两个不同尺寸的球体分别与密封带相抵，并将检测到的两个球体的数据，与密封带预设直径结合即可计算获得密封带的关键尺寸，本实施方式的检测方法灵活可靠，应用简单，检测效率高，无需采用专门的检测工具，检测成本低。

以下结合附图对本实施方式的技术方案进行详细阐述，在不冲突的情形下，以下实施方式和示例可以相互结合。

由于发动机每一气缸都配装有气门(包括进气门和排气门)，在每一气缸的工作循环过程中，气门都按一定的顺序开启和关闭，用来保证新鲜的充量得以及时进入气缸，废气能及时地排放。参照图2，气门座圈2压装在气缸盖1上是与气门配合的主要零部件之一，气门座圈2上设有与气门锥面相配合的密封带，通过气门的上下运动实现气门喉道的开启或关闭。在一具体示例中，参照图2，气缸盖1设有安装孔11，气门座圈2设置于安装孔11内。安装孔11包括依次连通的第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113，其中第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113的孔径依次增大，第一通孔111和第二通孔112均为圆柱通孔，第三通孔113为锥形孔，第三通孔113的小端与第二通孔112相连，气门座圈2嵌设在第二通孔112内。气门座圈2靠近第一通孔111的一端与第一通孔111的边缘光滑过渡，气门座圈2靠近第三通孔113的一端与第三通孔113的边缘光滑过渡，从而使得气流更加顺畅流通。为保障良好的密封性，气门座圈密封带的尺寸寸必须得到保证。

图1示意性的示出了根据本发明实施方式的气门座圈密封带的尺寸检测方法的流程图，图2示意性地示出了根据本发明实施方式的气门座圈与气缸盖的装配状态图。

参照图1和图2，尺寸检测方法包括如下步骤：

S1，选取能够与气门座圈2的密封带21相切的第一球体和第二球体，第一球体的直径与第二球体的直径不同。

本实施方式中，由于密封带21呈圆锥体，能够与密封带21的锥面相切的不同尺寸的球体有多个，可通过三维作图确定能够确定与密封带21的锥面相切的多个球体的尺寸，然后从多个球体的尺寸中任意选取两个尺寸，从而确定与这两个尺寸对应的第一球体和第二球体，本实施例中所指的球体的尺寸包括球体的直径，也即，在确定第一球体和第二球体后，第一球体的直径和第二球体的直径即为已知的。本实施方式中的球体可以是实心球体也可以是空心球体，球体的材质没有限制，例如采用钢球。第一球体和第二球体可以在确定球体尺寸后直接加工获得，也可以采用已知直径的标准球体。例如，按照国家标准《GB/T308.1滚动轴承球第1部分：钢球》，准备全系列标准化的多个钢球，公称直径从0.3mm～104.775mm，根据应用经验，几乎所有案例都能从中找到两个合适尺寸的钢球，从而无需定制，极大降低了检测方案费用。以行业普遍应用的G10等级钢球为例，第一球体和第二球体的直径的误差为0.25μm，远高于常规量检具精度，使得测量系统误差更小。并且，钢球的极好的表面粗糙度Ra0.02，兼具HRC58以上的高硬度，使钢球具有良好的耐磨性和精度保持能力。在确定能够与密封带21相切的多个球体尺寸后，从全系列标准化的多个钢球中选取两个能够与密封带21相切的钢球来检测密封垫的尺寸即可。

S2，将第一球体的球面与密封带21的锥面相抵，确定第一球体的第一数据。

在实际检测过程中，为了便于第一球体的球面与密封带21相抵，以及方便对第一球体数据进行检测，可通过将气缸盖1倒置，即气缸盖1的顶端朝下，气缸盖1的底端朝上，然后将第一球体放置在气缸盖1的底端并与密封带21相抵，参照图3示出的球体与气门座圈2的密封带21相抵状态图。

当然，也可以将气缸盖1正向设置，即气缸盖1的顶端朝上，气缸盖1的底端朝下，气缸盖1先后放置在第一球体，且第一球体的球面与密封带21相抵。第一数据根据计算公式的不同而不同，第一数据例如为第一球体的球面与密封带21的锥面相抵状态下，第一球体凸出气门座圈2所设置的气缸盖1底端的第一高度，或者第一球体位于气门座圈2内的深度，可根据检测难易程度来确定第一球体的第一数据。

S3，将第二球体的球面与密封带21的锥面相抵，确定第二球体的第二数据。

本实施方式中，气缸盖1倒置的情况下，完成对第一球体的第一数据的检测后，将第一球体从气缸盖1上取下，将第二球体放置于气缸盖1上，使第二球体的球面与气缸盖1相抵，然后对第二球体的第二数据进行检测。在气缸盖1正向设置的情况下，完成对第一球体的第一数据的检测后，将气缸盖1从第一球体上取下，然后放置于第二球体上，使第二球体的球面与气缸盖1相抵，再对第二球体的第二数据进行检测。第二数据根据计算公式的不同而不同，第二数据例如为第二球体的球面与密封带21的锥面相抵状态下，第二球体凸出气门座圈2所设置的气缸盖1底端的第二高度，或者第二球体位于气门座圈2内的深度，可根据检测难易程度来确定第二球体的第二数据。

S4，根据密封带21的预设直径、第一数据和第二数据确定密封带21的尺寸。

本实施方式中，因气门座圈2嵌设于气缸盖1的安装孔11内，且气门座圈2与气门配合的特殊设计要求，气门座圈2的密封带21通常较窄，这为气门座圈2的关键尺寸的精确测量带来了困难。由于气门座圈2密封带21可以视为母线等于密封带21宽度，锥角为密封带21锥角的圆锥体，本实施方式通过选取能够与密封带21相切的两个不同尺寸的第一球体和第二球体，并通过将第一球体和第二球体的球面分别与密封带21相抵，然后在第一球体与密封带21相抵的状态下确定第一球体的第一数据，在第二球体与密封带21相抵的状态下确定第二球体的第二数据，最后根据密封带21的预设直径，第一数据和第二数据来确定密封带21的关键尺寸。预设直径为密封带21上任意一点所对应的直径，预设直径为已知量，可以根据检测方便的需要自行确定，也可根据行业标准来进行选择。在一示例中，预设直径为标定量规对应的直径φd，密封带21的深度为预设直径处对应的深度。在一示例中，参照图3，锥面深度是预设直径处相对于气缸盖1底端的深度h。在另一示例中(该示例图中未示出)，锥面深度是预设直径处相对于气缸盖1顶端的深度。在实际检测过程中，可根据检测难易程度来确定密封带21的深度。

在一些实施方式中，第一球体与密封带21相抵的状态下，确定第一球体与密封带21相抵的第一位置，此时第一球体的圆心在第一位置的连线与密封带21的锥面垂直，第一球体的圆心与第一位置的连线的距离与第一球体的半径相等。第二球体与密封带21相抵的状态下，确定第二球体与密封带21相抵的第二位置，此时第二球体的圆心在第二位置的连线与密封带21的锥面垂直，第二球体的圆心与第二位置的连线的距离与第二球体的半径相等。密封带21呈圆锥体，而圆锥体是由直径依次增大或依次减小的多个同心圆堆叠形成。因此，沿密封带21高度方向上，密封带21在锥面上的不同位置处对应的直径不同。且沿气缸盖1的顶端向气缸盖1的底端方向上，密封带21的直径逐渐增大。在密封带21的锥面与预设直径对应的位置确定为第三位置。参考图图4以及图4所示出的方位，球体的球面与密封带21的锥面相切的位置包括位置B，密封带21的锥面上与预设直径对应的位置为位置D，可通孔对球体尺寸的选取，以使得位置B位于位置D的上方，或者位置B位于位置D的下方，其中位置B即为第一球体的第一位置或者为第二球体的第二位置。

沿密封带21高度方向上，第一位置、第二位置和第三位置在密封带21锥面上的位置不同，第一位置、第二位置和第三位置相对于气缸盖1底端的深度不同。在一示例中，第一位置靠近气缸盖1底端，第二位置远离气缸盖1底端，第三位置位于第一位置和第二位置之间。另一示例中，第一位置靠近气缸盖1底端，第三位置远离气缸盖1底端，第二位置位于第一位置和第三位置之间。再一示例中，第三位置靠近气缸盖1底端，第一位置远离气缸盖1底端，第二位置位于第三位置和第一位置之间。第一位置、第二位置和第三位置之间的相对位置不同，密封面关键尺寸的计算方式不同。可通过选取第一球体的尺寸、第二球体的尺寸以及预设长度的大小来确定第一位置、第二位置和第三位置，进而确定第一深度、第二深度和第三深度。为了便于计算，将第一位置相对于气缸盖1底端的深度距离为第一深度，第二位置相对于气缸盖1底端的深度距离为第二深度，第三位置相对于气缸盖1底端的深度距离为第三深度，第一深度＜第三深度，且第二深度＜第三深度。

在一些实施方式中，根据密封带21的预设直径，第一数据和第二数据确定密封带21的尺寸包括密封带21的锥度。密封带21的锥度为密封带21的关键尺寸，若密封带21的锥度的公差较大，密封带21的锥面将无法与气门的锥面形成有效的配合，会导致漏气情况的出现。

在一示例中，在第一深度＜第三深度，且第二深度＜第三深度的情况下，密封带21的锥度满足如下公式：

其中：α为密封带21的锥度，D1为第一球体的直径，D2为第二球体的直径，第一球体和第二球体的直径为已知量。H1为第一球体凸出气缸盖1底端的高度，H2为第二球体凸出气缸盖1底端的高度。

本实施方式中，密封带21的锥度计算公式可存储在用于尺寸测量的软件中，在需要对气门座圈2的密封带21的锥度进行检测的情况下，只需输入第一球体的直径D1，第二球体的直径D2，D1和D2为已知量。将确定好的第一球体和第二球体分别与气门座圈2的密封带21抵接，再分别检测第一球体的凸出气缸盖1底端的高度H1，以及第二球体的凸出气缸盖1底端的高度H2，然后将D1、D2、H1和H2输入软件中，软件将这些数据代入锥度计算公式中，即可直接得到密封带21的锥度。本实施方式还可同时计算多个气门座圈2的密封带21的锥度，即在确定多个气门座圈2的D1、D2、H1和H2后，再将多个气门座圈2D1、D2、H1和H2同时输入软件中，然后通过软件即可同时获得多个气门座圈2的密封带21的锥度。

在一示例中，尺寸包括第三深度，第三深度与预设直径相关，当气门座圈2的密封带21存在加工偏差时，例如密封带21的锥角不一样时，预设直径所对应的第三深度不同。

在本发明的一些实施例中，第三位置相对于气缸盖1底端的深度满足如下公式：

其中：h3为第三深度，α为密封带21的锥度，D1为第一球体的直径，d为密封带21的预设直径，H1为第一球体凸出气缸盖1底端的高度。

本实施方式中，第三深度的公式与密封带21的锥度的公式同时存储在用于尺寸测量的软件中，在需要对气门座圈2的密封带21的第三深度进行检测的情况下，只需输入第一球体的直径D1，第二球体的直径D2，以及预设直径d，D1、D2和d为已知量。将确定好的第一球体和第二球体分别与气门座圈2的密封带21抵接，再分别检测第一球体的凸出气缸盖1底端的高度H1，以及第二球体的凸出气缸盖1底端的高度H2，然后将D1、D2、d、H1和H2输入软件中，软件将这些数据代入锥度计算公式和第三深度计算公式，即可直接得到密封带21的第三深度。软件在实际计算过程中，先将D1、D2、H1和H2代入密封带21的锥度计算公式中计算密封带21的锥度，在得到密封带21的锥度后再将密封带21的锥度、D1、D2、d、H1和H2代入第三深度的计算公式中，最终计算得到第三深度。

在实际应用中，测量人员通过软件可以选择计算密封带21的锥度和密封带21的第三深度中的一种，也可以同时计算密封带21的锥度和密封带21的第三深度，可根据尺寸测量需要进行灵活调整。

以下对本实施方式的锥度的计算公式和第三深度的计算公式的推导过程进行详细阐述。

图4示意性的示出了根据本发明实施方式的检测方法的原理图，图5示意性的示出了图3中P处放大图，参照图4和图5，本实施方式基于密封带21的圆锥体的特殊几何特性，引入球体作为检测方案的组成部分，通过求解球体与圆锥体相切状态下的位置关系，构建气门座圈2关键尺寸检测的数学模型。参照图4所示出的方位，气缸盖1的顶端朝下，气缸盖1的底端朝上，圆心为O的球体置于气缸盖1的底端并与密封带21的锥面相抵。

设定球体的直径为D，球体与密封带21相抵的位置为A、B，则OA＝OB＝ON＝D/2，D为已知量。

设定预设直径为d，密封带21与预设直径对应的位置为C、D，即CD＝d，CF＝FD＝d/2，d为已知量。

设定密封带21的锥角为α，即∠AGB＝α，则∠OGB＝∠OBE＝α/2，α为未知量。

密封带21与位置B在直线CD的垂线BM、直线CD的延长线段DM围合形成一直角三角形BMD，由于BM垂直于DM，DM位于CD的延长线上，则∠BDM＝α/2；

设定球体凸出气门座圈2底端的高度为H，第三深度为h，H可通过量具检测获得，H为已知量，h为未知量。

结合三角函数可求得：

由于公式(1)中，α和h为未知量，d为已知量，H和D均可直接测量得出，需求得两个未知量，因此引入双球法，即选取直径接近并均能与密封带21相切的第一球体和第二球体，第一球体的直径分别D1，第一球体凸出气缸盖1底端的高度为H1，第二球体的直径为D2，第二球体凸出气缸盖1底端的高度为H2，代入公式(1)，中，得到如下二元一次方程：

求解公式(2)，即可得到锥度α和密封带21的第三深度h：

根据上述推导，只需选取两个直径接近的球体即可得同时获得密封带21的锥度和预设直径相对于气缸盖1底端的第三深度，从而可以准确、快速、高效获得密封带21的关键尺寸。并且本实施方式的检测方法所使用的检具易获取，无需制备专门的检具进行检测，检测精度高，成本低。

在一些实施方式中，尺寸检测方法还包括：在选取能够与气门座圈2的密封带相切的第一球体和第二球体之前，将气门座圈2设置于气缸盖1的安装孔11内。由于气门座圈2的密封带尺寸很窄，并且气门座圈通常采用橡胶材质，无法直接对气门座圈2的密封带直接检测，因此，可通过将气门座圈2设置于气缸盖1的安装孔11内后，再通过选取的能够与气门座圈2的密封带相切的第一球体和第二球体对气门座圈2密封带的尺寸进行检测。在实际检测过程中，为了便于第一球体的球面与密封带21相抵，以及方便对第一球体数据进行检测，可通过将气缸盖1倒置，即气缸盖1的顶端朝下，气缸盖1的底端朝上，然后将第一球体放置在气缸盖1的底端并与密封带21相抵，参照图3示出的球体与气门座圈2的密封带21相抵状态图。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。