專利名稱：檢查渦輪機(jī)組部件的圓柱部和梢部之間的連接區(qū)域的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)量控制領(lǐng)域，用于檢查遭受接觸壓力的渦輪機(jī)組部件輪廓，尤其是使用在渦輪機(jī)組的滾柱軸承中的圓柱滾子。
背景技術(shù)：
滾動(dòng)軸承通常使用在航空領(lǐng)域。在渦輪機(jī)組中，滾動(dòng)軸承尤其用于支撐第一軸，其輪流相對于定子或者相對于與所述第一軸同軸的第二軸。這種軸承主要由位于由外環(huán)和內(nèi)環(huán)形成的滾道內(nèi)的滾珠或者圓柱滾子構(gòu)成?？偟膩碚f，滾珠軸承用于承載軸向載荷，而滾柱軸承用于承載渦輪機(jī)組內(nèi)的徑向負(fù)載。
用在渦輪機(jī)組的軸承內(nèi)的滾動(dòng)元件遭受的操作條件變得更加嚴(yán)峻。盡管所遇到的故障的次數(shù)不斷降低，這些事故的耗費(fèi)仍然很高，當(dāng)設(shè)計(jì)軸承時(shí)零故障的目標(biāo)必須要追求。因此有必要進(jìn)一步提高滾柱軸承的可靠性，尤其是通過驗(yàn)證它們滾子的輪廓處于適用性狀態(tài)。具有圓柱滾子的軸承內(nèi)的滾動(dòng)接觸的可靠性特別依靠在兩個(gè)接觸表面之間的力的分布方式，用于確保沒有軸承故障的過程必須經(jīng)過分析滾子的輪廓這一步驟。此分析步驟能夠使用用于測量形狀和表面的標(biāo)準(zhǔn)儀器來完成，例如配有鉆石(diamond)或者激光感應(yīng)傳感器的粗糙度測量儀。
在實(shí)踐中，軸承的圓柱滾子的端部變細(xì)以避免在它們端部上的過多壓力。在滾子和滾道之間的接觸的可靠性方面，在這種滾子的兩個(gè)梢部和圓柱部之間的連接區(qū)域仍然能夠引起不可接受的接觸壓力。這種過多壓力的振幅依靠連接區(qū)域的形狀而變化，連接區(qū)域的形狀實(shí)際上在工業(yè)制造過程中已確定，它們直接影響滾子剝落的危險(xiǎn)。不幸的是，標(biāo)準(zhǔn)測量儀器不能夠檢測這種連接區(qū)域。大多數(shù)儀器只能檢測形狀簡單且單一的輪廓(例如平面、圓形、球形或者圓柱形的輪廓)，它們不適于可靠地處理組合的輪廓(即簡單輪廓的組合)，它們甚至不適于處理能夠用現(xiàn)今制造方式獲得的任意輪廓，這些輪廓與滾子梢部和圓柱部之間的連接區(qū)域有關(guān)。因此，目前，用于圓柱軸承滾子的不同輪廓之間的連接的質(zhì)量控制不包括任意可以計(jì)量的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是通過提出一種方法消除這些缺陷，該方法不僅檢查用于滾柱軸承的滾子的圓柱部和梢部之間的連接區(qū)域的輪廓，還確定用于執(zhí)行分布壓力功能的任意復(fù)雜形狀的適應(yīng)性。
為此，本發(fā)明提供一種檢查渦輪機(jī)組部件的圓柱部和梢部之間的連接區(qū)域的輪廓的方法，所述部件的所述表面輪廓被通過至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的所述梢部的第一區(qū)、至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的所述源柱部和所述梢部之間的所述連接的第二區(qū)和相當(dāng)于所述部件的所述圓柱部的第三區(qū)，該方法的特征在于其包括測量所述部件的所述表面輪廓；從所述已測量的表面輪廓，模擬施加到所述部件的所述表面的用于每一個(gè)它的區(qū)的所述接觸壓力；和比較用于所述部件的所述表面輪廓的所述第二區(qū)而模擬的所述接觸壓力和預(yù)定義門限值。
本發(fā)明的方法能夠通過簡單處理測量得到的所述輪廓的點(diǎn)來模擬施加到所述部件的所述表面的所述接觸壓力。因此能夠?qū)S承滾子的所述輪廓進(jìn)行可靠的質(zhì)量控制，尤其是所述滾子的所述梢部和所述圓柱部之間的所述連接區(qū)域的質(zhì)量。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有益處理，所述部件的所述已測量的表面輪廓是以由粗糙度測量儀器獲得的許多數(shù)字信號(hào)的形式，被處理的所述信號(hào)以獲得多個(gè)具有表示所述部件的所述幾何表面輪廓的幾何坐標(biāo)的點(diǎn)。
依據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)有益處理，用于應(yīng)用到軸承滾子，在步驟模擬所述接觸壓力之前，通過繞著所述滾子的縱軸旋轉(zhuǎn)所述已測量的表面輪廓生成所述滾子和其滾道之間的接觸的潛力區(qū)。
依據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)有益處理，所述步驟模擬所述接觸壓力是基于計(jì)算用于在兩個(gè)彈性體之間的接觸的表面壓力。
所述預(yù)定義門限值最好是用于所述部件的所述表面輪廓的所述第三區(qū)而模擬的接觸壓力的函數(shù)。進(jìn)一步地，有利地，所述預(yù)定義門限值是所述部件的所述軸線長度的函數(shù)。


參見示出了具有非限制特征的實(shí)施例的附圖的下述描述體現(xiàn)了本發(fā)明的其它特征和有益效果。圖中圖1是用于渦輪機(jī)滾柱軸承的滾子的表面的部分的圖形輪廓示意圖；
圖2是執(zhí)行本發(fā)明的方法的各種步驟的流程圖；圖3是滾子表面的接觸超壓力作為滾子的梢部和圓柱部之間的連接半徑的函數(shù)而變化的圖表；圖4是在滾子表面的接觸超壓力作為它的圓柱長度的函數(shù)而變化的圖表。
具體實(shí)施例方式
在下面描述中，內(nèi)容是檢查用于渦輪機(jī)組滾柱軸承的圓柱滾子10的表面的輪廓。然而，除了滾子，本發(fā)明適用于檢查渦輪機(jī)組部件的表面的輪廓，只要這種部件遭受接觸壓力和包括連接到梢部的圓柱部(這能夠應(yīng)用于例如需要精確輪廓的葉根)。
如圖1所示，起初假設(shè)，用于渦輪機(jī)組滾柱軸承的圓柱滾子10的表面輪廓能夠被幾何地定義如下相當(dāng)于滾子的兩個(gè)梢部的兩個(gè)第一區(qū)Z1和Z5；兩個(gè)第二區(qū)Z2和Z4，每個(gè)相當(dāng)于滾子的圓柱部和梢部之一之間的連接；相當(dāng)于滾子圓柱部的第三區(qū)Z3。
首先，圓柱滾子10繞著其縱軸X-X(圖1中僅示出了半個(gè)滾子)是對稱的，其次，繞著與其縱軸X-X垂直的中平面Y-Y是對稱的。滾子的第一區(qū)Z1和Z5和第二區(qū)Z2和Z4關(guān)于滾子的中平面Y-Y被對稱地設(shè)置。此外，滾子的第一區(qū)Z1和Z5和第二區(qū)Z2和Z4呈現(xiàn)的輪廓主要是半徑分別為Rd和Rr的圓形，而第三區(qū)的輪廓主要是直線的。
圖2示出了尤其是執(zhí)行本發(fā)明的用于檢查輪廓的方法的步驟。
總的來說，本發(fā)明的輪廓檢查方法能夠借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，尤其是例如運(yùn)行用于處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的軟件的計(jì)算機(jī)工作站的系統(tǒng)，連接到用于測量幾何部件的表面輪廓的儀器。
在本發(fā)明的第一步驟20中，操作者測量處于檢查下的圓柱滾子的表面輪廓。該測量能夠使用標(biāo)準(zhǔn)粗糙度測量儀來完成，例如具有鉆石或者激光感應(yīng)傳感器的測量儀。在這種儀器中，傳感器被固定到移動(dòng)支撐臂，在檢查狀態(tài)下該移動(dòng)支撐臂能夠以引起傳感器跟隨滾子的表面輪廓的方式移動(dòng)。
然后，隨著傳感器沿著滾子的表面移動(dòng)，被測量的表面輪廓以傳感器的位置的信號(hào)指示的形式被表示。這些信號(hào)被傳輸?shù)脚c傳感器連接的計(jì)算機(jī)工作站，在其中被數(shù)字處理以獲得許多點(diǎn)，這些點(diǎn)具有處于檢查狀態(tài)下的滾子的表面的幾何輪廓的幾何坐標(biāo)表示。
從按照這種方法獲得的幾何點(diǎn)，通過繞著滾子的縱軸X-X旋轉(zhuǎn)表面輪廓，在滾子和其滾道之間產(chǎn)生了潛力接觸區(qū)域(potential contact zone)。
那么隨后的步驟30是模擬施加到滾子表面在它的每一個(gè)幾何區(qū)Z1至Z5的接觸壓力，即，作用在滾子表面和滾道之間的壓力。此步驟能夠利用運(yùn)行在計(jì)算機(jī)工作站上的計(jì)算機(jī)軟件來執(zhí)行。
模擬施加到滾子表面的接觸壓力主要在于計(jì)算在兩個(gè)彈性體之間的接觸的表面壓力。用于計(jì)算壓力域的原則依靠這兩個(gè)彈性體的表面的離散化，和用于幾何概率(該表面不滲透)和用于作用在所述表面(作用和反作用的原則)的壓力之間的平衡的公式。寫這種公式需要變形前后的表面的形狀的信息，在表面的各種各樣點(diǎn)的負(fù)載的情況下的位移。
通過布斯尼克(Boussinescq)關(guān)系給出系數(shù)，該系數(shù)能夠使要計(jì)算的位移作為壓力域的函數(shù)。為了計(jì)算這些系數(shù)，主要假設(shè)如下表面由同樣的材料制成，體積作為半無限體，和負(fù)載的變形、距離和方向垂直于接觸平面。那么平面之間的幾何關(guān)系如下Yi=Ei+DiA+DiB+SP]]>其中Yi變形的表面之間的距離；Ei未變形的表面之間的距離；DiA表面A的變形；DiB表面B的變形；SP表面的整體近似值(常數(shù))。
那么表面的變形為DiA=(KA)×PiA]]>和DiB=(KB)×PiB]]>其中，KA和KB是幾何影響系數(shù)(它與涉及負(fù)載的表面的拓?fù)涑烧取?在作用和反作用的原則上，建立用于表面每個(gè)點(diǎn)的關(guān)系PiA=PiB=Pi.]]>在這兩個(gè)表面之間的接觸區(qū)，接觸壓力由下列公式計(jì)算得出Yi＝0；Pi＞0；和∑Pi×DS＝W；其中，W是接觸的負(fù)載常量，DS是接觸區(qū)的尺寸。在接觸區(qū)外，應(yīng)用下列公式
Yi＝0和Pi＞0；由于這兩個(gè)表面之間的接觸區(qū)事先(a priori)未知，有必要反復(fù)執(zhí)行直到所有條件都滿足。還有必要離散化一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域足夠大以確保接觸的整個(gè)區(qū)域包括在其中。
最后，在本方法的步驟40中，將用這種方式模擬的用于滾子的表面輪廓的第二區(qū)Z2和Z4的接觸壓力與預(yù)定門限值比較。作為在這次比較過程中獲得的結(jié)果的函數(shù)，操作者能夠決定或者是否保留渦輪機(jī)組滾柱軸承內(nèi)的滾子。
門限值是通過實(shí)驗(yàn)而設(shè)定的。他們作為渦輪機(jī)組內(nèi)的軸承的位置、其幾何特性、其材料以及經(jīng)受的外部機(jī)械壓力的函數(shù)，特別是在最大的負(fù)載滾子和滾道之間的接觸壓力級。
門限值最好定義為模擬用于滾子的表面輪廓的第三區(qū)Z3的接觸壓力的函數(shù)(即，用于相當(dāng)于滾子的圓柱部的區(qū))，更精確地作為在所述第三區(qū)中心獲得的接觸壓力的函數(shù)。
例如，用于計(jì)算在滾子圓柱部和梢部之一之間的接觸而被計(jì)算的超壓力能夠被表達(dá)成在滾子的圓柱接觸區(qū)的中心獲得的壓力的百分?jǐn)?shù)。那么這個(gè)超壓力必須小于已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)而定義的門限值。圖3示出了一個(gè)例子。在這幅圖中，能夠看出，曲線100表示在滾子表面的接觸超壓力作為在滾子的梢部和圓柱部(即，圖1的區(qū)Z2和Z4)之間的連接半徑Rr的函數(shù)。這個(gè)超壓力被表示成在滾子圓柱接觸區(qū)中心獲得的壓力的百分比。通過實(shí)驗(yàn)定義的超壓力限102(在本例中大約為112％)表示門限值，高于該門限值滾子不能夠再繼續(xù)用在渦輪機(jī)組滾柱軸承中。此限102相當(dāng)于大約為50mm的連接半徑Rr。
此外，滾子的圓柱部(即區(qū)Z3)支撐施加到滾子的負(fù)載的主要部分。當(dāng)這個(gè)圓柱部的長度變化時(shí)，超壓力峰值的量有如圖4所示的微小變化。該圖顯示出，畫出在滾子表面的接觸超壓力的曲線104作為其圓柱的長度的函數(shù)。因此預(yù)定義的門限值最好是滾子軸向長度的函數(shù)。由于該影響很容易地用參數(shù)表示，因此很容易將對門限值的修正加到計(jì)算過程中。
權(quán)利要求
1.檢查渦輪機(jī)組部件(10)的圓柱部和梢部之間的連接區(qū)域的輪廓的方法，所述部件的表面輪廓通過至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的梢部的第一區(qū)(Z1，Z5)、至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的圓柱部和梢部之間的連接的第二區(qū)(Z2，Z4)和相當(dāng)于所述部件的圓柱部的第三區(qū)(Z3)被幾何定義，其特征在于，該方法包括(20)測量所述部件的表面輪廓；(30)從所測得的表面輪廓，模擬施加到所述部件的所述表面的其每一個(gè)區(qū)的接觸壓力；和(40)比較用于所述部件的所述表面輪廓的所述第二區(qū)(Z2，Z4)而模擬的接觸壓力和預(yù)定義門限值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述部件的已測量的表面輪廓是以通過粗糙度儀器獲得的許多數(shù)字信號(hào)的形式表示。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中所述部件是用于渦輪機(jī)組滾柱軸承的滾子(10)；和在步驟(30)模擬所述接觸壓力之前，通過繞著所述滾子的縱軸(X-X)旋轉(zhuǎn)已測量的表面輪廓產(chǎn)生在所述滾子和其滾道之間的接觸的潛力區(qū)。
4.如權(quán)利要求1至3所述的任意一種方法，其中步驟(30)模擬接觸壓力是基于計(jì)算用于兩個(gè)彈性體之間的接觸的表面壓力。
5.如權(quán)利要求1至4所述的任意一種方法，其中，所述預(yù)定義門限值是用于所述部件的所述表面輪廓的所述第三區(qū)(Z3)而模擬的接觸壓力的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1至5所述的任意一種方法，其中，所述預(yù)定義門限值是所述部件的所述軸線長度的函數(shù)。
全文摘要
一種檢查渦輪機(jī)組部件的圓柱部和梢部之間的連接區(qū)域的輪廓的方法，所述部件的所述表面輪廓是通過至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的梢部的第一區(qū)、至少一個(gè)相當(dāng)于所述部件的圓柱部和梢部之間的連接的第二區(qū)和相當(dāng)于所述部件的圓柱部的第三區(qū)，所述方法在于(20)測量所述部件的所述表面輪廓；從已測得的表面輪廓，(30)模擬施加到所述部件的所述表面且用于每一個(gè)它的區(qū)的接觸壓力；和(40)比較用于所述部件的所述表面輪廓的所述第二區(qū)而模擬的所述接觸壓力和預(yù)定義門限值。
文檔編號(hào)F01D17/08GK1955636SQ200610149809
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者丹尼爾·波羅納 申請人:斯奈克瑪