檢查渦輪機組部件的圓柱部和梢部之間的連接區域的方法
2023-05-05 01:09:01 4
專利名稱：檢查渦輪機組部件的圓柱部和梢部之間的連接區域的方法
技術領域：
本發明涉及質量控制領域，用於檢查遭受接觸壓力的渦輪機組部件輪廓，尤其是使用在渦輪機組的滾柱軸承中的圓柱滾子。
背景技術：
滾動軸承通常使用在航空領域。在渦輪機組中，滾動軸承尤其用於支撐第一軸，其輪流相對於定子或者相對於與所述第一軸同軸的第二軸。這種軸承主要由位於由外環和內環形成的滾道內的滾珠或者圓柱滾子構成。總的來說，滾珠軸承用於承載軸向載荷，而滾柱軸承用於承載渦輪機組內的徑向負載。
用在渦輪機組的軸承內的滾動元件遭受的操作條件變得更加嚴峻。儘管所遇到的故障的次數不斷降低，這些事故的耗費仍然很高，當設計軸承時零故障的目標必須要追求。因此有必要進一步提高滾柱軸承的可靠性，尤其是通過驗證它們滾子的輪廓處於適用性狀態。具有圓柱滾子的軸承內的滾動接觸的可靠性特別依靠在兩個接觸表面之間的力的分布方式，用於確保沒有軸承故障的過程必須經過分析滾子的輪廓這一步驟。此分析步驟能夠使用用於測量形狀和表面的標準儀器來完成，例如配有鑽石(diamond)或者雷射感應傳感器的粗糙度測量儀。
在實踐中，軸承的圓柱滾子的端部變細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，在這種滾子的兩個梢部和圓柱部之間的連接區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域的形狀而變化，連接區域的形狀實際上在工業製造過程中已確定，它們直接影響滾子剝落的危險。不幸的是，標準測量儀器不能夠檢測這種連接區域。大多數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)，它們不適於可靠地處理組合的輪廓(即簡單輪廓的組合)，它們甚至不適於處理能夠用現今製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域有關。因此，目前，用於圓柱軸承滾子的不同輪廓之間的連接的質量控制不包括任意可以計量的需求。
發明內容
本發明的主要目的是通過提出一種方法消除這些缺陷，該方法不僅檢查用於滾柱軸承的滾子的圓柱部和梢部之間的連接區域的輪廓，還確定用於執行分布壓力功能的任意複雜形狀的適應性。
為此，本發明提供一種檢查渦輪機組部件的圓柱部和梢部之間的連接區域的輪廓的方法，所述部件的所述表面輪廓被通過至少一個相當於所述部件的所述梢部的第一區、至少一個相當於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和相當於所述部件的所述圓柱部的第三區，該方法的特徵在於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於每一個它的區的所述接觸壓力；和比較用於所述部件的所述表面輪廓的所述第二區而模擬的所述接觸壓力和預定義門限值。
本發明的方法能夠通過簡單處理測量得到的所述輪廓的點來模擬施加到所述部件的所述表面的所述接觸壓力。因此能夠對軸承滾子的所述輪廓進行可靠的質量控制，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域的質量。
依據本發明的一個有益處理，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位訊號的形式，被處理的所述信號以獲得多個具有表示所述部件的所述幾何表面輪廓的幾何坐標的點。
依據本發明的又一個有益處理，用於應用到軸承滾子，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。
依據本發明的又一個有益處理，所述步驟模擬所述接觸壓力是基於計算用於在兩個彈性體之間的接觸的表面壓力。
所述預定義門限值最好是用於所述部件的所述表面輪廓的所述第三區而模擬的接觸壓力的函數。進一步地，有利地，所述預定義門限值是所述部件的所述軸線長度的函數。
參見示出了具有非限制特徵的實施例的附圖的下述描述體現了本發明的其它特徵和有益效果。圖中圖1是用於渦輪機滾柱軸承的滾子的表面的部分的圖形輪廓示意圖；
圖2是執行本發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而變化的圖表。
具體實施例方式
在下面描述中，內容是檢查用於渦輪機組滾柱軸承的圓柱滾子10的表面的輪廓。然而，除了滾子，本發明適用於檢查渦輪機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(這能夠應用於例如需要精確輪廓的葉根)。
如圖1所示，起初假設，用於渦輪機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於滾子的兩個梢部的兩個第一區Z1和Z5；兩個第二區Z2和Z4，每個相當於滾子的圓柱部和梢部之一之間的連接；相當於滾子圓柱部的第三區Z3。
首先，圓柱滾子10繞著其縱軸X-X(圖1中僅示出了半個滾子)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Z1和Z5和第二區Z2和Z4關於滾子的中平面Y-Y被對稱地設置。此外，滾子的第一區Z1和Z5和第二區Z2和Z4呈現的輪廓主要是半徑分別為Rd和Rr的圓形，而第三區的輪廓主要是直線的。
圖2示出了尤其是執行本發明的用於檢查輪廓的方法的步驟。
總的來說，本發明的輪廓檢查方法能夠藉助計算機系統來實現，尤其是例如運行用於處理數字數據的軟體的計算機工作站的系統，連接到用於測量幾何部件的表面輪廓的儀器。
在本發明的第一步驟20中，操作者測量處於檢查下的圓柱滾子的表面輪廓。該測量能夠使用標準粗糙度測量儀來完成，例如具有鑽石或者雷射感應傳感器的測量儀。在這種儀器中，傳感器被固定到移動支撐臂，在檢查狀態下該移動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。
然後，隨著傳感器沿著滾子的表面移動，被測量的表面輪廓以傳感器的位置的信號指示的形式被表示。這些信號被傳輸到與傳感器連接的計算機工作站，在其中被數字處理以獲得許多點，這些點具有處於檢查狀態下的滾子的表面的幾何輪廓的幾何坐標表示。
從按照這種方法獲得的幾何點，通過繞著滾子的縱軸X-X旋轉表面輪廓，在滾子和其滾道之間產生了潛力接觸區域(potential contact zone)。
那麼隨後的步驟30是模擬施加到滾子表面在它的每一個幾何區Z1至Z5的接觸壓力，即，作用在滾子表面和滾道之間的壓力。此步驟能夠利用運行在計算機工作站上的計算機軟體來執行。
模擬施加到滾子表面的接觸壓力主要在於計算在兩個彈性體之間的接觸的表面壓力。用於計算壓力域的原則依靠這兩個彈性體的表面的離散化，和用於幾何概率(該表面不滲透)和用於作用在所述表面(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後的表面的形狀的信息，在表面的各種各樣點的負載的情況下的位移。
通過布斯尼克(Boussinescq)關係給出係數，該係數能夠使要計算的位移作為壓力域的函數。為了計算這些係數，主要假設如下表面由同樣的材料製成，體積作為半無限體，和負載的變形、距離和方向垂直於接觸平面。那麼平面之間的幾何關係如下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)。
那麼表面的變形為DiA=(KA)PiA]]>和DiB=(KB)PiB]]>其中，KA和KB是幾何影響係數(它與涉及負載的表面的拓撲成正比。)在作用和反作用的原則上，建立用於表面每個點的關係PiA=PiB=Pi.]]>在這兩個表面之間的接觸區，接觸壓力由下列公式計算得出Yi＝0；Pi＞0；和∑Pi×DS＝W；其中，W是接觸的負載常量，DS是接觸區的尺寸。在接觸區外，應用下列公式
Yi＝0和Pi＞0；由於這兩個表面之間的接觸區事先(a priori)未知，有必要反覆執行直到所有條件都滿足。還有必要離散化一個區域，該區域足夠大以確保接觸的整個區域包括在其中。
最後，在本方法的步驟40中，將用這種方式模擬的用於滾子的表面輪廓的第二區Z2和Z4的接觸壓力與預定門限值比較。作為在這次比較過程中獲得的結果的函數，操作者能夠決定或者是否保留渦輪機組滾柱軸承內的滾子。
門限值是通過實驗而設定的。他們作為渦輪機組內的軸承的位置、其幾何特性、其材料以及經受的外部機械壓力的函數，特別是在最大的負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於滾子的表面輪廓的第三區Z3的接觸壓力的函數(即，用於相當於滾子的圓柱部的區)，更精確地作為在所述第三區中心獲得的接觸壓力的函數。
例如，用於計算在滾子圓柱部和梢部之一之間的接觸而被計算的超壓力能夠被表達成在滾子的圓柱接觸區的中心獲得的壓力的百分數。那麼這個超壓力必須小於已經由實驗而定義的門限值。圖3示出了一個例子。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Z2和Z4)之間的連接半徑Rr的函數。這個超壓力被表示成在滾子圓柱接觸區中心獲得的壓力的百分比。通過實驗定義的超壓力限102(在本例中大約為112％)表示門限值，高於該門限值滾子不能夠再繼續用在渦輪機組滾柱軸承中。此限102相當於大約為50mm的連接半徑Rr。
此外，滾子的圓柱部(即區Z3)支撐施加到滾子的負載的主要部分。當這個圓柱部的長度變化時，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。因此預定義的門限值最好是滾子軸向長度的函數。由於該影響很容易地用參數表示，因此很容易將對門限值的修正加到計算過程中。
權利要求
1.檢查渦輪機組部件(10)的圓柱部和梢部之間的連接區域的輪廓的方法，所述部件的表面輪廓通過至少一個相當於所述部件的梢部的第一區(Z1，Z5)、至少一個相當於所述部件的圓柱部和梢部之間的連接的第二區(Z2，Z4)和相當於所述部件的圓柱部的第三區(Z3)被幾何定義，其特徵在於，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區的接觸壓力；和(40)比較用於所述部件的所述表面輪廓的所述第二區(Z2，Z4)而模擬的接觸壓力和預定義門限值。
2.如權利要求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位訊號的形式表示。
3.如權利要求1或者2所述的方法，其中所述部件是用於渦輪機組滾柱軸承的滾子(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)旋轉已測量的表面輪廓產生在所述滾子和其滾道之間的接觸的潛力區。
4.如權利要求1至3所述的任意一種方法，其中步驟(30)模擬接觸壓力是基於計算用於兩個彈性體之間的接觸的表面壓力。
5.如權利要求1至4所述的任意一種方法，其中，所述預定義門限值是用於所述部件的所述表面輪廓的所述第三區(Z3)而模擬的接觸壓力的函數。
6.如權利要求1至5所述的任意一種方法，其中，所述預定義門限值是所述部件的所述軸線長度的函數。
全文摘要
一種檢查渦輪機組部件的圓柱部和梢部之間的連接區域的輪廓的方法，所述部件的所述表面輪廓是通過至少一個相當於所述部件的梢部的第一區、至少一個相當於所述部件的圓柱部和梢部之間的連接的第二區和相當於所述部件的圓柱部的第三區，所述方法在於(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於每一個它的區的接觸壓力；和(40)比較用於所述部件的所述表面輪廓的所述第二區而模擬的所述接觸壓力和預定義門限值。
文檔編號F01D17/08GK1955636SQ200610149809
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月25日 優先權日2005年10月25日
發明者丹尼爾·波羅納 申請人:斯奈克瑪