CN102862018A - 菌型叶片模拟装配方法 - Google Patents

Abstract

菌型叶片模拟装配方法，本发明涉及一种叶片模拟装配方法。转子和菌型叶片用计算机进行模拟装配，从而减少了转子装配的工作量，提高生产效率，降低生产成本。所述方法步骤是：步骤一、转子轮槽测量；步骤二、菌型叶片测量；步骤三、模拟装配；以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN01为半径做圆，并与转子节圆相交于PN+1点，以及得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN02为半径做圆，并与转子节圆相交于ZN+1点；此时P1与PN+1的距离T1、Z2与ZN+2的距离T2即为叶片的过盈量；根据过盈量计算出单只菌型叶片修磨量。本发明用于菌型叶片转子的菌型轮槽的装配。

Description

菌型叶片模拟装配方法

技术领域

本发明涉及一种叶片模拟装配方法。

背景技术

菌型叶片装配是沿转子的轮槽圆周方法进行装配的。由于在批量制造加工过程中，单只叶片的厚度存在一定的误差，按每只叶片的厚度存在0.1mm的不确定度计算，整圈10只叶片的不确定度将达到1mm。若叶片在设计过程中理论厚度值刚好满足无间隙装配，那么在考虑到加工误差后，装配可能产生最大1mm间隙，这样就需更换一定数量的叶片，那么称重、排序等工序需重新进行，叶片装配的效率将极低，装配成功率将不足10%。考虑到这些问题，菌型叶片在设计过程中必须将厚度的下限尺寸设计为理论装配后仍有一定的过盈量，这样就避免了装配过程中需更换叶片的工作。但是，这样设计带来的问题就是叶片装配过程中需首先进行预装配，初步得出过盈量，然后根据过盈量对叶片进行修磨，再次进行装配，若仍有过盈量再进一步修磨。

在实际生产过程中，有时菌型叶片需要如此反复试装、修磨三、四次才能满足装配要求，这样就给制造厂的生产进度带来了极大影响，工作量大，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种菌型叶片模拟装配方法，转子和叶片用计算机进行模拟装配，从而减少了转子装配的工作量，提高生产效率，降低生产成本。

模拟装配就是将参与装配的零部件的配合尺寸进行精确测量，然后通过计算机作图的方法将这些配合尺寸按照装配关系进行模拟装配，得出该状态下的装配结果。对于菌型叶片的模拟装配来说，首先要对转子的轮槽及菌型叶片的叶根进行测量，然后通过作图的方法计算菌型叶片的整圈装配过盈量，根据过盈量在预装配前制定修磨方案。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的菌型叶片模拟装配方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：转子轮槽测量；

在转子轴颈上任意选定三个要测量的横截面，每个横截面上用外径千分尺测量任意三个直径尺寸，在测量的九个直径尺寸中，当测量的直径尺寸最大值与最小值相差在0.01mm以内时，将测量的九个直径结果求平均值并做记录；再以转子轴颈为基准，用机床测量转子各级菌型轮槽的外圆直径，并作记录，菌型轮槽由低级至高级分别定义为一级菌型轮槽、二级菌型轮槽和三级菌型轮槽，设定一级菌型轮槽外圆直径为Y2、二级菌型轮槽外圆直径为Y1、三级菌型轮槽外圆直径为Y，用样板及塞尺测量三级菌型轮槽外圆到各受力面的距离，设定三级菌型轮槽外圆到二级菌型轮槽受力面的距离为K1，三级菌型轮槽外圆到一级菌型轮槽受力面的距离为K2，从而间接计算出一级菌型轮槽外圆直径Y2值、二级菌型轮槽外圆直径Y1值，做好记录；

步骤二：菌型叶片测量；

使用三坐标测量机对菌型叶片各受力面厚度进行间接测量，具体方法如下：作图，在其中一个受力面上任意取一点C，用点C向菌型叶片内弧端面投影的点为D，用点C向菌型叶片背弧端面投影的点为F，A为受力面曲线与菌型叶片内弧端面的交点，B为受力面曲线与菌型叶片背弧端面的交点，线段AB的长度L为菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H1，或者为菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H2，菌型叶片背弧端面上的F点向菌型叶片内弧端面投影，垂足是E，O为圆弧AB圆心，O1为菌型叶片内弧端面与菌型叶片背弧端面延长线的交点，过圆心O做O1B的平行线OG，用三坐标测量机测量所作图中L1、L2以及圆弧AB的半径R、菌型叶片内弧端面与菌型叶片背弧端面夹角θ，

解梯形CDEF，得：L5=(L2-L1)·tanθ

解三角形EOB，得：L6=L2·cotθ

解三角形DOC，得： $L4=\sqrt{(R^2-{L1}^2)}$

由图可知：L7=L5+L6-L4，L8=R+L7

解三角形BOB，得： $L3=L7\·\cos \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-{L1}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

解三角形AOB，得： $L=\sqrt{{L8}^2-{L3}^2-2\·L8\·\cos \mathrm{\θ}}$

其中，L1为C D线段的长度，L2为EF线段的长度，L为DE两点之间的距离，L6为O1E两点之间的距离，L4为OD两点之间的距离，L7为O1O两点之间的距离，L3为O1F两点之间的距离；由此将测量数据L1、L2、R、θ转化为所需数据L值；

步骤三：模拟装配；

在计算机中作图，画图直径等于所述其中一个受力面直径的两个同心节圆，其中一个同心节圆的直径等于一级菌型轮槽外圆直径为Y2，另一个同心节圆的直径等于二级菌型轮槽外圆直径为Y1，在图中画一条过所述圆心的起始线，并与两个同心节圆相交与P1、Z1两点，其中，P1为与大直径同心圆相交的点，Z1为与小直径同心圆相交的点，以P1点为圆心，以编号为1的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H101为半径做圆，并与转子节圆相交于P2点；以Z1为圆心，以编号为1的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H102为半径做圆，并与转子节圆相交于Z2点；再以P2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H201为半径做圆，并与转子节圆相交于P3点；以Z2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H202为半径做圆，并与转子节圆相交于Z3点；以此类推，直至得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN01为半径做圆，并与转子节圆相交于PN+1点，以及得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN02为半径做圆，并与转子节圆相交于ZN+1点；此时P1与PN+1的距离T1、Z2与ZN+2的距离T2即为叶片的过盈量；若菌型叶片的两个受力面距离大于转子两个受力面距离时，则以靠近叶身的受力面为装配基准，过盈量取T1；反之以远离叶身的受力面为装配基准，过盈量取T2，最后根据过盈量计算出单只菌型叶片修磨量。

本发明的有益效果是：本发明利用模拟装配将菌型叶片装配过盈量控制在一定的范围内，从而确保菌型叶片在通过一次预装配后，仅对不大于20片的菌型叶片修磨即可满足装配要求。

附图说明

图1是转子外形主视图，图2是转子菌型轮槽测量示意图，图3是菌型叶片叶根测量的主视图，图4是图3的俯视图，图5是测量过程中的计算简图，图6是菌型叶片模拟装配示意图，图7是图6的G处局部放大图，图中G表示的是起始线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的菌型叶片模拟装配方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：转子轮槽测量；

在转子轴颈上任意选定三个要测量的横截面2（详见图1），每个横截面2上用外径千分尺测量任意三个直径尺寸，在测量的九个直径尺寸中，当测量的直径尺寸最大值与最小值相差在0.01mm以内时，将测量的九个直径结果求平均值并做记录；再以转子轴颈1为基准，用机床测量转子各级菌型轮槽3的外圆直径，并作记录，菌型轮槽3由低级至高级分别定义为一级菌型轮槽、二级菌型轮槽和三级菌型轮槽，设定一级菌型轮槽外圆直径为Y2、二级菌型轮槽外圆直径为Y1、三级菌型轮槽外圆直径为Y（见图2），用样板及塞尺测量三级菌型轮槽外圆到各受力面4的距离，设定三级菌型轮槽外圆到二级菌型轮槽受力面的距离为K1，三级菌型轮槽外圆到一级菌型轮槽受力面的距离为K2（图2），从而间接计算出一级菌型轮槽外圆直径Y2值、二级菌型轮槽外圆直径Y1值，做好记录；

步骤二：菌型叶片测量；

使用三坐标测量机对菌型叶片各受力面4厚度（见图3、图4）进行间接测量，具体方法如下：作图（如图所示），在其中一个受力面4上任意取一点C，用点C向菌型叶片内弧端面6投影的点为D，用点C向菌型叶片背弧端面7投影的点为F，A为受力面曲线与菌型叶片内弧端面6的交点，B为受力面曲线与菌型叶片背弧端面7的交点，线段AB的长度L为菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H1，或者为菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H2，菌型叶片背弧端面7上的F点向菌型叶片内弧端面6投影，垂足是E，O为圆弧AB圆心，O1为菌型叶片内弧端面6与菌型叶片背弧端面7延长线的交点，过圆心O做O1B的平行线OG，用三坐标测量机测量所作图中L1、L2以及圆弧AB的半径R、菌型叶片内弧端面6与菌型叶片背弧端面7夹角θ，

解梯形CDEF，得：L5=(L2-L1)·tanθ

解三角形EOB，得：L6=L2·cotθ

解三角形DOC，得： $L4=\sqrt{(R^2-{L1}^2)}$

由图可知：L7=L5+L6-L4，L8=R+L7

解三角形BOB，得： $L3=L7\·\cos \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-{L1}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

解三角形AOB，得： $L=\sqrt{{L8}^2-{L3}^2-2\·L8\·\cos \mathrm{\θ}}$

其中，L1为CD线段的长度，L2为EF线段的长度，L为DE两点之间的距离，L6为O1E两点之间的距离，L4为OD两点之间的距离，L7为O1O两点之间的距离，L3为O1F两点之间的距离；由此将测量数据L1、L2、R、θ转化为所需数据L值；

步骤三：模拟装配；

在计算机中作图，画图直径等于所述其中一个受力面4直径的两个同心节圆（如图6、图7所示），其中一个同心节圆的直径等于一级菌型轮槽外圆直径为Y2，另一个同心节圆的直径等于二级菌型轮槽外圆直径为Y1，在图中画一条过所述圆心的起始线，并与两个同心节圆相交与P1、Z1两点，其中，P1为与大直径同心圆相交的点，Z1为与小直径同心圆相交的点，以P1点为圆心，以编号为1的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H101为半径做圆，并与转子节圆相交于P2点；以Z1为圆心，以编号为1的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H102为半径做圆，并与转子节圆相交于Z2点；再以P2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H201为半径做圆，并与转子节圆相交于P3点；以Z2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H202为半径做圆，并与转子节圆相交于Z3点；以此类推，直至得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN01为半径做圆，并与转子节圆相交于PN+1点，以及得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN02为半径做圆，并与转子节圆相交于ZN+1点；此时P1与PN+1的距离T1、Z2与ZN+2的距离T2即为叶片的过盈量；若菌型叶片的两个受力面距离大于转子两个受力面距离时，则以靠近叶身的受力面为装配基准（即为图2、图7中的节圆Y1），过盈量取T1；反之以远离叶身的受力面为装配基准（即为图2、图7中的节圆Y2），过盈量取T2，最后根据过盈量计算出单只菌型叶片修磨量。

实施例：

本实施例是对某百万机组低压正反向第4级菌型叶片进行了模拟装配试验工作，但由于工装定位及夹紧存在问题，菌型叶片整圈过盈量与实际装配存在约mm的误差。随后质检中心改进了测量工装，又对同类型百万机组某低压第4级正反向菌型叶片进行了模拟装配试验工作，试验情况及结果如下：

1.工装改进：

针对首台试验机组模拟装配过程中出现的问题，我们改进了测量工装，新工装将菌型叶片摆放由立式改为卧式，并在一次装夹后可测量片菌型叶片，这样就提高了三坐标测量精度和测量效率，改进前测量正反向两圈菌型叶片需要约6个工作日，改进后仅需约3个工作日即可完成。

2.对低压第4级正反向菌型叶片测量：

在菌型叶片进行完承重排序后，我们将菌型叶片转送至三坐标测量机。为提高测量精度，菌型叶片在三坐标恒温24小时。然后，利用三坐标测量机对每只菌型叶片的六个承力面处的厚度值进行间接测量，每只菌型叶片测量13个数据，共测量2990个数据。

3.对低压转子轮槽的测量：

使用机床及杠杆千分表对转子正反向第4级菌型轮槽的各承力面直径进行测量。

4.对菌型叶片测量数据进行处理：

将三坐标测量机测量的2990个数据输入到计算表格中，计算出每个菌型叶片各承力面厚度值。

5.做图模拟装配：

以转子菌型轮槽承力面直径为基圆，以厚度尺寸为半径的圆代替菌型叶片，将各菌型叶片按承重后排序顺序制图装配。得出菌型叶片装配整圈过盈量。模拟装配结果见表1：

表1模拟装配数据

考虑到菌型叶片在装配过程中存在砂轮修磨，用来消除局部间隙，所以过盈量应以最小值给出，即正向：8.26mm，反向：9.67mm。其中锁紧菌型叶片无法测量承力面厚度，按理论值进行模拟装配。

6.菌型叶片实际装配：

菌型叶片在实际预装配中，将除锁紧菌型叶片外的所有菌型叶片装在转子上，并胀紧，测量叶根底圆间隙，再测量锁紧菌型叶片底部厚度值，通过做差得出过盈量。此时得出的过盈量为：正向：8mm，反向：9mm。

7.结果分析：

由于三坐标测量位置和实际装配时的测量位置存在差异，再加之三坐标测量单只菌型叶片厚度约存在0.01mm的测量误差，整圈11片菌型叶片累计误差1.1mm，因此在测量结果上存在差异，但通过实例分析，测量误差在可接受的范围内。

8.菌型叶片处理跟踪：

跟踪反向菌型叶片修磨情况。根据模拟装配的过盈量结果对反向菌型叶片中11只叶片进行了修磨，在考虑单只菌型叶片修磨存在0.01mm的误差后，要求每片菌型叶片修磨0.07mm，修磨量为总和为8.0±1.72mm，此时修磨后的最大过盈量为9.67-8.0+1.72=3.34mm，单只菌型叶片在修磨0.20mm以内时不用重新称重，因此，当再次修磨时可仅对17片菌型叶片进行修磨，从而修磨累计误差基本消除。

修磨后转运至三坐标重新测量，并通过计算得出每片菌型叶片的实际修磨量。总修磨量为8.66mm，计算得实际装配的过盈量为9.67-8.66=1.00mm，即通过计算得出装配后会出现1.00mm的过盈。在实际第二次预装配后，测得装配存在约1mm的过盈，模拟装配的结果与实际装配结果基本吻合。此时仅对6只加厚菌型叶片进行修磨，完成装配。

9.试验结论：

通过模拟装配与实际装配的数据对比，可得出以下结论。对单只菌型叶片测量的精度较高，但整圈仍有一定的累计误差。由于实际装配时测量方法和测量部位与模拟装配不同，因此结果存在一定的差异，但差异在一定的范围内。在菌型叶片进行修磨的过程中，通过模拟装配的测量方法对菌型叶片的实际修磨量有着比较准确的测量检查。

Claims (1)

1.一种菌型叶片模拟装配方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：转子轮槽测量；

在转子轴颈（1）上任意选定三个要测量的横截面（2），每个横截面（2）上用外径千分尺测量任意三个直径尺寸，在测量的九个直径尺寸中，当测量的直径尺寸最大值与最小值相差在0.01mm以内时，将测量的九个直径结果求平均值并做记录；再以转子轴颈（1）为基准，用机床测量转子各级菌型轮槽（3）的外圆直径，并作记录，菌型轮槽（3）由低级至高级分别定义为一级菌型轮槽、二级菌型轮槽和三级菌型轮槽，设定一级菌型轮槽外圆直径为Y2、二级菌型轮槽外圆直径为Y1、三级菌型轮槽外圆直径为Y，用样板及塞尺测量三级菌型轮槽外圆到各受力面（4）的距离，设定三级菌型轮槽外圆到二级菌型轮槽受力面的距离为K1，三级菌型轮槽外圆到一级菌型轮槽受力面的距离为K2，从而间接计算出一级菌型轮槽外圆直径Y2值、二级菌型轮槽外圆直径Y1值，做好记录；

步骤二：菌型叶片测量；

使用三坐标测量机对菌型叶片各受力面（4）厚度进行间接测量，具体方法如下：作图，在其中一个受力面（4）上任意取一点C，用点C向菌型叶片内弧端面（6）投影的点为D，用点C向菌型叶片背弧端面（7）投影的点为F，A为受力面曲线与菌型叶片内弧端面（6）的交点，B为受力面曲线与菌型叶片背弧端面（7）的交点，线段AB的长度L为菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H1，或者为菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H2，菌型叶片背弧端面（7）上的F点向菌型叶片内弧端面（6）投影，垂足是E，O为圆弧AB圆心，O1为菌型叶片内弧端面（6）与菌型叶片背弧端面（7）延长线的交点，过圆心O做O1B的平行线OG，用三坐标测量机测量所作图中L1、L2以及圆弧AB的半径R、菌型叶片内弧端面（6）与菌型叶片背弧端面（7）夹角θ，

解梯形CDEF，得：L5=(L2-L1)·tanθ

解三角形EOB，得：L6=L2·cotθ

解三角形DOC，得： $L4=\sqrt{(R^2-{L1}^2)}$

由图可知：L7=L5+L6-L4，L8=R+L7

解三角形BOB，得： $L3=L7\·\cos \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-{L1}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

解三角形AOB，得： $L=\sqrt{{L8}^2-{L3}^2-2\·L8\·\cos \mathrm{\θ}}$

其中，L1为C D线段的长度，L2为EF线段的长度，L为DE两点之间的距离，L6为O1E两点之间的距离，L4为OD两点之间的距离，L7为O1O两点之间的距离，L3为O1F两点之间的距离；由此将测量数据L1、L2、R、θ转化为所需数据L值；

步骤三：模拟装配；

在计算机中作图，画图直径等于所述其中一个受力面（4）直径的两个同心节圆，其中一个同心节圆的直径等于一级菌型轮槽外圆直径为Y2，另一个同心节圆的直径等于二级菌型轮槽外圆直径为Y1，在图中画一条过所述圆心的起始线，并与两个同心节圆相交与P1、Z1两点，其中，P1为与大直径同心圆相交的点，Z1为与小直径同心圆相交的点，以P1点为圆心，以编号为1的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H101为半径做圆，并与转子节圆相交于P2点；以Z1为圆心，以编号为1的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H102为半径做圆，并与转子节圆相交于Z2点；再以P2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的靠近叶身的受力面厚度H201为半径做圆，并与转子节圆相交于P3点；以Z2为圆心，以编号为2的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度H202为半径做圆，并与转子节圆相交于Z3点；以此类推，直至得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN01为半径做圆，并与转子节圆相交于PN+1点，以及得到以编号为N的菌型叶片中的远离叶身的受力面厚度HN02为半径做圆，并与转子节圆相交于ZN+1点；此时P1与PN+1的距离T1、Z2与ZN+2的距离T2即为叶片的过盈量；若菌型叶片的两个受力面距离大于转子两个受力面距离时，则以靠近叶身的受力面为装配基准，过盈量取T1；反之以远离叶身的受力面为装配基准，过盈量取T2，最后根据过盈量计算出单只菌型叶片修磨量。

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