CN110595413B - 一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置，考虑圆轮廓测量中的转子或静子机匣偏心误差、传感器测头偏移、传感器测球半径、回转轴线与几何轴线的夹角和传感器倾斜角五个参数分量，建立了五参数圆轮廓测量模型；依据圆轮廓测量模型，可以准确的估计出偏心误差，得到转子或静子机匣测量面偏心误差的目标函数，进而得到偏心误差的概率密度，得到接触面跳动信息和偏心误差的概率关系，实现转子或静子机匣公差的分配。

Description

一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置

技术领域

本发明属于机械公差分配技术领域，特别是涉及一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置。

背景技术

航空发动机作为人类工业皇冠上的明珠，集中体现了一个国家科技、工业和国防实力。随着我国大力发展航空业，对航空发动机性能的要求也不断提高。在追求研制更高推重比的航空发动机的同时，也要注重减小发动机自身的振动，以提高发动机性能，保证飞行安全。

减小发动机的振动是发动机研制过程中的重要目标。静子机匣的装配质量和转子的制造与加工质量对航空发动机的性能有着极大的影响，因此为了减小振动，需要在设计航空发动机静子机匣或转子公差分配上进行合理赋值，保证转子或静子机匣的圆轮廓测量精度。这样可以极大的提高发动机静子机匣或转子加工精度，降低加工成本。

目前常用的方法为首先优选出有效的零件装配顺序；其次，合理选择代加工配合件的定位件，确定配合件的数量和尺寸，并将这些部件彼此相对定位紧固在一起而形成装配件；最后，将各个单独零部件的统计尺寸公差确定为零部件的制造要求，利用此公差降低加工成本，并使得装配件满足尺寸公差要求。常用的方法还可以为圆度测量装置在基底上设置有转动台，在转动台发生转动的情况下，对放置于转动台上的被测测量物的圆度进行测量，并且包括检测装置主体、检测装置驱动机构、触针、接触构件和控制装置。所述检测装置驱动机构使装置主体相对于基底移位。所述触针具备在装置主体上可转动地支撑的基端并且能够通过使用外力来改变相对于所述检测装置主体的角度位置。所述接触构件被设置在由于利用所述检测装置驱动机构使所述检测装置主体移位而能够与所述触针接触的位置。所述控制装置控制所述检测装置驱动机构的驱动。其不足之处：没有消除测量过程中引入的测量误差对圆度测量的影响。现有技术中还可以通过分析回转装备的径向和轴向测量面的定位及定向公差在装配中的传递过程,确定n级装备装配后的圆心坐标的传递关系,得到装配后装备偏心与各级装备定位、定向公差和旋转角度之间的关系；依据同轴度公差的目标函数，得到n级装备同轴度公差的概率密度，最终得到各级回转装备的径向偏心及轴向垂直度公差与最终多级装备同轴度公差的概率关系，实现大型高速回转装备公差的分配。

现有的方法均存在的问题在于：测量圆轮廓的过程中没有综合考虑被测物偏心误差、传感器测头偏移量、传感器测球半径、测量面倾斜误差以及传感器倾斜误差，上述五偏置误差会对圆轮廓的精确测量产生极大的影响。仅仅考虑了公差传递过程和公差的分配，并没有考虑单级转子或静子机匣圆轮廓的测量误差。圆轮廓的精密测量是实现单级转子或静子机匣同心度误差准确估计的前提和基础，其测量误差将在误差传递过程中被放大，极大的影响到公差分配。

发明内容

本发明目的是为了解决航空发动机转子或静子机匣圆轮廓测量精度低，装配同轴度低、装配质量差的问题，改善航空发动机的性能，提出了一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法，建立零部件五参数圆轮廓测量模型，该模型包含被测零部件偏心误差、传感器测头偏移量、传感器测球半径、回转轴线与几何轴线的夹角和传感器倾斜角五个参数；

所述五参数圆轮廓测量模型的测量方程为：

式中，ρ_i为传感器测头到测量回转中心的距离，e为被测零部件偏心误差，θ_i为相对于回转中心的采样角度，α为被测零部件偏心角，r为传感器测球半径，n为采样点数，r_i为拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离，Δr_i为零部件表面加工误差，d为传感器测头偏移量；

拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离r_i表示为：

式中，r₀为拟合椭圆短轴，

为相对于几何中心的采样角度，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，χ为传感器倾斜角；

当被测零部件偏心误差相对于零部件拟合椭圆短轴满足e/r₀＜10^-3时，所述测量方程通过幂级数展开，得到简化的五参数圆轮廓测量模型为：

根据简化的五参数圆轮廓测量模型估计出被测零部件偏心误差，得到被测零部件测量面偏心误差的目标函数，进而得到被测零部件偏心误差的概率密度，得到接触面跳动信息和偏心误差的概率关系，实现被测零部件公差的分配。

进一步地，所述零部件为转子或静子机匣。

本发明还提出一种用于实现基于五参数补偿的零部件公差分配方法的装置，所述装置包括基座1、气浮轴系2、静平衡测量台3、调心调倾工作台4、立柱5、下横向测杆6、下伸缩式电感传感器7、上横向测杆8和上杠杆式电感传感器9；所述气浮轴系2嵌套在基座1中心位置上，静平衡测量台3配置在气浮轴系2中心位置上，其中静平衡测量台3包括静平衡测量台下板3a、静平衡测量台上板3b、两个导向杆3c，3d、四个驱动杆3e，3f，3g，3h和三个精密力传感器3i，3j，3k；两个导向杆3c，3d均匀等距配置在静平衡测量台下板3a上；四个驱动杆3e，3f，3g，3h均匀等距配置在静平衡测量台下板3a上，静平衡测量台上板3b套装在两个导向杆3c，3d上，三个精密力传感器3i，3j，3k均匀等距配置在静平衡测量台上板3b上；调心调倾工作台4配置在静平衡测量台3中心位置上，立柱5分布在气浮轴系2的左侧且固装在基座1上；在立柱5上从上至下依次移动调节地套装上横向测杆8和下横向测杆6，上杠杆式电感传感器9与上横向测杆8固连；下伸缩式电感传感器7与下横向测杆6固连。

本发明分析了航空发动机转子或静子机匣圆轮廓测量过程中的测量误差，考虑圆轮廓测量中的转子或静子机匣偏心误差、传感器测头偏移、传感器测球半径、回转轴线与几何轴线的夹角和传感器倾斜角五个参数分量，建立了五参数圆轮廓测量模型；依据圆轮廓测量模型，可以准确的估计出偏心误差，得到转子或静子机匣测量面偏心误差的目标函数，进而得到偏心误差的概率密度，得到接触面跳动信息和偏心误差的概率关系，实现转子或静子机匣公差的分配。

附图说明

图1是本发明一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法的流程图；

图2是本发明一种用于实现基于五参数补偿的零部件公差分配方法的装置示意图；

图3是本发明静平衡测量台示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1，本发明提出一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法，建立零部件五参数圆轮廓测量模型，该模型包含被测零部件偏心误差、传感器测头偏移量、传感器测球半径、回转轴线与几何轴线的夹角和传感器倾斜角五个参数；

所述五参数圆轮廓测量模型的测量方程为：

式中，ρ_i为传感器测头到测量回转中心的距离，e为被测零部件偏心误差，θ_i为相对于回转中心的采样角度，α为被测零部件偏心角，r为传感器测球半径，n为采样点数，r_i为拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离，Δr_i为零部件表面加工误差，d为传感器测头偏移量；

拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离r_i表示为：

式中，r₀为拟合椭圆短轴，

为相对于几何中心的采样角度，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，χ为传感器倾斜角；

当被测零部件偏心误差相对于零部件拟合椭圆短轴满足e/r₀＜10^-3时，所述测量方程通过幂级数展开，得到简化的五参数圆轮廓测量模型为：

根据简化的五参数圆轮廓测量模型估计出被测零部件偏心误差，得到被测零部件测量面偏心误差的目标函数，进而得到被测零部件偏心误差的概率密度，得到接触面跳动信息和偏心误差的概率关系，实现被测零部件公差的分配。

所述零部件为转子或静子机匣。

结合图2和图3，本发明还提出一种用于实现基于五参数补偿的零部件公差分配方法的装置，所述装置包括基座1、气浮轴系2、静平衡测量台3、调心调倾工作台4、立柱5、下横向测杆6、下伸缩式电感传感器7、上横向测杆8和上杠杆式电感传感器9；所述气浮轴系2嵌套在基座1中心位置上，静平衡测量台3配置在气浮轴系2中心位置上，其中静平衡测量台3包括静平衡测量台下板3a、静平衡测量台上板3b、两个导向杆3c，3d、四个驱动杆3e，3f，3g，3h和三个精密力传感器3i，3j，3k；两个导向杆3c，3d均匀等距配置在静平衡测量台下板3a上；四个驱动杆3e，3f，3g，3h均匀等距配置在静平衡测量台下板3a上，静平衡测量台上板3b套装在两个导向杆3c，3d上，三个精密力传感器3i，3j，3k均匀等距配置在静平衡测量台上板3b上；调心调倾工作台4配置在静平衡测量台3中心位置上，立柱5分布在气浮轴系2的左侧且固装在基座1上；在立柱5上从上至下依次移动调节地套装上横向测杆8和下横向测杆6，上杠杆式电感传感器9与上横向测杆8固连；下伸缩式电感传感器7与下横向测杆6固连。

以上对本发明所提供的一种基于五参数补偿的零部件公差分配方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种基于五参数补偿的零部件公差分配装置的公差分配方法，其特征在于，所述装置包括基座(1)、气浮轴系(2)、静平衡测量台(3)、调心调倾工作台(4)、立柱(5)、下横向测杆(6)、下伸缩式电感传感器(7)、上横向测杆(8)和上杠杆式电感传感器(9)；所述气浮轴系(2)嵌套在基座(1)中心位置上，静平衡测量台(3)配置在气浮轴系(2)中心位置上，其中静平衡测量台(3)包括静平衡测量台下板(3a)、静平衡测量台上板(3b)、两个导向杆(3c，3d)、四个驱动杆(3e，3f，3g，3h)和三个精密力传感器(3i，3j，3k)；两个导向杆(3c，3d)均匀等距配置在静平衡测量台下板(3a)上；四个驱动杆(3e，3f，3g，3h)均匀等距配置在静平衡测量台下板(3a)上，静平衡测量台上板(3b)套装在两个导向杆(3c，3d)上，三个精密力传感器(3i，3j，3k)均匀等距配置在静平衡测量台上板(3b)上；调心调倾工作台(4)配置在静平衡测量台(3)中心位置上，立柱(5)分布在气浮轴系(2)的左侧且固装在基座(1)上；在立柱(5)上从上至下依次移动调节地套装上横向测杆(8)和下横向测杆(6)，上杠杆式电感传感器(9)与上横向测杆(8)固连；下伸缩式电感传感器(7)与下横向测杆(6)固连；

所述方法具体为：

建立零部件五参数圆轮廓测量模型，该模型包含被测零部件偏心误差、传感器测头偏移量、传感器测球半径、回转轴线与几何轴线的夹角和传感器倾斜角五个参数；

所述五参数圆轮廓测量模型的测量方程为：

式中，ρ_i为传感器测头到测量回转中心的距离，e为被测零部件偏心误差，θ_i为相对于回转中心的采样角度，α为被测零部件偏心角，r为传感器测球半径，n为采样点数，r_i为拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离，Δr_i为零部件表面加工误差，d为传感器测头偏移量；

拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离r_i表示为：

式中，r₀为拟合椭圆短轴，

为相对于几何中心的采样角度，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，χ为传感器倾斜角；

当被测零部件偏心误差相对于零部件拟合椭圆短轴满足e/r₀＜10^-3时，所述测量方程通过幂级数展开，得到简化的五参数圆轮廓测量模型为：

根据简化的五参数圆轮廓测量模型估计出被测零部件偏心误差，得到被测零部件测量面偏心误差的目标函数，进而得到被测零部件偏心误差的概率密度，得到接触面跳动信息和偏心误差的概率关系，实现被测零部件公差的分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零部件为转子或静子机匣。

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