CN114528661A - 一种整机静子同轴度控制标准确定方法 - Google Patents

一种整机静子同轴度控制标准确定方法 Download PDF

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洪昊然
赵威
田静
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Abstract

本申请涉及静子同轴度计量领域，为一种整机静子同轴度控制标准确定方法，通过分析各机匣上形位公差对整机同轴度的影响因素，来作为统计分析的基本条件，而后通过分析各形位公差所符合的概率分布，以能够准确地对各影响因素的影响量数值进行计算，然后通过对多组加工结果进行整机同轴度计算，对多组计算结果进行统计分析，并观察概率分布，最后再根据合格率得到整机的同轴度检测控制标准，控制标准更符合工程实际，根据该控制标准对静子机匣进行装配能够得到更好的装配精度，避免加工和装配质量问题。

Description

一种整机静子同轴度控制标准确定方法
技术领域
本申请属于静子同轴度计量领域，特别涉及一种整机静子同轴度控制标准确定方法。
背景技术
整机静子同轴度对航空发动机等旋转机械装置的振动、间隙保持和性能发挥等有着重要影响。整机静子同轴度需依靠各机匣同轴度设计和加工来保证，因此在设计时对各机匣与同轴度相关的形位公差，如径跳、端跳和精密螺栓位置度等进行了控制。在整机装配完成后，需依据整机静子同轴度控制标准对整机同轴度进行检测和控制。
目前的采用的同轴度控制标准确定方法的缺点在于：
以往利用各机匣同轴度相关形位公差采用极值法计算结果作为多个机匣装配后同轴度控制标准。因极值法计算误差较大，计算结果是考虑整个同轴度计算环节中每个机匣同轴度的偏心相位均相同，且形位公差均为最大的情况下，各段机匣累积的偏心量的最大值。按目前航空发动机机匣加工情况，若将极值法结果作为控制标准，控制标准偏于宽松无法满足整机振动、间隙保持等工程实际需求，无法起到控制整机静子同轴度和装配质量问题。
因此如何更加精确地获得静子同轴度计算结果是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种整机静子同轴度控制标准确定方法，以解决背景技术中采用极值法结果作为整机同轴度控制标准带来偏于宽松、误差大，无法满足工程实际需求的问题。
本申请的技术方案是：一种整机静子同轴度控制标准确定方法，包括分析并获取各机匣上形位公差对整机同轴度的影响因素，获得整机同轴度计算方式；分析并获取各形位公差的实际加工值所符合的概率分布；按照各形位公差的概率分布，并根据影响整机同轴度的各个因素，模拟生成多组加工结果；得到多组整机同轴度计算值并进行统计分析，作出概率分布曲线，按照产品合格率控制标准并根据整机同轴度计算值给出符合产品合格率的整机同轴度数值范围，作为整机同轴度检测控制标准。
优选地，所述整机同轴度加工结果的模拟方法包括将机匣径跳对整机同轴度的影响分成X和Y方向，在X方向和Y方向上分别获得偏心大小；机匣精密螺栓位置度值按照正态分布计算影响量Pb值；单个机匣前、后安装边端跳或平行度按照偏态分布计算Pc值；获取整机同轴度计算值P＝Pa+Pb+Pc，计算多组整机同轴度计算值。
优选地，所述形位公差的影响因素包括单个机匣前、后安装边径跳对整机同轴度的影响量Pa；采用精密螺栓定心的机匣间装配结构对应的安装边精密螺栓位置处对整机同轴度的影响量Pb；采用过盈止口定心的机匣间装配结构对应的安装边螺栓位置处对整机同轴度的影响量；单个机匣前、后安装边端跳或平行度对机匣同轴度偏差的影响量Pc。
优选地，其中，Pa＝JT/2，JT为前、后安装边径跳；Pb＝Wzd/2，Wzd为精密螺栓位置度；
Figure BDA0003514447150000021
其中L(i+1)为装配在此机匣后安装边上后续机匣的轴向长度，Do(i)为此机匣后安装边直径。
优选地，若已有零组件公差加工结果统计数据，则利用概率统计算得到概率分布参数e和k；若各机匣形位公差加工结果概率分布未知，则工件加工的偏心或径向跳动概率分布参数取e＝-0.28/k＝1.14；平行度概率分布参数取e＝0.26/k＝1.17；位置度概率分布参数取e＝0/k＝1。
优选地，采用Excle作出该组数据的概率分布曲线，选取99.73％作为产品合格率标准，给出符合产品合格率的整机同轴度数值范围，即可作为整机同轴度检测控制标准。
本申请的一种整机静子同轴度控制标准确定方法，通过分析各机匣上形位公差对整机同轴度的影响因素，来作为统计分析的基本条件，而后通过分析各形位公差所符合的概率分布，以能够准确地对各影响因素的影响量数值进行计算，然后通过对多组加工结果进行整机同轴度计算，对多组计算结果进行统计分析，并观察概率分布，最后再根据合格率得到整机的同轴度检测控制标准，控制标准更符合工程实际，根据该控制标准对静子机匣进行装配能够得到更好的装配精度，避免加工和装配质量问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体流程结构示意图；
图2为本申请单个机匣前后安装边端跳或平行度对整机同轴度的影响示意图；
图3为本申请整机同轴度随台份数的分布曲线示意图；
图4为本申请发动机五支点同轴度控制要求结构示意图；
图5为本申请A机匣形位公差要求结构示意图；
图6为本申请B机匣形位公差要求结构示意图；
图7为本申请6000组五支点同轴度数值的分布结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种整机静子同轴度控制标准确定方法，相比于误差较大的极值法，本申请采用统计与概率的方式来进行同轴度标准的确定，通过按照一定的方式并对足够大的样本进行采样，能够得到更为准确的同轴度控制标准。
如图1所示，包括以下步骤：
步骤S100，分析并获取各机匣上形位公差对整机同轴度的影响因素，获得整机同轴度计算方式；
其中行为公差的影响因素包括：
1)单个机匣前、后安装边径跳(JT)对整机同轴度的影响量Pa＝JT/2(径跳值的1/2)；
2)机匣间装配若采用精密螺栓定心，则安装边精密螺栓位置度(Wzd)对整机同轴度存在影响，其影响量Pb＝Wzd/2(位置度的1/2)。若采用过盈止口定心，则止口配合对整机同轴度没有影响，也即是0；
3)单个机匣前、后安装边端跳或平行度(ZDT(i))，会造成在其后安装边上装配的机匣出现同轴度偏差，其影响量为
Figure BDA0003514447150000041
其中L(i+1)为装配在此机匣后安装边上后续机匣的轴向长度，Do(i)为此机匣后安装边直径。
则整机同轴度P＝Pa+Pb+Pc。
对机匣同轴度影响因素的分析，获得了进行统计分析的基本条件，为后续的分析和计算做准备。
步骤S200，分析并获取各形位公差的实际加工值所符合的概率分布；
零组件形位公差实际加工结果均符合一定的概率分布，不同形位公差的实际加工值所对应的概率分布为：
若已有零组件公差加工结果统计数据，利用概率统计计算，得到相对不对系数e和相对分布系数k，常见的概率分布形式有正态分布、三角分布、均匀分布、瑞利分布和偏态分布。
若各机匣形位公差加工结果概率分布未知，可按GB/T 5847-2004附录C确定各形位公差的概率分布，具体为：
1)工件加工的偏心或径向跳动趋近于瑞利分布，概率分布参数取e＝-0.28/k＝1.14，偏心的相位则趋近于正态分布；
2)对于平行度(端跳)概率分布参数趋近于偏态分布，取e＝0.26/k＝1.17；
3)位置度概率分布参数则趋近于正态分布，取e＝0/k＝1。
通过获得不同形位公差实际的概率分布参数，在进行整机同轴度计算时，不同类型的行为公差按照不同的概率分布参数分别计算，从而保证了整机同轴度计算的精度，也为多组加工结果的整机同轴度计算提供理论依据。
步骤S300，按照各形位公差的概率分布，并根据影响整机同轴度的各个因素，模拟生成多组加工结果；
加工结果的模拟组数越多，得到的整机同轴度结果也就越精确，以6000组模拟结果为例，计算出每组数据的同轴度以进行统计分析，具体如下：
1)将机匣径跳对整机同轴度的影响分为两个方向(X和Y方向)的影响来考虑，在X方向上偏心的大小Pax＝Pa×cos(A)，Pa符合瑞利分布取e＝0/k＝1.73，偏心相位A符合正态分布e＝0/k＝1。同样在Y方向上偏心的大小Pay＝Pa×sin(A)。按分布可生成足够多(如6000组)的偏心值Pa和偏心相位A，可计算得到足够多(如6000组)Pax和Pay值；
2)机匣精密螺栓位置度符合正态分布，按分布可生成足够多(如6000组)位置度值(Wzd)，可计算得到足够多(如6000组)Pb值；
3)单个机匣前、后安装边端跳或平行度(ZDT(i))符合偏态分布，取e＝0.26/k＝1.17。按上述分布可生成足够多(如6000组)的端跳值，可计算得到足够多(如6000组)Pc值；
4)利用上述数据，将6000组机匣模拟装配后，按公式P＝Pa+Pb+
Figure BDA0003514447150000051
计算得到6000组整机同轴度计算值。
通过该方法获得的整机同轴度计算值能够准确的反应静子机匣的同轴度情况。
步骤S400，如图3所示，对上述计算得到6000组整机同轴度数值开展统计分析，利用Excle或其他工具作出该组数据的概率分布曲线，根据目标产品的合格率，如一般工程选取99.73％等作为产品合格率控制标准，给出符合产品合格率的整机同轴度数值范围，即可作为整机同轴度检测控制标准。
作为一种具体实施方式，以某型发动机五支点同轴度为例来说明，应用本专利开展的实际工作。
如图4-图6所示，某型发动机整机同轴度需依靠A机匣和B机匣装配后来保证，因此对A机匣和B机匣与同轴度相关的形位公差均提出了加工要求,具体见表1。按极值法计算五支点同轴度为0.141mm。
表1某型发动机整机同轴度相关形位公差要求
Figure BDA0003514447150000061
利用本申请确定的方法开展了如下计算：
按表1中各形位公差的分布趋势，将每个公差按分布趋势随机生成6000个随机数值，即模拟试制6000套A和B机匣，将这6000套机匣进行装配后会得到6000组五支点同轴度的数值。对6000组同轴度数据进行统计分析，其分布见图7。从图7的分布中可以计算出6000个五支点同轴度数值中99.73％均在0.105～0.023mm范围内。
表2中给出了不同合格率控制条件下，五支点同轴度的范围。按照实际的产品合格率控制要求，按表2即可给出相应的同轴度检测控制标准，如某型发动机要求五支点同轴度合格率需控制在99.5％，则五支点同轴度控制标准应确定为不大于0.103。
表2 6000组五支点同轴度的数值分析
Figure BDA0003514447150000071
通过以上整机同轴度标准控制结果可以看出，与现有的利用极值法计算结果作为整机检测控制标准的方法相比，本申请具有如下优点：
1、控制标准偏差更小，与极值法获得的同轴度结果相比，采用统计与概率的计算方法获得的同轴度控制标准明显更小，更符合工程实际。
2、装配精度更高，由于同轴度控制标准更小，在保证目标产品符合一定的合格率的情况下，装配更加精确，也避免因控制标准过于宽松而掩盖加工和装配质量问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：包括
分析并获取各机匣上形位公差对整机同轴度的影响因素，获得整机同轴度计算方式；
分析并获取各形位公差的实际加工值所符合的概率分布；
按照各形位公差的概率分布，并根据影响整机同轴度的各个因素，模拟生成多组加工结果；
得到多组整机同轴度计算值并进行统计分析，作出概率分布曲线，按照产品合格率控制标准并根据整机同轴度计算值给出符合产品合格率的整机同轴度数值范围，作为整机同轴度检测控制标准。
2.如权利要求1所述的整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：所述整机同轴度加工结果的模拟方法包括
将机匣径跳对整机同轴度的影响分成X和Y方向，在X方向和Y方向上分别获得偏心大小；
机匣精密螺栓位置度值按照正态分布计算影响量Pb值；
单个机匣前、后安装边端跳或平行度按照偏态分布计算Pc值；
获取整机同轴度计算值P＝Pa+Pb+Pc，计算多组整机同轴度计算值。
3.如权利要求1所述的整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：所述形位公差的影响因素包括
单个机匣前、后安装边径跳对整机同轴度的影响量Pa；
采用精密螺栓定心的机匣间装配结构对应的安装边精密螺栓位置处对整机同轴度的影响量Pb；采用过盈止口定心的机匣间装配结构对应的安装边螺栓位置处对整机同轴度的影响量；
单个机匣前、后安装边端跳或平行度对机匣同轴度偏差的影响量Pc。
4.如权利要求3所述的整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：其中，Pa＝JT/2，JT为前、后安装边径跳；Pb＝Wzd/2，Wzd为精密螺栓位置度；
Figure FDA0003514447140000021
其中L(i+1)为装配在此机匣后安装边上后续机匣的轴向长度，Do(i)为此机匣后安装边直径。
5.如权利要求3所述的整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：不同所述形位公差的实际加工值所对应的概率分布具体为
若已有零组件公差加工结果统计数据，则利用概率统计算得到概率分布参数e和k；
若各机匣形位公差加工结果概率分布未知，则工件加工的偏心或径向跳动概率分布参数取e＝-0.28/k＝1.14；平行度概率分布参数取e＝0.26/k＝1.17；位置度概率分布参数取e＝0/k＝1。
6.如权利要求1所述的整机静子同轴度控制标准确定方法，其特征在于：采用Excle作出该组数据的概率分布曲线，选取99.73％作为产品合格率标准，给出符合产品合格率的整机同轴度数值范围，即可作为整机同轴度检测控制标准。
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