专利名称：检查涡轮机组部件的圆柱部和梢部之间的连接区域的方法
技术领域：
本发明涉及质量控制领域，用于检查遭受接触压力的涡轮机组部件轮廓，尤其是使用在涡轮机组的滚柱轴承中的圆柱滚子。
背景技术：
滚动轴承通常使用在航空领域。在涡轮机组中，滚动轴承尤其用于支撑第一轴，其轮流相对于定子或者相对于与所述第一轴同轴的第二轴。这种轴承主要由位于由外环和内环形成的滚道内的滚珠或者圆柱滚子构成。总的来说，滚珠轴承用于承载轴向载荷，而滚柱轴承用于承载涡轮机组内的径向负载。
用在涡轮机组的轴承内的滚动元件遭受的操作条件变得更加严峻。尽管所遇到的故障的次数不断降低，这些事故的耗费仍然很高，当设计轴承时零故障的目标必须要追求。因此有必要进一步提高滚柱轴承的可靠性，尤其是通过验证它们滚子的轮廓处于适用性状态。具有圆柱滚子的轴承内的滚动接触的可靠性特别依靠在两个接触表面之间的力的分布方式，用于确保没有轴承故障的过程必须经过分析滚子的轮廓这一步骤。此分析步骤能够使用用于测量形状和表面的标准仪器来完成，例如配有钻石(diamond)或者激光感应传感器的粗糙度测量仪。
在实践中，轴承的圆柱滚子的端部变细以避免在它们端部上的过多压力。在滚子和滚道之间的接触的可靠性方面，在这种滚子的两个梢部和圆柱部之间的连接区域仍然能够引起不可接受的接触压力。这种过多压力的振幅依靠连接区域的形状而变化，连接区域的形状实际上在工业制造过程中已确定，它们直接影响滚子剥落的危险。不幸的是，标准测量仪器不能够检测这种连接区域。大多数仪器只能检测形状简单且单一的轮廓(例如平面、圆形、球形或者圆柱形的轮廓)，它们不适于可靠地处理组合的轮廓(即简单轮廓的组合)，它们甚至不适于处理能够用现今制造方式获得的任意轮廓，这些轮廓与滚子梢部和圆柱部之间的连接区域有关。因此，目前，用于圆柱轴承滚子的不同轮廓之间的连接的质量控制不包括任意可以计量的需求。
发明内容
本发明的主要目的是通过提出一种方法消除这些缺陷，该方法不仅检查用于滚柱轴承的滚子的圆柱部和梢部之间的连接区域的轮廓，还确定用于执行分布压力功能的任意复杂形状的适应性。
为此，本发明提供一种检查涡轮机组部件的圆柱部和梢部之间的连接区域的轮廓的方法，所述部件的所述表面轮廓被通过至少一个相当于所述部件的所述梢部的第一区、至少一个相当于所述部件的所述源柱部和所述梢部之间的所述连接的第二区和相当于所述部件的所述圆柱部的第三区，该方法的特征在于其包括测量所述部件的所述表面轮廓；从所述已测量的表面轮廓，模拟施加到所述部件的所述表面的用于每一个它的区的所述接触压力；和比较用于所述部件的所述表面轮廓的所述第二区而模拟的所述接触压力和预定义门限值。
本发明的方法能够通过简单处理测量得到的所述轮廓的点来模拟施加到所述部件的所述表面的所述接触压力。因此能够对轴承滚子的所述轮廓进行可靠的质量控制，尤其是所述滚子的所述梢部和所述圆柱部之间的所述连接区域的质量。
依据本发明的一个有益处理，所述部件的所述已测量的表面轮廓是以由粗糙度测量仪器获得的许多数字信号的形式，被处理的所述信号以获得多个具有表示所述部件的所述几何表面轮廓的几何坐标的点。
依据本发明的又一个有益处理，用于应用到轴承滚子，在步骤模拟所述接触压力之前，通过绕着所述滚子的纵轴旋转所述已测量的表面轮廓生成所述滚子和其滚道之间的接触的潜力区。
依据本发明的又一个有益处理，所述步骤模拟所述接触压力是基于计算用于在两个弹性体之间的接触的表面压力。
所述预定义门限值最好是用于所述部件的所述表面轮廓的所述第三区而模拟的接触压力的函数。进一步地，有利地，所述预定义门限值是所述部件的所述轴线长度的函数。
参见示出了具有非限制特征的实施例的附图的下述描述体现了本发明的其它特征和有益效果。图中图1是用于涡轮机滚柱轴承的滚子的表面的部分的图形轮廓示意图；
图2是执行本发明的方法的各种步骤的流程图；图3是滚子表面的接触超压力作为滚子的梢部和圆柱部之间的连接半径的函数而变化的图表；图4是在滚子表面的接触超压力作为它的圆柱长度的函数而变化的图表。
具体实施例方式
在下面描述中，内容是检查用于涡轮机组滚柱轴承的圆柱滚子10的表面的轮廓。然而，除了滚子，本发明适用于检查涡轮机组部件的表面的轮廓，只要这种部件遭受接触压力和包括连接到梢部的圆柱部(这能够应用于例如需要精确轮廓的叶根)。
如图1所示，起初假设，用于涡轮机组滚柱轴承的圆柱滚子10的表面轮廓能够被几何地定义如下相当于滚子的两个梢部的两个第一区Z1和Z5；两个第二区Z2和Z4，每个相当于滚子的圆柱部和梢部之一之间的连接；相当于滚子圆柱部的第三区Z3。
首先，圆柱滚子10绕着其纵轴X-X(图1中仅示出了半个滚子)是对称的，其次，绕着与其纵轴X-X垂直的中平面Y-Y是对称的。滚子的第一区Z1和Z5和第二区Z2和Z4关于滚子的中平面Y-Y被对称地设置。此外，滚子的第一区Z1和Z5和第二区Z2和Z4呈现的轮廓主要是半径分别为Rd和Rr的圆形，而第三区的轮廓主要是直线的。
图2示出了尤其是执行本发明的用于检查轮廓的方法的步骤。
总的来说，本发明的轮廓检查方法能够借助计算机系统来实现，尤其是例如运行用于处理数字数据的软件的计算机工作站的系统，连接到用于测量几何部件的表面轮廓的仪器。
在本发明的第一步骤20中，操作者测量处于检查下的圆柱滚子的表面轮廓。该测量能够使用标准粗糙度测量仪来完成，例如具有钻石或者激光感应传感器的测量仪。在这种仪器中，传感器被固定到移动支撑臂，在检查状态下该移动支撑臂能够以引起传感器跟随滚子的表面轮廓的方式移动。
然后，随着传感器沿着滚子的表面移动，被测量的表面轮廓以传感器的位置的信号指示的形式被表示。这些信号被传输到与传感器连接的计算机工作站，在其中被数字处理以获得许多点，这些点具有处于检查状态下的滚子的表面的几何轮廓的几何坐标表示。
从按照这种方法获得的几何点，通过绕着滚子的纵轴X-X旋转表面轮廓，在滚子和其滚道之间产生了潜力接触区域(potential contact zone)。
那么随后的步骤30是模拟施加到滚子表面在它的每一个几何区Z1至Z5的接触压力，即，作用在滚子表面和滚道之间的压力。此步骤能够利用运行在计算机工作站上的计算机软件来执行。
模拟施加到滚子表面的接触压力主要在于计算在两个弹性体之间的接触的表面压力。用于计算压力域的原则依靠这两个弹性体的表面的离散化，和用于几何概率(该表面不渗透)和用于作用在所述表面(作用和反作用的原则)的压力之间的平衡的公式。写这种公式需要变形前后的表面的形状的信息，在表面的各种各样点的负载的情况下的位移。
通过布斯尼克(Boussinescq)关系给出系数，该系数能够使要计算的位移作为压力域的函数。为了计算这些系数，主要假设如下表面由同样的材料制成，体积作为半无限体，和负载的变形、距离和方向垂直于接触平面。那么平面之间的几何关系如下Yi=Ei+DiA+DiB+SP]]>其中Yi变形的表面之间的距离；Ei未变形的表面之间的距离；DiA表面A的变形；DiB表面B的变形；SP表面的整体近似值(常数)。
那么表面的变形为DiA=(KA)×PiA]]>和DiB=(KB)×PiB]]>其中，KA和KB是几何影响系数(它与涉及负载的表面的拓扑成正比。)在作用和反作用的原则上，建立用于表面每个点的关系PiA=PiB=Pi.]]>在这两个表面之间的接触区，接触压力由下列公式计算得出Yi＝0；Pi＞0；和∑Pi×DS＝W；其中，W是接触的负载常量，DS是接触区的尺寸。在接触区外，应用下列公式
Yi＝0和Pi＞0；由于这两个表面之间的接触区事先(a priori)未知，有必要反复执行直到所有条件都满足。还有必要离散化一个区域，该区域足够大以确保接触的整个区域包括在其中。
最后，在本方法的步骤40中，将用这种方式模拟的用于滚子的表面轮廓的第二区Z2和Z4的接触压力与预定门限值比较。作为在这次比较过程中获得的结果的函数，操作者能够决定或者是否保留涡轮机组滚柱轴承内的滚子。
门限值是通过实验而设定的。他们作为涡轮机组内的轴承的位置、其几何特性、其材料以及经受的外部机械压力的函数，特别是在最大的负载滚子和滚道之间的接触压力级。
门限值最好定义为模拟用于滚子的表面轮廓的第三区Z3的接触压力的函数(即，用于相当于滚子的圆柱部的区)，更精确地作为在所述第三区中心获得的接触压力的函数。
例如，用于计算在滚子圆柱部和梢部之一之间的接触而被计算的超压力能够被表达成在滚子的圆柱接触区的中心获得的压力的百分数。那么这个超压力必须小于已经由实验而定义的门限值。图3示出了一个例子。在这幅图中，能够看出，曲线100表示在滚子表面的接触超压力作为在滚子的梢部和圆柱部(即，图1的区Z2和Z4)之间的连接半径Rr的函数。这个超压力被表示成在滚子圆柱接触区中心获得的压力的百分比。通过实验定义的超压力限102(在本例中大约为112％)表示门限值，高于该门限值滚子不能够再继续用在涡轮机组滚柱轴承中。此限102相当于大约为50mm的连接半径Rr。
此外，滚子的圆柱部(即区Z3)支撑施加到滚子的负载的主要部分。当这个圆柱部的长度变化时，超压力峰值的量有如图4所示的微小变化。该图显示出，画出在滚子表面的接触超压力的曲线104作为其圆柱的长度的函数。因此预定义的门限值最好是滚子轴向长度的函数。由于该影响很容易地用参数表示，因此很容易将对门限值的修正加到计算过程中。
权利要求
1.检查涡轮机组部件(10)的圆柱部和梢部之间的连接区域的轮廓的方法，所述部件的表面轮廓通过至少一个相当于所述部件的梢部的第一区(Z1，Z5)、至少一个相当于所述部件的圆柱部和梢部之间的连接的第二区(Z2，Z4)和相当于所述部件的圆柱部的第三区(Z3)被几何定义，其特征在于，该方法包括(20)测量所述部件的表面轮廓；(30)从所测得的表面轮廓，模拟施加到所述部件的所述表面的其每一个区的接触压力；和(40)比较用于所述部件的所述表面轮廓的所述第二区(Z2，Z4)而模拟的接触压力和预定义门限值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述部件的已测量的表面轮廓是以通过粗糙度仪器获得的许多数字信号的形式表示。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其中所述部件是用于涡轮机组滚柱轴承的滚子(10)；和在步骤(30)模拟所述接触压力之前，通过绕着所述滚子的纵轴(X-X)旋转已测量的表面轮廓产生在所述滚子和其滚道之间的接触的潜力区。
4.如权利要求1至3所述的任意一种方法，其中步骤(30)模拟接触压力是基于计算用于两个弹性体之间的接触的表面压力。
5.如权利要求1至4所述的任意一种方法，其中，所述预定义门限值是用于所述部件的所述表面轮廓的所述第三区(Z3)而模拟的接触压力的函数。
6.如权利要求1至5所述的任意一种方法，其中，所述预定义门限值是所述部件的所述轴线长度的函数。
全文摘要
一种检查涡轮机组部件的圆柱部和梢部之间的连接区域的轮廓的方法，所述部件的所述表面轮廓是通过至少一个相当于所述部件的梢部的第一区、至少一个相当于所述部件的圆柱部和梢部之间的连接的第二区和相当于所述部件的圆柱部的第三区，所述方法在于(20)测量所述部件的所述表面轮廓；从已测得的表面轮廓，(30)模拟施加到所述部件的所述表面且用于每一个它的区的接触压力；和(40)比较用于所述部件的所述表面轮廓的所述第二区而模拟的所述接触压力和预定义门限值。
文档编号F01D17/08GK1955636SQ200610149809
公开日2007年5月2日 申请日期2006年10月25日 优先权日2005年10月25日
发明者丹尼尔·波罗纳 申请人:斯奈克玛