[發(fā)明專利]一種適用于航空發(fā)動機機匣同軸度檢測和調(diào)整方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711143919.6
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN108036758A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金鑫;尚可;郭歡;張之敬;張秋爽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01B21/24
• 分類號: G01B21/24
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;仇蕾安

1.一種適用于航空發(fā)動機機匣的同軸度檢測和調(diào)整方法，其特征在于，該檢測和調(diào)整方法包括以下步驟：

步驟一：測量和采集機匣各被測點相對于轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

步驟二：通過最小二乘法對位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合并計算得到機匣各零件位姿信息；

步驟三：根據(jù)步驟二的零件位姿信息進行同軸度調(diào)整；

所述步驟一中位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)的測量和采集過程如下：

將機匣裝夾在回轉(zhuǎn)測量臺上，將三個以上的數(shù)字千分表安裝在固定位置后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到固定角度時記錄數(shù)字千分表的數(shù)據(jù)；在一次數(shù)據(jù)采集過程中，共得到多個數(shù)字千分表在多個方向上采集的數(shù)據(jù)；假定數(shù)字千分表為4個，千分表在水平面上對準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺中心軸線，并且假定一次測量中轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到A、B、C、D、E、F這6個角度時記錄千分表數(shù)據(jù)；4個數(shù)字千分表的高度分別為Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，不裝夾機匣時表壓縮量為0時表頭到基準(zhǔn)軸線的距離分別為R₁、R₂、R₃、R₄；將機匣裝夾在轉(zhuǎn)臺上，并將轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到E方向即240°方向時，4個表壓縮量分別為R_1E′、R_2E′、R_3E′、R_4E′，其它方向同理；4個表在6方向總計測得24個壓縮量數(shù)據(jù)；

以轉(zhuǎn)臺面上旋轉(zhuǎn)中心點為原點，A方向即0°方向為X軸，B和C方向中間的90°方向為Y軸，旋轉(zhuǎn)中心軸線即過原點垂直于轉(zhuǎn)臺面的軸為Z軸；建立XYZ坐標(biāo)系后，根據(jù)已知的Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、R₁、R₂、R₃、R₄和測得的24個壓縮量轉(zhuǎn)化為分別求出24個被測點在該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，E₄到坐標(biāo)系Z軸距離

R_4E＝R₄+R_4E′

E₄的X坐標(biāo)值

X_4E＝R_4E×cos240°

E₄的Y坐標(biāo)值

Y_4E＝R_4E×sin240°

E₄的Z坐標(biāo)值即為Z₄，可得E₄(X_4E,Y_4E,Z₄)，并以相同方法求出其他23個測量點坐標(biāo)；

在得到24個點坐標(biāo)后，需要用最小二乘法分別擬合4個截面的輪廓并求出中心坐標(biāo)，以Z₄高度對應(yīng)的數(shù)字千分表所測的截面4為例，取該截面上六個測點A₄(X_4A,Y_4A,Z₄)、B₄(X_4B,Y_4B,Z₄)、C₄(X_4C,Y_4C,Z₄)、D₄(X_4D,Y_4D,Z₄)、E₄(X_4E,Y_4E,Z₄)、F₄(X_4F,Y_4F,Z₄)；因六點在同一高度上，所以被測面中心Z坐標(biāo)是Z₄；可設(shè)平面橢圓方程

a₄x²+b₄xy+c₄y²+d₄x+e₄y+f₄＝0

根據(jù)通用的最小二乘法，可以根據(jù)六點坐標(biāo)求出橢圓方程中a₄、b₄、c₄、d₄、e₄、f₄的值，再根據(jù)公式求出該截面中心坐標(biāo)

可得中心坐標(biāo)T₄(X₄,Y₄,Z₄)，同法可求所有被測截面中心坐標(biāo)T₁(X₁,Y₁,Z₁)、T₂(X₂,Y₂,Z₂)、T₃(X₃,Y₃,Z₃)、T₄(X₄,Y₄,Z₄)；接著選擇該四點對當(dāng)機匣基準(zhǔn)軸線進行擬合，同樣使用最小二乘法，根據(jù)不同發(fā)動機的設(shè)計要求，可選擇其中2個及2個以上中心點來擬合基準(zhǔn)軸線，計算所得是2點連線所在直線，設(shè)空間直線方程

設(shè)

求偏導(dǎo)

即求

解方程可得機匣基準(zhǔn)軸線參數(shù)方程系數(shù)，根據(jù)空間點到直線距離公式可求出4點到直線距離r₁、r₂、r₃、r₄，當(dāng)r₁、r₂、r₃、r₄分別小于同軸度要求值的一半d₁、d₂、d₃、d₄時，即4點在同軸度最小包容區(qū)域內(nèi)，機匣及其零部件同軸度滿足要求；

當(dāng)某一r_i大于同軸度要求值的一半時，即該點在同軸度最小包容區(qū)域外; 令Z＝Z_i帶入直線方程求解直線上點Q_i(X_qi,Y_qi,Z_i),比較Q_i和被測面中心坐標(biāo)T_i(X_i,Y_i,Z_i)，根據(jù)

可知在Z＝Z_i的水平面上，T_i在Q_i的θ方向上r_oi處，至此，根據(jù)24個表壓縮量經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到各被測截面中心坐標(biāo)、機匣基準(zhǔn)軸線方程，從而判斷同軸度是否合格，并在不合格時計算出裝配不合格的被測零件的偏移量和偏移方向。