航空发动机叶片型面测量技术研究现状与趋势

为了进一步研究国家制造领域的前沿课题和研究热点,例如航空发动机叶片多为强扭曲、薄壁、自由复杂曲面,其检测、特别是生产现场的检测,全面分析了现行叶片常用测量方法的原理及技术特点,总结凝练了叶片测量的关键技术,指出高精度、高效率、全信息、一体化是叶片测量的基本要求和发展趋势.讨论了中国在测量基础理论研究、装备关键技术开发上与国外先进国家的差距,并指明了中国需要着重发展的技术与对策.分析表明:中国航空发动机叶片目前还缺乏有效的测量手段,通过原理创新,为解决叶片精度检测找到可行的办法,具有现实紧迫性.基于整体误差分析理论的新型叶片测量技术方案,实现了叶片全部质量信息的快速获取、质量评定和工艺误差分析,具有良好的发展前景.     

渐开线直齿圆柱齿轮增速传动和减速传动齿根弯曲应力对比分析

增速传动齿轮是风力发电机等各类增速齿轮传动系统中的关键零件,其设计和修形主要参考减速传动齿轮来进行。由于啮合点处滑动摩擦力的影响,增速传动齿轮的啮合特性与减速传动齿轮存在较大的差异,因而减速传动齿轮的设计制造经验不能直接应用于增速传动齿轮。以应用最广泛的渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,运用危险截面法和有限元啮合仿真方法,进行了增速传动和减速传动轮齿弯曲应力的对比分析研究。结果表明,相同传动功率条件下,与减速传动相比,增速传动大轮在齿根啮合区对应的弯曲应力减小,而齿顶啮合区对应的弯曲应力增大,最大增幅达27.8%;增速传动小轮弯曲应力的变化趋势与大轮相反。研究工作为增速传动齿轮的设计和修形及建立面向增速传动齿轮的设计方法提供了重要的理论支撑。     

光纤触发式测头及其性能测试研究

为解决三坐标测量机等精密仪器在被测工件表面数据点的采样问题,将光电技术和数字信号处理(DSP)技术应用到光纤触发式测头的研制中。分析了光纤触发式测头的工作原理;当光束照射到球的表面,随意入射角的变化,耦合入分布在发射光纤周围接收光纤的光强也会发生变化,基于这一现象,在接收光纤末端利用硅PIN光电二极管将光强的变化转化为电信号,在信号预处理之后,进行了多路信号模数转换;然后,利用DSP对采集到的多路信号进行运算处理,当运算结果达到设定阈值时发出触发脉冲信号;最后,通过实验对测头的预行程变动量和单向重复性精度进行了测试,实验测定该测头的预行程变动量为0.97μm,单向重复性精度为0.42μm。研究结果表明,该光纤触发式测头具有一定的实用性。     

基于NURBS曲面拟合的特大型齿轮齿廓偏差评定

在中等尺寸齿轮测量中,通常以轴线作为测量的基准,但对特大型齿轮来说,要精确获取其轴线存在较大困难。为了特大型齿轮特征线测量问题,本文提出并采用了三维测量与评定的方法。首先利用激光跟踪仪进行被测齿轮的粗定位,获取被测齿轮与三维平台的相对位置关系;然后利用所设计的三维平台在被测齿面获取大量的数据点,对这些数据点进行NURBS曲面拟合,建立真实齿面的三维参数化模型;最后将所建立的参数化模型与理论模型相比较得到齿廓等偏差。实验结果表明,该方法在解决特大型齿轮特征线测量方面具有较好的可行性。     

齿轮误差三维评定方法

研究了齿轮误差三维评定方法,以消除测量仪器定位误差对齿轮误差评定的影响,提高齿轮测量仪器的测量精度。分析了传统齿轮二维评定方法的弊端,提出将齿轮误差评定从二维评定模式转变为三维评定模式。该评定模式不再要求齿轮各项误差测量点位于特征面内,实现了三维空间内的齿轮误差测量与评定。为提高齿轮三维误差评定算法的效率,通过螺旋降维方法将三维数据降至二维数据,再对二维测量数据进行各项误差的评定。以特大型齿轮激光跟踪在位测量系统作为实验对象,对4级标准齿轮的齿廓误差进行了测量,并与传统的齿轮二维误差评定方法以及德国ZEISS公司InvolutePro软件的评定结果进行了对比。结果表明:传统齿轮二维误差评定方法有较大误差,三维齿廓评定方法与德国ZEISS公司InvolutePro软件评定结果一致,精度达到0.1μm,证明了提出的齿廓误差三维评定方法完全正确,可以消除仪器定位误差对测量结果的影响,提高了测量仪器的测量精度。     

基于齿轮副整体误差的齿轮动力学模型及其动态特性

迄今提出的各种齿轮动力学模型,在处理齿轮误差的影响时,都回避因齿轮重合度大于1而分不清单双啮区的事实,由此得出的结果不能较全面反映实际情况.基于齿轮副整体误差概念,综合考虑齿轮啮合过程的时变啮合刚度、误差激励等非线性因素,建立一种新的考虑单、双啮过程的直齿轮动力学模型,能更精确地描述齿轮系统的动力学行为,解决现有模型存在的主要问题;应用变步长四阶Rounge-Kutta法获得新动力学模型的高精度数值解;定量研究不同工作条件下啮合刚度、加工误差对振动响应的影响,研究结果对于完整认识复杂的齿轮动态性能、进行动态优化设计具有重要的理论和实用价值.     

小模数齿轮极坐标快速测量技术研究

为了解决小模数齿轮齿距、齿厚、齿轮偏心等参数的测量,利用非接触式距离传感器及直驱旋转平台构建了一个极坐标式测量系统。通过旋转平台的光栅信号控制距离传感器的触发,实现了被测小模数齿轮横截面数据的等角度采样。开发软件对获取到的数据进行处理,获得了齿距、齿厚、齿轮偏心等误差。试验表明,该系统可实现小模数齿轮上述参数的快速测量。     

基于全齿廓信息的齿距偏差快速测量方法

齿距偏差直接影响齿轮传动的性能,一直是最受重视的齿轮精度指标之一。如何快速、准确地获取中等精度齿轮的齿距偏差是汽车齿轮行业亟待解决的关键问题,但传统方法存在测量效率低、重复性差等不足。所提方法采用齿廓偏差曲线的全部信息作为齿距偏差的评价依据,采用统计分析方法定义和计算齿距评价新指标,克服了传统方法使用小样本和极值法进行齿距偏差评价的不足。所提方法可充分利用齿轮测量数据,具有评价指标值对随机误差不敏感、重复测量结果一致性好、评价结果与齿轮实际使用性能之间相关性更加紧密的特点。在汽车齿轮快速测量机上通过实际测量实验验证了新方法的使用效果,齿距测量速度高达0.3 s/齿面时仍具有很高的重复测量精度。     

弧齿锥齿轮接触斑点的数字边缘提取方法

本文以过渡区域的阈值分割算法为基础,提出了实现该算法的阈值自适应计算方法.这种非交互方法避免了图像分割中人工干预阈值的选择,同时能够有效获取接触斑点的理想数字边缘.在接触斑点真彩色图像的256色灰度化预处理过程中,根据数理统计思想,针对具体真彩色图像,实现了三原色系数的自适应计算,所获得的预处理效果为后续的图像分割提供了完整的图像信息.实验表明,本文所发展的锥齿轮接触斑点的数字边缘提取方法,具有良好的适用性和针对性.