液力变矩器液轮的叶片端线检测法

作者：七一一研究所 林义 何芳 张锡杰

欢迎访问e展厅 展厅 6 液压元件/液力元件展厅 蓄能器, 液压缸, 油缸, 液压泵/泵站, 气液增压缸, ... 叶轮是液力变矩器能量转换的主要元件，因此液轮的尺寸、形状和叶片的进、出口角度，对液力变矩器性能有直接的、决定的影响。为保证液力变矩器性能优良，并在批量生产中保持其性能的稳定，必须对液轮进行检测，特别要检验叶片的进、出口角度与设计图纸是否相一致。由于叶片是一个三维空间曲面，叶轮流道是扭曲的三维型腔，叶片的进、出口口角度不能直接测量出，只有用改进过的专用三坐标测量仪器，测量叶片上许多点的数据，进行程序计算处理而求得。这种设备对环境、人员的要求较严格，价格也较昂贵。这样复杂的检测方式在已按液力变矩器生产厂家重较难在叶轮的常规检验中实行。针对叶轮片测量较复杂、测量精度要求不高的特殊性，是否可能在叶片上找到一种与叶片形状和进、出口角度相关的、可用常规测量工具测量的特征值，通过对特征值的检测，来检验叶轮实物与设计图纸的一致性。以下所述的叶片端线测量方法就是这样的一种检验方法。 1 叶片进、出口端线概念的提出 叶轮的叶片设计图纸是叶片制造和检验的依据。以涡轮叶片图为例。一般叶片设计图有叶片轴面旋转视图的ZR坐标图（如图1），叶片正视图的XY坐标图，叶片数据表，叶片进、出口在内、外环上的各R圆头和叶片角的展开图（如图2）及技术要求这5部分内容。如1所示在循环圆的内、外环上，按等弧长均分了11个标点，连接内、外环上对应坐标点的直线为标点线。在后面的分析中看到0坐标线和10标点线的实用意义。 叶片进、出在内、外环上的各R圆头和叶片角的展开图有4个，图2是叶片在外环上出口处的R圆头和叶片角的展开图。先从如2上找出叶片出口端线在外环上的出口端点。在图2上可以看到外环0标点圆周线上有三个交点，O1交点是叶片凸面和外环的交线于0标点圆周线的交点，O2、交点是叶片凹面和外环的交线与0标点圆周线的标点，O3交点是叶片骨面和外环的交线于0标点圆周线的交点。在叶片数据表中，有的给出O1、O2两点的数据，有的只给出O3点的数据。从图2上可以看出这三点与R圆头实线都不接触，所以这三点都是虚点，在叶片实物上是测不到的。叶片R与圆头0标点圆周围线有一个切点，这点的叶片实物上是可测量的点。给这一点定义为端点。端点的坐标值是由设计数据决定的，端点和叶形上的其它点设计数决定叶片的出口角度，所以这个端点与叶片形状和叶片角是相关的，这个端点就可作为叶片上能表征叶片形状和叶片角的、可测量的特征点。同理，叶片在内环上R圆头和叶片角的展开图上，叶片R圆图与0标点圆周线也有一个切点，这点是叶片在内环上的出口端点。连接内、外环上的出口端点就得到叶片的出口端线就是叶片上代表曲面形状和叶片角的、可测量的特征值。在图1的ZR坐标图上0标点线和10标点线就是叶片进、出端线在ZR坐标图上的旋转投影线。 2 叶片端线在叶片模具制造中的意义 叶片模具要做叶片凸面和凹面两个模块，叶片进、出口端线就是这两个模块的分型线。有的叶片图纸将叶片的分型线设置在叶片骨面线的延长线上。这样的设置不完全对，对泵轮来说，叶片角接近90°，叶片端线接近叶片骨面线，但对涡轮和导轮来说，叶片角远离90°，叶片端点与叶片骨面线O3点位置偏离有2~3mm，如图3所示的偏离距离，以叶片中心线为分型线则叶片R圆头从图3设计实线处伸长到实物虚线处，实际改变了叶片的出口角度，这将直接影响液力变矩器的性能。所以叶片的设计图纸对叶片进、出口在内、外环上的R圆头和叶片角的展开图一定要标注清楚。有的叶片图纸的数据表只给出叶片进、出口处叶片骨面线的一点数据，叶片角也不标出，这在制模时就会产生误解，使实际的叶片角与设计叶片角不一致。由于叶片进、出口端线在液轮制造和检验中的重要意义，在叶片设计图纸上应给出叶片进、出口端线上4割断点的坐标值，以便于液轮的制造和检验。端点坐标值的计算方法是按叶片R圆头与凹面线和端面标点圆周线3线向切的几何关系，用空间解析方法求得。也可以在三维绘图软件上绘制得出。 3 叶片进、出口端线的测量方法 根据求得的涡轮叶片进、出口端线上4个端点的坐标值，先用深度尺分别量出这4个端点的Z值深度。再将涡轮装夹在分度盘上，如图4所示，用高度尺量出的涡轮中线的高度，任选一个叶片，将这叶片进口端线上最大直径处的端点转到涡轮中心线相同水平的高度，使涡轮中心点与该端点的连线和图4所标出的叶轮中心水平线相重合，以这根叶轮中心水平线为Y轴，以这根叶轮中心水平线的高度作为X轴的0位，用高度尺分别量出另外三个端点的X2、X3、X4值。然后将分度盘顺时针逆转90°，转到如图5所示的位置，再将高度尺分别测量出这4个端点的Y1、Y2、Y3、Y4值。这样就测量出了涡轮叶片进、出口端线在XY坐标图上的位置。与设计数值相比较验证。泵轮河道轮的检测方法也一样。为减小测量误差，测量人员要正确理解端点的概念，在选择测量端点位置时，不是选叶片头部厚度的中点，而是在叶轮的Z轴方向上，选叶片头部在内、外环处的最凸出点作为端点的测量位置。 另一种更简单的测量方法就是按叶轮叶片进、出口端线的4个端点坐标值，做一块连接叶轮叶片进、出口两端线的样板模块，以叶轮加工外圆为定位基准，将样板模块靠近在叶轮外圆上，直观比较样板模块上进、出口端线与实际叶轮叶片进、出口端线的相对位置。这样可以方便的检验叶轮上任何一个叶片的进、出口位置是否正确。 4 结论 叶片进、出口端线的检测方法，找到了叶片曲面形状的特征值，能有效的检验叶片进、出口的相对位置和叶片进、出口在叶轮中的相对位置，检验工具值需要常规的检验工具。监测方法简便，在叶轮的常规检验中，可及时发现叶轮模具制造过程中和叶轮浇铸过程中出现的叶片质量问题。这就保证了在批量生产中液力变矩器性能的稳定性。这以检测方法在本企业叶轮生产过程中运用收到了良好的效果。这个检测方法虽然是在解决整体铸铝业轮叶栅的检验问题中得出的，但这个检测方法中得出的新思路和新概念，对其他型叶轮叶栅的检验同样具有实用价值。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/26/2004)