风力发电机主轴同轴度的测量

　　风机主轴是风力发电设备中的关键件之一，我公司充分利用特种钢冶炼、锻造、热处理、机械加工方面的优势，能够主产0.75~2.5MW多种型号的风力发电机主轴产品。钢种材料为34CrNiMo6、42CrMoS4/42CrMo4，执行DINEN10083—3标准。

　　同轴度测量是在风力发电机主轴各要素测量工作中遇到的一个问题，用三坐标机（CMM）进行同轴度的检测测量结果精度高，并且重复性好，是首选的测量仪器。但由于风力发电机主轴图样存在短基准长距离的客观情况，因此能否准确地测量出其同轴度？在测量过程中应注意哪些问题？笔者针对这些问题做了一些分析。

　　1．情况简介

　　在国标中同轴度公差带的定义是指直径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下三种控制要素：①轴线与轴线。②轴线与公共轴线。③圆心与圆心。因此影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴线方向。

　　测量设备：海克斯康APLLO-IMAGE 25.50.18 三坐标测量机（CMM），其最大允许误差

　　P=7十7L/1000μm，测量软件：PC一DMIS。

　　测量过程：在端面建立坐标系后，依据图样，将相关图样理论按照自动特征需要填写到自动特征界面，选择同轴度测量，定义基准。测量基准需测量2层圆截面，取两个圆心构造空间线，用作基准轴；选择测量元素，需测量2层圆截面构造，进行同轴度评价。

　　PC一DMIS软件对同轴度的计算方法：为被测轴线到基准轴线的最大3D距离的两倍。对于圆柱几何量元素，其轴线是通过软件计算功能得到的虚拟轴线。软件仅计算虚拟轴线的两个端点到基准轴线的3D距离，其同轴度为两者间的最大值的两倍。

　　问题的出现：CMM完全按照风力发电机主轴图样标示进行测量，图样对基准轴的直径有明确地要求，却没有形状的要求。基准A长度为10mm，被测圆柱1与基准距离达到346 mm，被测圆柱2与基准距离达到1200 mm，在测量中存在短基准长距离的现实情况。对于短基准长距离的同测量元素同轴度的测量，基准形状的加工质量和测量元素间距离的长短可能造成同轴度测量结果的线性放大。

　　在风力发电机主轴基准圆柱上测量两个截面圆，用其连线作基准轴。在被测圆柱上也测量两个截面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。假设基准上两个截面的距离为5mm，基准第一截面与被测圆柱的第一截面的距离为100 mm，如果基准的第二截面圆的圆心位置与第一截面圆圆心有5μm的测量误差，那么基准轴线延伸到被测圆柱第一截面时已偏离5μm (5μmx100÷10)，此时，即使被测圆柱与基准完全同轴，其结果也会有100μm的误差（同轴度公差值为直径，50μm，是半径）。

　　2．解决方法

　　通过查询资料，对于基准圆柱（较短）与被测圆柱距离较远时不推荐用测量软件直接求得，通常可选用公共轴线法、直线度法、求距法求得。

　　（1）公共轴线法在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线，作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度。这条公共轴线近似于一个模拟心轴，因此这种方法接近工件的实际装配过程。

　　（2）直线度法 在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个圆构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍。被收集的圆在测量时最好测量其整圆，如果是在一个扇形上测量，则测量软件计算出来的偏差可能很大。

　　（3）求距法  同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的两倍。即用关系计算出被测元素和基准元素的最大距离后，将其乘以2即可。求距法在计算最大距离时要将其投影到一个平面上来计算，因此这个平面与用作基准轴的垂直度要好。这种情况比较适合测量同抽度。

　　3．改进

　　（1）对风力发电机主轴图样中同轴度标准结合其具体使用情况尽量采用长基准，例如采用风力发电机主轴公共轴线或者面基准，避免短基准出现。

　　（2）如基准依据具体使用情况只能是短基准，应增加对基准轴及被测量元素圆柱度的要求。

　　（3）在具体的测量方法上选用公共轴线测量法。以风力发电机主轴基准圆柱和测量元素上各测量三个圆，以六个圆的的圆心构造一条空间公共轴线，评价六个圆对该线的同轴度，取其最大值作为同轴度。

　　如果直接用短基准的基准轴，评价的结果大大超出图样要求，用公共轴线法评价出来的结果比较全面的反映出测量元素的真实情况。

　　4．结语

　　在实际测量中，风力发电机主袖同轴度的测量受到多方面的影响。操作者的自身素质和对图样工艺要求的理解不同；测量机的探测误差，探头本身的误差；工件的加工状态，表面粗糙度；检测方法的选择，工件的安放、探针的组合及外部环境等，例如检测间的温度、湿度等都会给测量带来一定的误差。所以在三坐标测量机实际应用中应多从以上几个因素考虑。

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