高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法，該方法以轉(zhuǎn)子各碟片定位面的端面跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)信息測(cè)量為基礎(chǔ)，利用碟片定位面的跳動(dòng)參量和測(cè)量探頭的相互位置信息獲取定位面之間的同心度與端面傾斜量；并在此基礎(chǔ)上通過(guò)裝配模擬與優(yōu)化，控制組件中各級(jí)安裝定位面的徑向跳動(dòng)參量，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的優(yōu)化裝配。多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子安裝定位面徑向跳動(dòng)的控制對(duì)于轉(zhuǎn)子軸頸同心度控制和失衡質(zhì)量軸線優(yōu)化等均具有重要的意義。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)于諸如：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)等轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，受轉(zhuǎn)子工作特性的要求，其轉(zhuǎn)子更多采用多級(jí)碟片堆積方法實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化方法的提出對(duì)于這類(lèi)轉(zhuǎn)子安裝效率的提高和其振動(dòng)的控制等均具有重大的意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化安裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)狀態(tài)是衡量旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的重要特征參量，轉(zhuǎn)子的失衡是影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)的一個(gè)重要因素。理論上，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線和轉(zhuǎn)子截面質(zhì)心沿軸線方向的連線是重合的，轉(zhuǎn)子不存在不平衡；但是受轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的非對(duì)稱(chēng)量、轉(zhuǎn)子制造和安裝過(guò)程的誤差、轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)參量變化等因素影響，實(shí)際中轉(zhuǎn)子截面質(zhì)心連線與其旋轉(zhuǎn)軸線總會(huì)有一定差異，使得轉(zhuǎn)子存在不平衡量。
[0003]在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動(dòng)響應(yīng)控制中，以加重或去重為手段的動(dòng)平衡操作是一種有效的振動(dòng)控制方法，但是該方法的實(shí)施效果受到轉(zhuǎn)子原始失衡分布，加重截面和轉(zhuǎn)子平衡轉(zhuǎn)速的選擇等多種條件的限制。另一方面，對(duì)于精密的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，僅依靠動(dòng)平衡控制系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該從轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)，制造，安裝等角度綜合考慮，最大限度的減小轉(zhuǎn)子截面質(zhì)心連線與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線之間的差異狀況。
[0004]對(duì)于單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子由軸承通過(guò)軸頸支承實(shí)現(xiàn)自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線也由軸頸截面中心的連線確定。對(duì)于多級(jí)碟片堆積的轉(zhuǎn)子，相鄰碟片的安裝通過(guò)圖1中碟片M的P面與前一級(jí)碟片的O面連接定位。圖1中β垂直碟片M的下安裝定位面P，I垂直碟片M上安裝定位面0，α為上安裝表面形心與下安裝表面形心的連線，Θ為上安裝面相對(duì)下安裝面的傾斜角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線與碟片M中β向量重合時(shí)，碟片M的質(zhì)心分布主要由其軸線傾斜α決定。圖1僅為碟片M截面形心連線傾斜與安裝表面不平行影響的示意圖表示，實(shí)際中碟片M的α和Θ參量均為空間矢量，這些與碟片的設(shè)計(jì)和制造相關(guān)。在圖1中，當(dāng)與碟片M連接的下一級(jí)碟片圍繞M上表面垂線ξ旋轉(zhuǎn)時(shí)，被安裝碟片的形心連線與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心之間的差異量將會(huì)發(fā)生變化；多級(jí)碟片堆積在一起時(shí)，轉(zhuǎn)子截面的質(zhì)心分布，不僅會(huì)受到不同級(jí)碟片M軸線傾斜量α的影響，而且會(huì)受到Θ參量的影響。受碟片α和Θ參量未知的影響，不同碟片相對(duì)其上級(jí)碟片M上表面方向ξ的最優(yōu)安裝偏轉(zhuǎn)角度也是未知的，在多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的安裝過(guò)程中，盲目試湊獲得的轉(zhuǎn)子裝配體振動(dòng)往往不能達(dá)到要求，需要反復(fù)調(diào)整，影響轉(zhuǎn)子的安裝效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法，該方法提高轉(zhuǎn)子的安裝效率。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法包括以下步驟:
[0007]I)設(shè)轉(zhuǎn)子由B個(gè)碟片堆積而成，以安裝體中前一個(gè)碟片的Q面和下一個(gè)碟片的P面相互貼合為原則確定各碟片的Q面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向Q面的方向?yàn)樽鴺?biāo)系的Z軸正方向、P面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并在各碟片的P面上標(biāo)記零相位點(diǎn)，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標(biāo)系，最后通過(guò)碟片在測(cè)試設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)測(cè)量各碟片的Q面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到Q面中心點(diǎn)的軸線向量；
[0008]2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設(shè)通過(guò)碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設(shè)當(dāng)前安裝狀態(tài)下各碟片相互之間的安裝旋轉(zhuǎn)角度為向量β，以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中第一個(gè)被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標(biāo)系為安裝體坐標(biāo)系；
[0009]3)根據(jù)碟片之間的安裝順序，選擇當(dāng)前被安裝在基件零件的安裝旋轉(zhuǎn)角度Α，并根據(jù)A和基件零件的傾斜向量和被安裝碟片的軸線向量通過(guò)坐標(biāo)變換的方法獲得基件零件P面中心點(diǎn)到被安裝碟片Q面中心點(diǎn)的軸心向量和基件零件Q面相對(duì)P面的傾斜向量；
[0010]4)將當(dāng)前的安裝體作為新基件零件，重復(fù)步驟3)，獲得下一個(gè)被安裝碟片在安裝坐標(biāo)系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息；
[0011 ] 5)重復(fù)步驟4)，完成所有碟片的安裝；
[0012]6)根據(jù)各碟片在安裝坐標(biāo)系中Q面中心位置信息，計(jì)算各位置參量與安裝坐標(biāo)系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當(dāng)前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值；
[0013]7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復(fù)步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值；
[0014]8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值，然后尋找安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進(jìn)行各碟片的安裝。
[0015]步驟I)中獲取各碟片Q面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測(cè)試設(shè)備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)各碟片的P面及O面檢測(cè)點(diǎn)的跳動(dòng)信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動(dòng)信息和檢測(cè)器相對(duì)碟片坐標(biāo)系的位置信息，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明所述的高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法在獲取最優(yōu)的安裝參量時(shí):1)通過(guò)各碟片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)信息，獲取各碟片的形貌信息，綜合考慮了各碟片安裝定位面的傾斜參量和形心參量信息；2)以特定的向量變換與映射算法，模擬不同安裝狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的安裝效果；3)以不同安裝狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裝配體中各碟片定位面的空間位置偏差量的加權(quán)運(yùn)算結(jié)果為控制目標(biāo)，反求最優(yōu)的安裝狀態(tài)量，從而抑制各碟片的形狀誤差對(duì)轉(zhuǎn)子安裝體性能的影響為目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子堆積后碟片定位面之間跳動(dòng)參量的有效控制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明中碟片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0020]參考圖1，本發(fā)明所述的高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法包括以下步驟:
[0021]I)設(shè)轉(zhuǎn)子由B個(gè)碟片堆積而成，以安裝體中前一個(gè)碟片的O面和下一個(gè)碟片的P面相互貼合為原則確定各碟片的O面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向O面的方向?yàn)樽鴺?biāo)系的Z軸正方向、P面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并在各碟片的P面上標(biāo)記零相位點(diǎn)，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標(biāo)系，最后通過(guò)碟片在測(cè)試設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)測(cè)量各碟片的Q面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到Q面中心點(diǎn)的軸線向量；
[0022]2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設(shè)通過(guò)碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設(shè)當(dāng)前安裝狀態(tài)下各碟片相互之間的安裝旋轉(zhuǎn)角度為向量β，以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中第一個(gè)被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標(biāo)系為安裝體坐標(biāo)系，向量β包括各碟片之間的旋轉(zhuǎn)角。
[0023]3)根據(jù)碟片之間的安裝順序，選擇當(dāng)前被安裝在基件零件的安裝旋轉(zhuǎn)角度Α，并根據(jù)A和基件零件的傾斜向量和被安裝碟片的軸線向量通過(guò)坐標(biāo)變換的方法獲得基件零件P面中心點(diǎn)到被安裝碟片Q面中心點(diǎn)的軸心向量和基件零件Q面相對(duì)P面的傾斜向量；
[0024]4)將當(dāng)前的安裝體作為新基件零件，重復(fù)步驟3)，獲得下一個(gè)被安裝碟片在安裝坐標(biāo)系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息；
[0025]5)重復(fù)步驟4)，完成所有碟片的安裝；
[0026]6)根據(jù)各碟片在安裝坐標(biāo)系中Q面中心位置信息，計(jì)算各位置參量與安裝坐標(biāo)系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當(dāng)前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值；
[0027]7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復(fù)步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值；
[0028]8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值，然后尋找安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進(jìn)行各碟片的安裝。
[0029]步驟I)中獲取各碟片O面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測(cè)試設(shè)備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)各碟片的P面及O面檢測(cè)點(diǎn)的跳動(dòng)信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動(dòng)信息和檢測(cè)器相對(duì)碟片坐標(biāo)系的位置信息，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)設(shè)轉(zhuǎn)子由B個(gè)碟片堆積而成，以安裝體中前一個(gè)碟片的Q面和下一個(gè)碟片的P面相互貼合為原則確定各碟片的Q面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向Q面的方向?yàn)樽鴺?biāo)系的z軸正方向、P面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并在各碟片的P面上標(biāo)記零相位點(diǎn)，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標(biāo)系，最后通過(guò)碟片在測(cè)試設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)測(cè)量各碟片的Q面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到Q面中心點(diǎn)的軸線向量； 2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設(shè)通過(guò)碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設(shè)當(dāng)前安裝狀態(tài)下各碟片相互之間的安裝旋轉(zhuǎn)角度為向量β，以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中第一個(gè)被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標(biāo)系為安裝體坐標(biāo)系； 3)根據(jù)碟片之間的安裝順序，選擇當(dāng)前被安裝在基件零件的安裝旋轉(zhuǎn)角度Α，并根據(jù)A和基件零件的傾斜向量和被安裝碟片的軸線向量通過(guò)坐標(biāo)變換的方法獲得基件零件P面中心點(diǎn)到被安裝碟片Q面中心點(diǎn)的軸心向量和基件零件Q面相對(duì)P面的傾斜向量； 4)將當(dāng)前的安裝體作為新基件零件，重復(fù)步驟3)，獲得下一個(gè)被安裝碟片在安裝坐標(biāo)系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息； 5)重復(fù)步驟4)，完成所有碟片的安裝； 6)根據(jù)各碟片在安裝坐標(biāo)系中Q面中心位置信息，計(jì)算各位置參量與安裝坐標(biāo)系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當(dāng)前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值； 7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復(fù)步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值； 8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的安裝效果評(píng)估值，然后尋找安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評(píng)估值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進(jìn)行各碟片的安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多級(jí)碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)控制與優(yōu)化安裝方法，其特征在于，步驟I)中獲取各碟片O面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測(cè)試設(shè)備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)各碟片的P面及O面檢測(cè)點(diǎn)的跳動(dòng)信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動(dòng)信息和檢測(cè)器相對(duì)碟片坐標(biāo)系的位置信息，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對(duì)于P面的傾斜向量及P面的中心點(diǎn)到O面中心點(diǎn)的軸線向量。
【文檔編號(hào)】B23P19/00GK103934659SQ201410142700
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】廖與禾, 郎根峰, 林京, 劉慶成, 蔣瑞祥, 雷亞國(guó) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)