高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法，該方法以轉(zhuǎn)子各碟片定位面的端面跳動和徑向跳動信息測量為基礎，利用碟片定位面的跳動參量和測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；并在此基礎上通過裝配模擬與優(yōu)化，控制組件中各級安裝定位面的徑向跳動參量，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的優(yōu)化裝配。多級碟片堆積轉(zhuǎn)子安裝定位面徑向跳動的控制對于轉(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)場中對于諸如：飛機發(fā)動機的壓氣機，燃氣輪機等轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，受轉(zhuǎn)子工作特性的要求，其轉(zhuǎn)子更多采用多級碟片堆積方法實現(xiàn)，優(yōu)化方法的提出對于這類轉(zhuǎn)子安裝效率的提高和其振動的控制等均具有重大的意義。
【專利說明】高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械產(chǎn)品的優(yōu)化安裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]振動狀態(tài)是衡量旋轉(zhuǎn)機械運行狀態(tài)的重要特征參量，轉(zhuǎn)子的失衡是影響旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)振動的一個重要因素。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)設計中的非對稱量、轉(zhuǎn)子制造和安裝過程的誤差、轉(zhuǎn)子運行過程的狀態(tài)參量變化等因素影響，實際中轉(zhuǎn)子截面質(zhì)心連線與其旋轉(zhuǎn)軸線總會有一定差異，使得轉(zhuǎn)子存在不平衡量。
[0003]在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動響應控制中，以加重或去重為手段的動平衡操作是一種有效的振動控制方法，但是該方法的實施效果受到轉(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，對于精密的旋轉(zhuǎn)機械，僅依靠動平衡控制系統(tǒng)的振動響應是遠遠不夠的，應該從轉(zhuǎn)子的設計，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]對于單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子由軸承通過軸頸支承實現(xiàn)自身的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線也由軸頸截面中心的連線確定。對于多級碟片堆積的轉(zhuǎn)子，相鄰碟片的安裝通過圖1中碟片M的P面與前一級碟片的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為上安裝面相對下安裝面的傾斜角度。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線與碟片M中β向量重合時，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，實際中碟片M的α和Θ參量均為空間矢量，這些與碟片的設計和制造相關(guān)。在圖1中，當與碟片M連接的下一級碟片圍繞M上表面垂線ξ旋轉(zhuǎn)時，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發(fā)生變化；多級碟片堆積在一起時，轉(zhuǎn)子截面的質(zhì)心分布，不僅會受到不同級碟片M軸線傾斜量α的影響，而且會受到Θ參量的影響。受碟片α和Θ參量未知的影響，不同碟片相對其上級碟片M上表面方向ξ的最優(yōu)安裝偏轉(zhuǎn)角度也是未知的，在多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的安裝過程中，盲目試湊獲得的轉(zhuǎn)子裝配體振動往往不能達到要求，需要反復調(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，提供了一種高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法，該方法提高轉(zhuǎn)子的安裝效率。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所述的高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法包括以下步驟:
[0007]I)設轉(zhuǎn)子由B個碟片堆積而成，以安裝體中前一個碟片的Q面和下一個碟片的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面的方向為坐標系的Z軸正方向、P面的中心點為坐標原點，并在各碟片的P面上標記零相位點，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標系，最后通過碟片在測試設備中的旋轉(zhuǎn)運動測量各碟片的Q面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到Q面中心點的軸線向量；
[0008]2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運動會改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設通過碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設當前安裝狀態(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)中第一個被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標系為安裝體坐標系；
[0009]3)根據(jù)碟片之間的安裝順序，選擇當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坐標變換的方法獲得基件零件P面中心點到被安裝碟片Q面中心點的軸心向量和基件零件Q面相對P面的傾斜向量；
[0010]4)將當前的安裝體作為新基件零件，重復步驟3)，獲得下一個被安裝碟片在安裝坐標系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息；
[0011 ] 5)重復步驟4)，完成所有碟片的安裝；
[0012]6)根據(jù)各碟片在安裝坐標系中Q面中心位置信息，計算各位置參量與安裝坐標系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對應的安裝效果評估值；
[0013]7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對應的安裝效果評估值；
[0014]8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對應的安裝效果評估值，然后尋找安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進行各碟片的安裝。
[0015]步驟I)中獲取各碟片Q面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測試設備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過檢測器檢測各碟片的P面及O面檢測點的跳動信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動信息和檢測器相對碟片坐標系的位置信息，通過數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量。
[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碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法在獲取最優(yōu)的安裝參量時:1)通過各碟片的旋轉(zhuǎn)運動信息，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)運算結(jié)果為控制目標，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轉(zhuǎn)子安裝體性能的影響為目標，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子堆積后碟片定位面之間跳動參量的有效控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明中碟片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0020]參考圖1，本發(fā)明所述的高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法包括以下步驟:
[0021]I)設轉(zhuǎn)子由B個碟片堆積而成，以安裝體中前一個碟片的O面和下一個碟片的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面的方向為坐標系的Z軸正方向、P面的中心點為坐標原點，并在各碟片的P面上標記零相位點，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標系，最后通過碟片在測試設備中的旋轉(zhuǎn)運動測量各碟片的Q面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到Q面中心點的軸線向量；
[0022]2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運動會改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設通過碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設當前安裝狀態(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)中第一個被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標系為安裝體坐標系，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坐標變換的方法獲得基件零件P面中心點到被安裝碟片Q面中心點的軸心向量和基件零件Q面相對P面的傾斜向量；
[0024]4)將當前的安裝體作為新基件零件，重復步驟3)，獲得下一個被安裝碟片在安裝坐標系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息；
[0025]5)重復步驟4)，完成所有碟片的安裝；
[0026]6)根據(jù)各碟片在安裝坐標系中Q面中心位置信息，計算各位置參量與安裝坐標系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對應的安裝效果評估值；
[0027]7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對應的安裝效果評估值；
[0028]8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對應的安裝效果評估值，然后尋找安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進行各碟片的安裝。
[0029]步驟I)中獲取各碟片O面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測試設備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過檢測器檢測各碟片的P面及O面檢測點的跳動信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動信息和檢測器相對碟片坐標系的位置信息，通過數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)設轉(zhuǎn)子由B個碟片堆積而成，以安裝體中前一個碟片的Q面和下一個碟片的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面的方向為坐標系的z軸正方向、P面的中心點為坐標原點，并在各碟片的P面上標記零相位點，按照右手螺旋定律確定碟片的坐標系，最后通過碟片在測試設備中的旋轉(zhuǎn)運動測量各碟片的Q面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到Q面中心點的軸線向量； 2)由于碟片在安裝固定之前，各碟片之間的相互旋轉(zhuǎn)運動會改變轉(zhuǎn)子的安裝效果，設通過碟片的相互旋轉(zhuǎn)可使得轉(zhuǎn)子獲得N種安裝狀態(tài)，并設當前安裝狀態(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)中第一個被安裝的碟片為基件零件，以基件零件的坐標系為安裝體坐標系； 3)根據(jù)碟片之間的安裝順序，選擇當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坐標變換的方法獲得基件零件P面中心點到被安裝碟片Q面中心點的軸心向量和基件零件Q面相對P面的傾斜向量； 4)將當前的安裝體作為新基件零件，重復步驟3)，獲得下一個被安裝碟片在安裝坐標系中的Q面中心位置信息和Q面傾斜信息； 5)重復步驟4)，完成所有碟片的安裝； 6)根據(jù)各碟片在安裝坐標系中Q面中心位置信息，計算各位置參量與安裝坐標系ζ軸之間距離的加權(quán)值，然后以該加權(quán)值作為當前安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β對應的安裝效果評估值； 7)更換各碟片的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量β，重復步驟3)、4)、5)及6)獲得其它安裝旋轉(zhuǎn)角度向量對應的安裝效果評估值； 8)根據(jù)各安裝旋轉(zhuǎn)角度對應的安裝效果評估值，然后尋找安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量，并以安裝效果評估值最小時對應的安裝旋轉(zhuǎn)角度向量進行各碟片的安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多級碟片堆積轉(zhuǎn)子的跳動控制與優(yōu)化安裝方法，其特征在于，步驟I)中獲取各碟片O面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量具體步驟為:將各碟片繞在測試設備中繞ζ軸方向旋轉(zhuǎn)，通過檢測器檢測各碟片的P面及O面檢測點的跳動信息，再根據(jù)各碟片的徑向及端面跳動信息和檢測器相對碟片坐標系的位置信息，通過數(shù)據(jù)擬合的方法獲得各碟片的O面相對于P面的傾斜向量及P面的中心點到O面中心點的軸線向量。
【文檔編號】B23P19/00GK103934659SQ201410142700
【公開日】2014年7月23日 申請日期: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 申請人:西安交通大學