CN103934659B - 高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法，该方法以转子各碟片定位面的端面跳动和径向跳动信息测量为基础，利用碟片定位面的跳动参量和测量探头的相互位置信息获取定位面之间的同心度与端面倾斜量；并在此基础上通过装配模拟与优化，控制组件中各级安装定位面的径向跳动参量，以实现转子的优化装配。多级碟片堆积转子安装定位面径向跳动的控制对于转子轴颈同心度控制和失衡质量轴线优化等均具有重要的意义。工业现场中对于诸如：飞机发动机的压气机，燃气轮机等转子结构，受转子工作特性的要求，其转子更多采用多级碟片堆积方法实现，优化方法的提出对于这类转子安装效率的提高和其振动的控制等均具有重大的意义。

Description

高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法

技术领域

本发明属于机械产品的优化安装技术领域，具体涉及高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法。

背景技术

振动状态是衡量旋转机械运行状态的重要特征参量，转子的失衡是影响旋转机械系统振动的一个重要因素。理论上，转子旋转轴线和转子截面质心沿轴线方向的连线是重合的，转子不存在不平衡；但是受转子结构设计中的非对称量、转子制造和安装过程的误差、转子运行过程的状态参量变化等因素影响，实际中转子截面质心连线与其旋转轴线总会有一定差异，使得转子存在不平衡量。

在转子系统不平衡振动响应控制中，以加重或去重为手段的动平衡操作是一种有效的振动控制方法，但是该方法的实施效果受到转子原始失衡分布，加重截面和转子平衡转速的选择等多种条件的限制。另一方面，对于精密的旋转机械，仅依靠动平衡控制系统的振动响应是远远不够的，应该从转子的设计，制造，安装等角度综合考虑，最大限度的减小转子截面质心连线与转子旋转轴线之间的差异状况。

对于单跨转子系统，转子由轴承通过轴颈支承实现自身的旋转运动，转子的旋转轴线也由轴颈截面中心的连线确定。对于多级碟片堆积的转子，相邻碟片的安装通过图1中碟片M的P面与前一级碟片的0面连接定位。图1中β垂直碟片M的下安装定位面P，ξ垂直碟片M上安装定位面0，α为上安装表面形心与下安装表面形心的连线，θ为上安装面相对下安装面的倾斜角度。当转子旋转轴线与碟片M中β向量重合时，碟片M的质心分布主要由其轴线倾斜α决定。图1仅为碟片M截面形心连线倾斜与安装表面不平行影响的示意图表示，实际中碟片M的α和θ参量均为空间矢量，这些与碟片的设计和制造相关。在图1中，当与碟片M连接的下一级碟片围绕M上表面垂线ξ旋转时，被安装碟片的形心连线与转子旋转中心之间的差异量将会发生变化；多级碟片堆积在一起时，转子截面的质心分布，不仅会受到不同级碟片M轴线倾斜量α的影响，而且会受到θ参量的影响。受碟片α和θ参量未知的影响，不同碟片相对其上级碟片M上表面方向ξ的最优安装偏转角度也是未知的，在多级碟片堆积转子的安装过程中，盲目试凑获得的转子装配体振动往往不能达到要求，需要反复调整，影响转子的安装效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法，该方法提高转子的安装效率。

为达到上述目的，本发明所述的高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法包括以下步骤：

1)设转子由B个碟片堆积而成，以安装体中前一个碟片的Q面和下一个碟片的P面相互贴合为原则确定各碟片的Q面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向Q面的方向为坐标系的z轴正方向、P面的中心点为坐标原点，并在各碟片的P面上标记零相位点，按照右手螺旋定律确定碟片的坐标系，最后通过碟片在测试设备中的旋转运动测量各碟片的Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到Q面中心点的轴线向量；

2)由于碟片在安装固定之前，各碟片之间的相互旋转运动会改变转子的安装效果，设通过碟片的相互旋转可使得转子获得N种安装状态，并设当前安装状态下各碟片相互之间的安装旋转角度为向量β，以转子系统中第一个被安装的碟片为基件零件，以基件零件的坐标系为安装体坐标系；

3)根据碟片之间的安装顺序，选择当前被安装在基件零件的安装旋转角度A，并根据A和基件零件的倾斜向量和被安装碟片的轴线向量通过坐标变换的方法获得基件零件P面中心点到被安装碟片Q面中心点的轴心向量和基件零件Q面相对P面的倾斜向量；

4)将当前的安装体作为新基件零件，重复步骤3)，获得下一个被安装碟片在安装坐标系中的Q面中心位置信息和Q面倾斜信息；

5)重复步骤4)，完成所有碟片的安装；

6)根据各碟片在安装坐标系中Q面中心位置信息，计算各位置参量与安装坐标系z轴之间距离的加权值，然后以该加权值作为当前安装旋转角度向量β对应的安装效果评估值；

7)更换各碟片的安装旋转角度向量β，重复步骤3)、4)、5)及6)获得其它安装旋转角度向量对应的安装效果评估值；

8)根据各安装旋转角度对应的安装效果评估值，然后寻找安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量，并以安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量进行各碟片的安装。

步骤1)中获取各碟片Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到0面中心点的轴线向量具体步骤为：将各碟片绕在测试设备中绕z轴方向旋转，通过检测器检测各碟片的P面及0面检测点的跳动信息，再根据各碟片的径向及端面跳动信息和检测器相对碟片坐标系的位置信息，通过数据拟合的方法获得各碟片的0面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到0面中心点的轴线向量。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法在获取最优的安装参量时：1)通过各碟片的旋转运动信息，获取各碟片的形貌信息，综合考虑了各碟片安装定位面的倾斜参量和形心参量信息；2)以特定的向量变换与映射算法，模拟不同安装状态下转子的安装效果；3)以不同安装状态下转子装配体中各碟片定位面的空间位置偏差量的加权运算结果为控制目标，反求最优的安装状态量，从而抑制各碟片的形状误差对转子安装体性能的影响为目标，可以实现转子堆积后碟片定位面之间跳动参量的有效控制。

附图说明

图1为本发明中碟片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法包括以下步骤：

1)设转子由B个碟片堆积而成，以安装体中前一个碟片的0面和下一个碟片的P面相互贴合为原则确定各碟片的0面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向0面的方向为坐标系的z轴正方向、P面的中心点为坐标原点，并在各碟片的P面上标记零相位点，按照右手螺旋定律确定碟片的坐标系，最后通过碟片在测试设备中的旋转运动测量各碟片的Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到Q面中心点的轴线向量；

2)由于碟片在安装固定之前，各碟片之间的相互旋转运动会改变转子的安装效果，设通过碟片的相互旋转可使得转子获得N种安装状态，并设当前安装状态下各碟片相互之间的安装旋转角度为向量β，以转子系统中第一个被安装的碟片为基件零件，以基件零件的坐标系为安装体坐标系，向量β包括各碟片之间的旋转角。

3)根据碟片之间的安装顺序，选择当前被安装在基件零件的安装旋转角度A，并根据A和基件零件的倾斜向量和被安装碟片的轴线向量通过坐标变换的方法获得基件零件P面中心点到被安装碟片Q面中心点的轴心向量和基件零件Q面相对P面的倾斜向量；

4)将当前的安装体作为新基件零件，重复步骤3)，获得下一个被安装碟片在安装坐标系中的Q面中心位置信息和Q面倾斜信息；

5)重复步骤4)，完成所有碟片的安装；

6)根据各碟片在安装坐标系中Q面中心位置信息，计算各位置参量与安装坐标系z轴之间距离的加权值，然后以该加权值作为当前安装旋转角度向量β对应的安装效果评估值；

7)更换各碟片的安装旋转角度向量β，重复步骤3)、4)、5)及6)获得其它安装旋转角度向量对应的安装效果评估值；

8)根据各安装旋转角度对应的安装效果评估值，然后寻找安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量，并以安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量进行各碟片的安装。

步骤1)中获取各碟片0面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到0面中心点的轴线向量具体步骤为：将各碟片绕在测试设备中绕z轴方向旋转，通过检测器检测各碟片的P面及0面检测点的跳动信息，再根据各碟片的径向及端面跳动信息和检测器相对碟片坐标系的位置信息，通过数据拟合的方法获得各碟片的0面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到0面中心点的轴线向量。

Claims (2)

1.一种高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设转子由B个碟片堆积而成，以安装体中前一个碟片的Q面和下一个碟片的P面相互贴合为原则确定各碟片的Q面和P面，然后以各碟片中垂直于P面指向Q面的方向为坐标系的z轴正方向、P面的中心点为坐标原点，并在各碟片的P面上标记零相位点，按照右手螺旋定律确定碟片的坐标系，最后通过碟片在测试设备中的旋转运动测量各碟片的Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到Q面中心点的轴线向量；

2)由于碟片在安装固定之前，各碟片之间的相互旋转运动会改变转子的安装效果，设通过碟片的相互旋转可使得转子获得N种安装状态，并设当前安装状态下各碟片相互之间的安装旋转角度为向量β，以转子系统中第一个被安装的碟片为基件零件，以基件零件的坐标系为安装坐标系；

3)根据碟片之间的安装顺序，选择当前被安装在基件零件的安装旋转角度A，并根据A和基件零件的倾斜向量和被安装碟片的轴线向量通过坐标变换的方法获得基件零件P面中心点到被安装碟片Q面中心点的轴线向量和基件零件Q面相对P面的倾斜向量；

4)将当前的安装体作为新基件零件，重复步骤3)，获得下一个被安装碟片在安装坐标系中的Q面中心位置信息和Q面倾斜信息；

5)重复步骤4)，完成所有碟片的安装；

6)根据各碟片在安装坐标系中Q面中心位置信息，计算各位置参量与安装坐标系z轴之间距离的加权值，然后以该加权值作为当前安装旋转角度向量β对应的安装效果评估值；

7)更换各碟片的安装旋转角度向量β，重复步骤3)、4)、5)及6)获得其它安装旋转角度向量对应的安装效果评估值；

8)根据各安装旋转角度对应的安装效果评估值，然后寻找安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量，并以安装效果评估值最小时对应的安装旋转角度向量进行各碟片的安装。

2.根据权利要求1所述的高精度多级碟片堆积转子的跳动控制与优化安装方法，其特征在于，步骤1)中获取各碟片Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到Q面中心点的轴线向量具体步骤为：将各碟片绕在测试设备中绕z轴方向旋转，通过检测器检测各碟片的P面及Q面检测点的跳动信息，再根据各碟片的径向及端面跳动信息和检测器相对碟片坐标系的位置信息，通过数据拟合的方法获得各碟片的Q面相对于P面的倾斜向量及P面的中心点到Q面中心点的轴线向量。