CN105867307A - 用于传动轴的高速动平衡修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于传动轴的高速动平衡修复方法，该方法包括：测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量；根据传动轴的尺寸参数获取与不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数；根据磨削参数对传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴。本发明方法解决了现有的传动轴加工由于受其结构、深孔加工、外型面车削加工、数控加工等影响导致其动平衡难以符合要求的问题，尤其适用于涡桨及涡轴发动机长轴高速动平衡修复，可靠地保证零件加工质量，具有广泛的推广应用价值。

Description

用于传动轴的高速动平衡修复方法

技术领域

本发明涉及轴类零件加工领域，特别地，涉及一种用于传动轴的高速动平衡修复方法。

背景技术

近年来，随着我国涡桨及涡轴系列发动机性能要求的提升，作为其核心传动零件—动力长轴的高速动平衡要求也越来越高。由于高速动平衡的不平衡量(挠度值)是零件结构以及深孔加工、外型面车削加工、数控加工等的综合作用结果，很难一次性保证高速动平衡合格，故摸索出一套涡桨及涡轴发动机细长轴高速动平衡修复的方案已经迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种用于传动轴的高速动平衡修复方法，以解决现有的传动轴加工由于受其结构、深孔加工、外型面车削加工、数控加工等影响导致其动平衡难以符合要求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于传动轴的高速动平衡修复方法，本发明方法包括：

测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量；

根据传动轴的尺寸参数获取与不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数；

根据磨削参数对传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴。

进一步地，根据传动轴的尺寸参数获取与不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数基于处理器调用运算模型计算得到，包括：

输入传动轴的尺寸参数，包括其对应的材料密度、杆部直径、磨削长度，获取该传动轴的尺寸参数下的磨削参数与不平衡量的对应关系；

根据测量得到的不平衡量获取对应的磨削参数，磨削参数为磨削偏心量。

进一步地，运算模型采用的计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}m=\mathrm{\ρ}v=\mathrm{\ρ}.S.L=\mathrm{\ρ}.L.\{\mathrm{\Δ}p\·\sqrt{\frac{1}{4}{D}^2-{\left(\frac{\mathrm{\Δ}p}{2}\right)}^2}+\frac{1}{2}{D}^2.\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}p}{D}\}$

其中，△m为不平衡量，ρ为材料密度，V为磨削区域体积，S为偏心磨去料区域面积，L为磨削杆部外圆长度，D为杆部直径，△P为磨削偏心量。

进一步地，运算模型包括对应单一直径段偏心磨削及对应多直径段偏心磨削的数据结构，当运算模型为对应多直径段偏心磨削的数据结构时，传动轴的尺寸参数包括各直径段对应的杆部直径、磨削长度。

进一步地，运算模型基于MATLAB图像处理功能，对离散数据进行拟合，输出磨削偏心量与不平衡量的对应曲线关系。

进一步地，测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量包括：

在指定转速条件下通过高速动平衡机测出传动轴的动挠度值，

在动挠度最大角向的对称面配置平衡块，使传动轴的动挠度值达到设计要求，此时所配置的平衡块的重量即为不平衡量。

进一步地，根据磨削参数对传动轴进行偏心磨包括：

在外圆磨床上装夹传动轴进行磨削，通过调节传动轴的位置使得磨削杆部所在角向线的跳动高点值为磨削参数对应的偏心量，且传动轴的磨削秆部的两个截面处设置百分表，通过打表检查磨削偏心量。

进一步地，传动轴的一端经四爪卡盘压紧，另一端经套设其上的变径套及调整螺钉固定，通过调整四爪卡盘及调整螺钉使得两个百分表在磨削杆部角向线的跳动高点值为磨削参数对应的偏心量。

进一步地，实际磨削的磨削偏心量大于磨削参数对应的偏心量，即在理论的偏心量基础上增加一个修正量。

本发明具有以下有益效果：

本发明用于传动轴的高速动平衡修复方法，通过测量获取待修复的传动轴的不平衡量，将该不平衡量换算为需偏心磨的磨削参数，根据该磨削参数对传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴，解决了现有的传动轴加工由于受其结构、深孔加工、外型面车削加工、数控加工等影响导致其动平衡难以符合要求的问题，尤其适用于涡桨及涡轴发动机长轴高速动平衡修复，可靠地保证零件加工质量，具有广泛的推广应用价值。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例用于传动轴的高速动平衡修复方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例偏心磨处杆部截面数学模型示意图；

图3是本发明优选实施例单直径MATLAB拟合偏心量与去重量关系图；

图4是本发明优选实施例两直径段MATLAB拟合偏心量与去重量关系图；

图5是本发明优选实施例偏心磨装夹结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的优选实施例提供了一种用于传动轴的高速动平衡修复方法，参照图1，本发明方法包括：

步骤S100，测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量；

本实施例中，测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量包括：

在指定转速条件下通过高速动平衡机测出传动轴的动挠度值，

在动挠度最大角向的对称面配置平衡块，使传动轴的动挠度值达到设计要求，此时所配置的平衡块的重量即为不平衡量。

步骤S200，根据传动轴的尺寸参数获取与不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数；

本实施例中，根据传动轴的尺寸参数获取与不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数基于处理器调用运算模型计算得到，包括：

输入传动轴的尺寸参数，包括其对应的材料密度、杆部直径、磨削长度，获取该传动轴的尺寸参数下的磨削参数与不平衡量的对应关系；

根据测量得到的不平衡量获取对应的磨削参数，磨削参数为磨削偏心量。

参照图2，假定单一磨削杆部外圆直径为D(单位：mm)，其中，A曲线为调偏前磨削处杆部外圆所在轨迹，B曲线为调偏后磨削处杆部外圆所在轨迹，O为机床回转中心，O’为偏心后零件所在轴心，△P为磨削偏心量，S为偏心磨去料区域面积，对A、B曲线建立数学模型如下：

利用微积分知识可进行如下推导：

$\begin{array}{c}S=\mathrm{\Π}{(D/2)}^2-4A\\ =\frac{1}{4}{\mathrm{\πD}}^2-4{\∫}_{\mathrm{\Δ}p/2}^{D/2}\sqrt{{\left(\frac{D}{2}\right)}^2-y^2}dy\\ =\frac{1}{4}{\mathrm{\πD}}^2-4(\frac{y}{2}\sqrt{\frac{1}{4}{D}^2-y^2}+\frac{D^2}{8}.\arcsin \frac{2y}{D}){|}_{\mathrm{\Δ}p/2}^{D/2}\end{array}$

$=\mathrm{\Δ}p.\sqrt{\frac{1}{4}{D}^2-{\left(\frac{\mathrm{\Δ}p}{2}\right)}^2}+\frac{1}{2}{D}^2.\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}p}{D}$

其中，A为图2中示意的面积A。

设单一磨削杆部外圆长度为L(单位：mm)，磨削区域体积为ν(单位：mm³)，材料密度为ρ(单位：g/mm³)，则所去不平衡量(所去重量)的计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}m=\mathrm{\ρ}v=\mathrm{\ρ}.S.L=\mathrm{\ρ}.L.\{\mathrm{\Δ}p.\sqrt{\frac{1}{4}{D}^2-{\left(\frac{\mathrm{\Δ}p}{2}\right)}^2}+\frac{1}{2}{D}^2.\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}p}{D}\}$

其中，△m为不平衡量，S为偏心磨去料区域面积，△P为磨削偏心量。

步骤S300，根据磨削参数对传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴。

本实施例通过测量获取待修复的传动轴的不平衡量，将该不平衡量换算为需偏心磨的磨削参数，根据该磨削参数对传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴，解决了现有的传动轴加工由于受其结构、深孔加工、外型面车削加工、数控加工等影响导致其动平衡难以符合要求的问题，尤其适用于涡桨及涡轴发动机长轴高速动平衡修复，可靠地保证零件加工质量，具有广泛的推广应用价值。

优选地，本实施例中，运算模型基于MATLAB图像处理功能，对离散数据进行拟合，输出磨削偏心量与不平衡量的对应曲线关系。

利用MATLAB软件将上述的不平衡量(所去重量)的计算公式编制成m文件，以便针对不同零件材料，直径，密度的偏心磨工序时可以直接调用。

例如某涡桨型号发动机动力涡轮轴，材料密度ρ＝7.85×10^-3g/mm³，需磨削杆部总长为500mm，杆部直径24.6mm，不平衡量1.5g(所谓不平衡量配重：在指定高转速下，通过高速动平衡机测出细长轴类零件的动挠度值，然后在动挠度最大角向的对称面配平衡块，使得其动挠度值达到设计图要求，此时所配的平衡块质量即为不平衡量)，打开编制的小程序，直接在运行界面输入零件材料密度、杆部直径、磨削长度，即可得到磨削量跟偏心量的对应曲线关系，如图3所示。参照图3，可以查到在不平衡量为1.5g时，只需将长轴偏心0.015mm，磨削0.015mm深度即可修复不平衡量。在实际应用过程中考虑磨削让刀、零件微变形等的影响，优选地，实际修偏所取的偏心量会比图形所查数值大一个修正量△Z，通过此方法修复后可以很容易达到高速动平衡要求。

优选地，运算模型包括对应单一直径段偏心磨削及对应多直径段偏心磨削的数据结构，当运算模型为对应多直径段偏心磨削的数据结构时，传动轴的尺寸参数包括各直径段对应的杆部直径、磨削长度。图4示出了两直径段MATLAB拟合偏心量与去重量关系图。

依次类推，对于多直径段细长轴的高速动平衡修复，只需将运算模型选择为与之对应的数据结构即可。

优选地，根据磨削参数对传动轴进行偏心磨包括：

在外圆磨床上装夹传动轴进行磨削，通过调节传动轴的位置使得磨削杆部所在角向线的跳动高点值为磨削参数对应的偏心量，且传动轴的磨削秆部的两个截面处设置百分表，通过打表检查磨削偏心量。

更优选地，传动轴的一端经四爪卡盘压紧，另一端经套设其上的变径套及调整螺钉固定，通过调整四爪卡盘及调整螺钉使得两个百分表在磨削杆部角向线的跳动高点值为磨削参数对应的偏心量。

可选地，实际磨削的磨削偏心量大于磨削参数对应的偏心量，即在理论的偏心量基础上增加一个修正量。

本实施例偏心磨时，参照图5，待加工零件2采用高精度外圆磨床进行磨削，采用一夹一支撑的装夹方式，通过四爪卡盘1压紧调节和对自制工装的变径套5的调整螺钉6调节，同时两个百分表3、4打表检查使得要磨削杆部在不平衡量重点所在角向线的跳动高点值为△P，然后磨削量为△P+△Z，高速动平衡修复时，在满足设计图尺寸要求的前提下，尽量选取靠近零件中部的直杆部进行磨削，这样对于不平衡量的去除效果更佳。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，包括：

测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量；

根据所述传动轴的尺寸参数获取与所述不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数；

根据所述磨削参数对所述传动轴进行偏心磨，从而得到满足高速动平衡要求的传动轴。

2.根据权利要求1所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

根据所述传动轴的尺寸参数获取与所述不平衡量对应的需偏心磨的磨削参数基于处理器调用运算模型计算得到，包括：

输入所述传动轴的尺寸参数，包括其对应的材料密度、杆部直径、磨削长度，获取该传动轴的尺寸参数下的磨削参数与不平衡量的对应关系；

根据测量得到的所述不平衡量获取对应的磨削参数，所述磨削参数为磨削偏心量。

3.根据权利要求2所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

所述运算模型采用的计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}m=\mathrm{\ρ}v=\mathrm{\ρ}.S.L=\mathrm{\ρ}.L.\{\mathrm{\Δ}p.\sqrt{\frac{1}{4}{D}^2-{\left(\frac{\mathrm{\Δ}p}{2}\right)}^2}+\frac{1}{2}{D}^2.arcsin\frac{\mathrm{\Δ}p}{D}\}$

其中，△m为不平衡量，ρ为材料密度，V为磨削区域体积，S为偏心磨去料区域面积，L为磨削杆部外圆长度，D为杆部直径，△P为磨削偏心量。

4.根据权利要求3所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

所述运算模型包括对应单一直径段偏心磨削及对应多直径段偏心磨削的数据结构，当所述运算模型为对应多直径段偏心磨削的数据结构时，所述传动轴的尺寸参数包括各直径段对应的杆部直径、磨削长度。

5.根据权利要求4所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

所述运算模型基于MATLAB图像处理功能，对离散数据进行拟合，输出磨削偏心量与不平衡量的对应曲线关系。

6.根据权利要求1所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

所述测量待修复的传动轴在指定转速条件下的不平衡量包括：

在指定转速条件下通过高速动平衡机测出传动轴的动挠度值，

在动挠度最大角向的对称面配置平衡块，使所述传动轴的动挠度值达到设计要求，此时所配置的平衡块的重量即为不平衡量。

7.根据权利要求1所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

根据所述磨削参数对所述传动轴进行偏心磨包括：

在外圆磨床上装夹所述传动轴进行磨削，通过调节所述传动轴的位置使得磨削杆部所在角向线的跳动高点值为所述磨削参数对应的偏心量，且所述传动轴的磨削秆部的两个截面处设置百分表，通过打表检查磨削偏心量。

8.根据权利要求7所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

所述传动轴的一端经四爪卡盘压紧，另一端经套设其上的变径套及调整螺钉固定，通过调整所述四爪卡盘及所述调整螺钉使得两个百分表在磨削杆部角向线的跳动高点值为所述磨削参数对应的偏心量。

9.根据权利要求8所述的用于传动轴的高速动平衡修复方法，其特征在于，

实际磨削的磨削偏心量大于所述磨削参数对应的偏心量，即在理论的偏心量基础上增加一个修正量。