CN110276164A - 环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形零部件筋板焊接错位量引起转子不平衡量分析法，包括如下步骤：1）计算单个筋板由于因焊接错位量所产生的最大不平衡量；2）计算整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量，及整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向；3）根据环形零部件筋板焊接错位量符合随机分布函数的规律，按照均匀分布方式进行处理，获得修正后环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量取值范围。本发明揭示出环形零部件筋板焊接错位量与转子结构不平衡量之间的内在关系，以便于根据加工工艺精度来分析转子的不平衡量，降低由加工所产生的转子系统初始不平衡量，以控制因焊接错位量所引起的转子振动。

Description

环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法

技术领域

本发明属于转子动力学技术领域，特别是涉及一种环形零部件筋板焊接错位量引起的结构不平衡量分析方法。

背景技术

齿轮、转盘等大型环形零部件由于直径大、质量重，为了减少零部件的质量，常将两侧的面铣去一定质量。为了不让环形零部件的刚度降低，并增加板的刚度，要在板的一侧增加一些小梁，这些小梁称为筋板。大型环形零部件由于是小批量生产，且因外径大，通过铸造方法模具成本高、成型难、铸造效果不佳，故安装支撑筋板常采用焊接方式；在焊接过程中极易导致正反两面支撑筋板不在同一平面内，即环形零部件两侧对应的两块筋板错位，使支撑筋板产生难以估计的不平衡，从而筋板额外承受不平衡产生的激励力，削弱筋板支撑刚度，影响环形零部件结构性能，导致装配后的机器振动大、运转稳定性差、使用寿命短等缺陷。

大型环形零部件受尺寸限制，目前常对整体进行静平衡。对于平衡精度高、低振动幅值，静平衡无法满足平衡要求；而对于大型低速机械采用动平衡，需对大型平衡机进行巨额前期投资，且低速下振动响应难以激发出来，平衡效果无法得到有效保证。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够从源头上控制由于加工误差所产生的不平衡量的环形零部件筋板焊接错位量引起的结构不平衡量分析方法，它使得在环形零部件筋板焊接时便于在加工误差同制造成本之间取得平衡，减少不必要的加工成本。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法，包括如下步骤：

1)计算单个筋板由于因焊接错位量所产生的最大不平衡量

2)基于两矢量平行四边形叠加的原理，计算整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量及整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向

3)根据环形零部件筋板焊接错位量符合随机分布函数的规律，按照均匀分布方式进行处理，在获得环形零部件筋板焊接错位量引起转子最大不平衡量的基础上，最大不平衡量的一半即接近真实值，得到修正后环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量取值范围为

上述的环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法中，步骤1)的具体操作如下:

计算出单个筋板质量m；根据焊接错位量加工工艺精度要求，将筋板水平移动最大许用错位量d，求取单个筋板质心偏心量e，从而得到单个筋板因焊接错位量所产生的最大不平衡量

其中l为质心到回转中心距离；方向为质心偏移方向。

上述的环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法中，步骤2)的具体操作如下:

基于两矢量平行四边形叠加的原理，将半个环形零部件上均匀分布的n个筋板所产生的不平衡量逐一进行矢量相加，得到整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量

式中：α为相邻的两筋板之间的夹角；

整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向表示为：

由式(1)～(3)，求得环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量的取值范围

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明构建筋板物理模型得到其质量，通过对一侧筋板进行分组，并将其进行水平偏移，以获得筋板在焊接错位量影响下的极限不平衡量，得到不平衡量的最小和最大值所组成的区间。本发明揭示出环形零部件筋板焊接错位量与转子结构不平衡量之间的内在关系，以便于根据加工工艺精度来分析转子的不平衡量，降低由加工所产生的转子系统初始不平衡量，以控制因焊接错位量所引起的转子振动；同时便于设计员依照平衡等级，选择最优焊接错位量公差等级，从而从源头上控制由于加工误差所产生的不平衡量；本发明使得在环形零部件筋板焊接时便于在加工误差同制造成本之间取得平衡，减少不必要的加工成本。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的实施例的筋板结构示意图。

图3为本发明的实施例的环形零部件结构示意图。

图4为本发明偶数筋板不平衡等效示意图。

图5为本发明奇数筋板不平衡等效示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括如下步骤：

1)以单个筋板实际三维尺寸建立物理模型，计算出单个筋板质量m；根据焊接错位量加工工艺精度要求，将筋板水平移动最大许用错位量d，以求得单个筋板质心偏心量e，得到单个筋板因焊接错位量所产生的最大不平衡量

其中l为质心到回转中心距离；方向为质心偏移方向。

2)基于两矢量平行四边形叠加的原理，采用矢量合成的方式，将半个环形零部件上均匀分布的n个筋板所产生的不平衡量大小逐一进行矢量相加，最终得到整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量

式中：α为相邻的两筋板之间的夹角。若n为偶数时，相对的筋板由于其参数一致，其质心在回转中心，即l＝0。将筋板夹角互为180°的两块筋板进行组合，以减少矢量叠加计算次数叠加，不平衡方向朝同一角度进行投影，因同一组的两块板不平衡大小以及方向一致，最终总的最大不平衡量只需计算环形零部件筋板数一半的量即可。

整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向表示为：

由公式(1)～(3)，可求得环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量的取值范围

3)根据环形零部件筋板焊接错位量基本符合随机分布函数的规律，按照均匀分布方式进行处理，在获得环形零部件筋板焊接错位量引起转子最大不平衡量的基础上，最大不平衡量的一半即接近真实值，的得到修正后环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量取值范围为

实施例1

下面通过一个偶数筋板环形转子支架的实施例，对本发明偶数筋板情况下不平衡分析进行详细说明。

步骤1：如图2、3所示，筋板焊接在支撑环两侧，每侧10块筋板并均匀分布，相邻筋两板的夹角α为36°。筋板厚度为20mm，最大长度为400mm，最大宽度为350mm，通过所构建的物理模型，筋板的质心位置为204×150mm处，筋板质量为17kg；由于筋板厚度相对于其他尺寸，可将筋板厚度忽略，视整个筋板为一个面。一侧筋板焊接位置视为标准位置，将另一侧筋板向基面右侧水平移动最大许用错位量2mm，则其质心偏心量e＝2mm，单个筋板因焊接错位量所产生的最大不平衡量：

步骤2：如图4所示，由于筋板为偶数，将一侧筋板分为5组，分别为：筋板1和筋板6，筋板2和筋板7，筋板3和筋板8，筋板4和筋板9及筋板5和筋板10，由于每组上下两块筋板尺寸、材料、质量一致，且将内环视作标准面，故只需计算一半筋板数，且每组筋板的不平衡受力点在回转中心，即l＝0，则筋板1因焊接错位量所产生的最大不平衡量不平衡方向为垂直1号筋板的法向方向(即水平向右)；同理，筋板2的不平衡量为：

不平衡方向为垂直筋板2的法向方向(即同1号筋板不平衡方向之间的夹角为36°)，筋板3、4、5的不平衡量皆为34kg·mm，不平衡方向为筋板水平偏移方向，即与筋板1的不平衡方向之间的夹角分别为72°、108°、144°；总的最大不平衡量为：通过各个不平衡矢量和的迭代，最终不平衡方向为

步骤3：根据环形零部件筋板焊接错位量基本符合随机分布函数的规律以及统计拟合函数，发现环形零部件筋板焊接错位量同均匀分布相近，在获得环形零部件筋板焊接错位量引起转子最大不平衡量的基础上，则焊接错位量真实值为163.34kg·mm，得到修正后环形零部件筋板焊接错位量为2mm时引起转子结构总不平衡量取值范围为[0，163.34]，总方向为-72°。

实施例2

下面通过一个奇数筋板的实施例，对本发明奇数筋板情况下不平衡分析进行详细说明。

步骤1：本实施例采用的筋板材料、尺寸同上述偶数实施例一致，不同之处在于将10块筋板减少至5块，相邻两块筋板之间的夹角为72°；通过建立三维物理模型得到质心距离回转中心距离为500mm。将筋板偏移最大错位量2mm，则单个筋板因焊接错位量所产生的最大不平衡量为：

步骤2：如图5所示，每组筋板水平偏移产生的不平衡量大小一致，筋板1、筋板2、筋板3方向为正，筋板4、筋板5方向为负，即筋板1、筋板2、筋板3向基面右侧水平偏移最大错位量2mm，筋板4、筋板5向基面左侧水平偏移最大错位量-2mm，故总不平衡量为筋板1、筋板2、筋板3相加减去筋板4、筋板5，则总体不平衡量为：

故，当筋板数为奇数时，总体不平衡量取值范围为[0,17000]，方向为-144°。

步骤3：根据环形零部件筋板焊接错位量基本符合随机分布函数的规律以及统计拟合函数，发现环形零部件筋板焊接错位量同均匀分布相近，在获得环形零部件筋板焊接错位量引起转子最大不平衡量的基础上，则焊接错位量真实值为:8500kg·mm，得到修正后环形零部件筋板焊接错位量为2mm时引起转子结构总不平衡量取值范围为[0，8500]，总方向为-144°。

Claims (3)

1.一种环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法，包括如下步骤：

1)计算单个筋板由于因焊接错位量所产生的最大不平衡量

2)基于两矢量平行四边形叠加的原理，计算整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量及整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向

3)根据环形零部件筋板焊接错位量符合随机分布函数的规律，按照均匀分布方式进行处理，在获得环形零部件筋板焊接错位量引起转子最大不平衡量的基础上，最大不平衡量的一半即接近真实值，得到修正后环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量取值范围为

2.根据权利要求1所述的环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法，步骤1)的具体操作如下:

计算出单个筋板质量m；根据焊接错位量加工工艺精度要求，将筋板水平移动最大许用错位量d，求取单个筋板质心偏心量e，从而得到单个筋板因焊接错位量所产生的最大不平衡量

其中l为质心到回转中心距离；方向为质心偏移方向。

3.根据权利要求2所述的环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量分析法，步骤2)的具体操作如下:

基于两矢量平行四边形叠加的原理，将半个环形零部件上均匀分布的n个筋板所产生的不平衡量逐一进行矢量相加，得到整个环形零部件筋板焊接错位量产生的最大不平衡量

式中：α为相邻的两筋板之间的夹角；

整个环形零部件筋板焊接错位量产生最大不平衡量的方向φ表示为：

由式(1)～(3)，求得环形零部件筋板焊接错位量引起转子结构不平衡量的取值范围