CN110608665A - 一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法。基于圆光栅确定转台的角度定位；基于调心调倾装置确保被测转子同心度、平行度与质心坐标的测量与装配在同一基准下进行；基于四测头测量装置，分别提取各级转子径向装配面的同心度误差和轴向装配面的平行度误差；基于四点称重测量装置，分别提取各级转子质心径向坐标；基于转子装配位姿传递模型，以转子装配体的同轴度和质心偏移量为双优化目标，通过遗传寻优，得到各级转子的最优装配角度。本发明可有效解决航空发动机转子装配后同轴度和不平衡量超标的问题，具有转子几何和质量特性一体化测量、一次性装配合格率高、减小发动机振动的特点。
Description
技术领域
本发明涉及机械转配技术领域，是一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法。
背景技术
航空发动机是当代工业最精密、最复杂的旋转机械，装配技术是发动机制造过程中的最终工艺阶段，特别是以高压压气机转子为典型代表的核心部件，其装配质量直接影响发动机的高速运行稳定性。
转子不对中和转子不平衡是造成航空发动机故障的两大原因，如何在装配阶段实现对转子不对中量和不平衡量的同步优化是长期困扰国内外航空发动机制造行业的关键共性技术问题。
目前，国内外研究团队主要通过改变各级转子的装配角度来改善多级转子装配后的同轴度，进而减小转子不对中量，哈尔滨工业大学提出一种基于多部件同心度优化的航空发动机转子装配方法与装置基于多部件同心度优化的航空发动机转子装配方法与装置。公开号：CN103790648A。该方法首先分别测量各单级转子装配面的径向误差和倾斜误差，然后计算各转子对装配后转子整体同轴度的影响权值，最后对各转子的权值进行矢量优化，得到各转子的最优装配角度。该方法存在的问题在于：没有考虑转子的质量特性对装配质量的影响，在转子不对中量达标的同时，无法兼顾对转子不平衡量的优化。
中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司提出一种针对航空发动机低压涡轮转子的装配工艺方法一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法。公开号：CN109356662A。该方法通过控制封严环的不平衡量、封严环与低压一级涡轮盘的配合量以及低压一、二级涡轮盘形位公差测量并研磨维修、装配位置拟合，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴，并逐层检查装配后的形位公差是否合格，如果合格，则装配低压一级涡轮盘以及封严环，借助转接器和定位工装，通过连接螺栓拧紧，并检查装配后的低压一级涡轮盘形位公差合格。该方法存在的问题在于：不能直接给出各级转子最优装配相位，只能根据转子形位公差逐层拟合装配位置，检查装配后的转子形位公差合格后才能进行下一级转子的装配位置拟合，装配效率较低。
目前，国内发动机转子装配技术在很大程度上仍然依靠操作员的技艺水平和经验，缺少一种高速有效的指导航空发动机转子装配的优化方法，以同时满足转子不对中量和不平衡量指标，大幅度提升航空发动机转子装配效率和一次性装配合格率。
发明内容
本发明为解决转子不对中和不平衡的问题，本发明提供了一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法，本发明提供了以下技术方案：
一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，所述装置包括：基座1、气浮轴系2、称重传感器3、调心调倾工作台4、液压卡盘5、左侧立柱横向导轨6a、右侧立柱横向导轨6b、左侧立柱垂向导轨7a、右侧立柱垂向导轨7b、左下横向测杆8a、左上横向测杆8b、右下横向测杆8c、右上横向测杆8d、左下伸缩式电感传感器9a、左上伸缩式电感传感器9b、右下杠杆式电感传感器9c、右上杠杆式电感传感器9d和被测转子10，所述气浮轴系2安装在基座1的中心点上；
所述气浮轴系2包括气浮上板2a、气浮主轴2b、气浮下板2c、圆光栅尺2d、圆光栅读数头2e、电机定子2f和电子转子2g；所述气浮上板2a安装在气浮主轴2b上端，所述气浮下板2c安装在气浮主轴2b下端，所述圆光栅尺2d安装在气浮下板2a侧面外壁上，所述圆光栅读数头2e安装在基座1内壁上，所述圆光栅读数头2e与圆光栅尺2d横向对齐；
所述称重传感器3包括称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d，所述称重传感器3a、称重传感器3b和称重传感器3c和称重传感器3d以矩形分布；
所述称重传感器3安装在气浮上板2a上，调心调倾工作台4安装在称重传感器3上，且所述调心调倾工作台4位于气浮轴系2的中心位置上，液压卡盘5安装在调心调倾工作台4的中心位置上；所述左侧立柱横向导轨6a和右侧立柱横向导轨6b对称分布在气浮轴系2的两侧且固定安装在基座1上；左侧立柱垂向导轨7a安装于左侧立柱横向导轨6a上，右侧立柱垂向导轨7b安装于右侧立柱横向导轨6b上，左下横向测杆8a和左上横向测杆8b水平嵌套在左侧立柱垂向导轨7a上，右下横向测杆8c和右上横向测杆8d水平嵌套在右侧立柱垂向导轨7b上，左下伸缩式电感传感器9a安装于左下横向测杆8a端部，左上伸缩式电感传感器9b安装于左上横向测杆8b端部，右上杠杆式电感传感器9c安装于右上横向测杆8c端部，右下杠杆式电感传感器9d安装于右下横向测杆8d端部，被测转子10安装在液压卡盘5上。
优选地，称重传感器选择梅特勒—托利多的SBS剪切梁式称重传感器。
一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，所述方法基于一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，包括以下步骤：
步骤1：对调心调倾工作台4调心调倾，保证装配基准面的形心与调心调倾工作台4轴系的回转轴线同心，保证装配基准面与调心调倾工作台4平面平行，使装配基准为底层转子的底面，以气浮轴系2的回转轴线为Z轴，以回转轴线与气浮上板2a上表面的交点为坐标原点，以过坐标原点且与基座1横向平行的直线为X轴，以过坐标原点且与X轴垂直的直线作为Y轴；
步骤2：对各单级转子同心度与平行度进行测量，得到被测转子10的同心度和平行度；
步骤3：对各单级转子质心坐标进行测量，得到被测转子10的质心坐标；
步骤4：对多级转子同轴度和质心偏移量进行双目标优化，得到被测转子10最优装配角度；
步骤5：按各级转子最优装配角度将各单级转子装配在一起；
步骤6：检测装配总成的同轴度和质心偏移量，确保满足装配要求指标。
优选地，所述步骤1对调心调倾工作台4调心调倾具体为:
步骤1.1：将被测转子10放置于调心调倾工作台4上通过液压卡盘5固定，将右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d与被测转子10的径向装配基准面接触，用于调心；将左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b与被测转子10的轴向装配基准面接触，用于调倾；
步骤1.2：气浮轴系2经调心调倾工作台4带动被测转子10以6r/min到10r/min的速度匀速旋转，右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d在被测转子10的径向装配基准面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b在被测转子10的轴向装配基准面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000到2000个点；将被测转子10径向装配基准面上的采样数据进行最小二乘圆拟合，得到偏心量，将被测转子10轴向装配基准面上的采样数据进行最小二乘平面拟合，得到倾斜量；
步骤1.3：根据偏心量的大小和角度，调节调心调倾工作台4的调心旋钮，根据倾斜量的大小和角度，调节调心调倾工作台4的调倾旋钮，直至调心调倾工作台4满足径向基准面偏心量的大小在0到3μm范围内，轴向基准面倾斜量的大小在0到2″范围内。
优选地，所述步骤2具体为：
步骤2.1：将右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d与被测转子10的径向装配测量面接触，将左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b与被测转子10的轴向装配测量面接触，气浮轴系2以6r/min到10r/min的速度匀速旋转；
步骤2.2：采用右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d在被测转子10的径向装配测量面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b在被测转子10的轴向装配测量面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000到2000个点；
步骤2.3：将被测转子10径向装配测量面上的采样数据进行最小二乘圆拟合得到同心度，将被测转子10轴向装配测量面上的采样数据进行最小二乘平面拟合得到平行度，同时采用圆光栅读数头2e记录各点对应相位角。
优选地，所述步骤3具体为：
步骤3.1：以气浮轴系2的回转轴线为总基准，将称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d以矩形分布，安装于气浮上板2a台面上；
步骤3.2：将称重传感器3a和称重传感器3d对称布置与X轴两侧，称重传感器3a和称重传感器3d承重点连线距离为H，且与Y轴平行；称重传感器3b和称重传感器3c对称布置于X轴两侧，称重传感器3b和称重传感器3c的承重点连线与Y轴平行，称重传感器3a和称重传感器3b的承重点连线距离为L，且与X轴平行，称重传感器3a和称重传感器3b相对于Y轴对称；
步骤3.3：测量得到被测转子10的质心坐标；通过下式表示被测转子10的质心坐标：
其中，M为被测转子10重量，F1、F2、F3和F4分别为称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d的空载和加载的差值，Gx为被测转子10质心的横坐标；Gy为被测转子10质心的纵坐标。
优选地，所述步骤4具体为：
步骤4.1：建立预测多级转子转配后转子同心度和质心坐标的计算模型，通过下式表示所述计算模型：
其中，XQi和XHi分别为第i级转子装配前和装配后的装配面形心坐标向量，ZQi和ZHi分别为第i级转子装配前和装配后的质心坐标向量；Rzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴的旋转矩阵；Ryi为第i级转子绕总基准Y轴的旋转矩阵；hi为第i级转子测得的平行度；ci为第i级转子测得的同心度；Hi为第i级转子高度；θzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴旋转的角度；
确定多级转子转配后第i级转子的同心度，通过下式表示多级转子转配后第i级转子的同心度：
其中，CHi为多级转子转配后第i级转子的同心度，XHi(x)为第i级转子装配后装配面形心的横坐标；XHi(y)为第i级转子装配后装配面形心的纵坐标；
确定多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，通过下式表示多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量：
其中，ZH为多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，ZHi为第i级转子装配后的质心坐标向量；Mi为第i级转子重量；
步骤4.2：建立优化目标，所述优化目标为双目标，分别为多级转子装配后整体的同轴度和质心偏移量，所述同轴度为转子装配后，各单级转子同心度的最大值，通过下式表示同轴度：
c＝max{CHi,i＝1,2,...,n}(7)
其中，c为同轴度，n为转子级数；
质心偏移量为质心到纵轴的垂直距离，通过下式表示质心偏移量：
其中，e为质心偏移量，ZHx为整个装配体质心的横坐标，ZHy为整个装配体质心的纵坐标；
步骤4.3：建立双目标最小化函数，通过下式表示双目标最小化函数：
其中，为目标函数，为由各单级转子装配角度组成的向量；θzn为第n级转子绕第n-1级转子顶面法向轴旋转的角度，为基于同轴度的单目标优化函数；为基于质心偏移量的单目标优化函数；
步骤4.4：对双目标最小化函数转化为遗传算法的适应度函数，通过下式表示遗传算法的适应度函数：
其中，e△为基于质心偏移量的单目标优化函数的最小值，c△为基于同轴度的单目标优化函数的最小值；
步骤4.5：通过遗传算法得到各级转子的最优转配角度θzi，以使同轴度和质心偏移量接近各单目标寻优的最小值。
本发明具有以下有益效果：
本发明的装配优化方法综合考虑了多级转子的几何和质量特性，可实现对多级转子装配后的整体同轴度和质心偏移量的双目标同步优化，不仅可以控制装配轴线不产生过渡弯曲，还可以控制转子不平衡量在允许范围之内。
现有的航空发动机转子装配测量装置只能实现提取被测转子的几何量信息形心坐标、同心度、平行度、高度等，不能兼顾提取被测转子的质量信息总质量，质心坐标。本发明的测量装置可实现对被测转子几何量和质量信息的一体化测量。
附图说明
图1是基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法流程图；
图2是基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置示意图；
图3是测量气浮轴系与圆光栅设置方式示意图；
图4是称重传感器分布示意图；
图5是优化前装配效果与优化后装配效果比较示意图。图5-a为优化前装配效果，图5-b为优化后装配效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
按照图2和图3所示，本发明提供一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，所述装置包括：基座1、气浮轴系2、称重传感器3、调心调倾工作台4、液压卡盘5、左侧立柱横向导轨6a、右侧立柱横向导轨6b、左侧立柱垂向导轨7a、右侧立柱垂向导轨7b、左下横向测杆8a、左上横向测杆8b、右下横向测杆8c、右上横向测杆8d、左下伸缩式电感传感器9a、左上伸缩式电感传感器9b、右下杠杆式电感传感器9c、右上杠杆式电感传感器9d和被测转子10，所述气浮轴系2安装在基座1的中心点上；
所述气浮轴系2包括气浮上板2a、气浮主轴2b、气浮下板2c、圆光栅尺2d、圆光栅读数头2e、电机定子2f和电子转子2g；所述气浮上板2a安装在气浮主轴2b上端，所述气浮下板2c安装在气浮主轴2b下端，所述圆光栅尺2d安装在气浮下板2a侧面外壁上，所述圆光栅读数头2e安装在基座1内壁上，所述圆光栅读数头2e与圆光栅尺2d横向对齐；
所述称重传感器3安装在气浮上板2a上，调心调倾工作台4安装在称重传感器3上，且所述调心调倾工作台4位于气浮轴系2的中心位置上，液压卡盘5安装在调心调倾工作台4的中心位置上；所述左侧立柱横向导轨6a和右侧立柱横向导轨6b对称分布在气浮轴系2的两侧且固定安装在基座1上；左侧立柱垂向导轨7a安装于左侧立柱横向导轨6a上，右侧立柱垂向导轨7b安装于右侧立柱横向导轨6b上，左下横向测杆8a和左上横向测杆8b水平嵌套在左侧立柱垂向导轨7a上，右下横向测杆8c和右上横向测杆8d水平安装在右侧立柱垂向导轨7b上，左下伸缩式电感传感器9a安装于左下横向测杆8a端部，左上伸缩式电感传感器9b安装于左上横向测杆8b端部，右上杠杆式电感传感器9c安装于右上横向测杆8c端部，右下杠杆式电感传感器9d安装于右下横向测杆8d端部，被测转子10安装在液压卡盘5上。
根据图4所示，所述称重传感器3包括称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d，所述称重传感器3a、称重传感器3b和称重传感器3c和称重传感器3d以矩形分布，称重传感器选择梅特勒—托利多的SBS剪切梁式称重传感器。
光栅读数头2e安装于气浮下板2c侧面，圆光栅尺2d安装于基座1内壁，当电机转子2g与电机定子2f相配合驱动转台转动时，光栅读数头2e与圆光栅尺2d相配合，记录转台旋转角度信息，根据圆光栅角度进行采样。
双测杆对称布置于气浮转台两侧，携载四路差动式传感器与测量系统，通过四组线激光保证双测杆对侧传感器相位180度，并对准气浮轴系回转轴线。
具体实施例二：
根据图1所示，本发明提供一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，包括以下步骤：
步骤1：对调心调倾工作台4调心调倾，保证装配基准面的形心与调心调倾工作台4轴系的回转轴线同心，保证装配基准面与调心调倾工作台4平面平行，使装配基准为底层转子的底面，以气浮轴系2的回转轴线为Z轴，以回转轴线与气浮上板2a上表面的交点为坐标原点，以过坐标原点且与基座1横向平行的直线为X轴，以过坐标原点且与X轴垂直的直线作为Y轴；
所述步骤1对调心调倾工作台4调心调倾具体为:
步骤1.1：将被测转子10放置于调心调倾工作台4上通过液压卡盘5固定，将右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d与被测转子10的径向装配基准面接触，用于调心；将左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b与被测转子10的轴向装配基准面接触，用于调倾；
步骤1.2：气浮轴系2经调心调倾工作台4带动被测转子10以6～10r/min的速度匀速旋转，右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d在被测转子10的径向装配基准面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b在被测转子10的轴向装配基准面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000～2000个点；将被测转子10径向装配基准面上的采样数据进行最小二乘圆拟合，得到偏心量，将被测转子10轴向装配基准面上的采样数据进行最小二乘平面拟合，得到倾斜量；
步骤1.3：根据偏心量的大小和角度，调节调心调倾工作台4的调心旋钮，根据倾斜量的大小和角度，调节调心调倾工作台4的调倾旋钮，直至调心调倾工作台4满足径向基准面偏心量的大小在0～3μm范围内，轴向基准面倾斜量的大小在0～2″范围内。
步骤2：对各单级转子同心度与平行度进行测量，得到被测转子10的同心度和平行度；
步骤2.1：将右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d与被测转子10的径向装配测量面接触，将左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b与被测转子10的轴向装配测量面接触，气浮轴系2以6～10r/min的速度匀速旋转；
步骤2.2：采用右下杠杆式电感传感器9c和右上杠杆式电感传感器9d在被测转子10的径向装配测量面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器9a和左上伸缩式电感传感器9b在被测转子10的轴向装配测量面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000～2000个点；
步骤2.3：将被测转子10径向装配测量面上的采样数据进行最小二乘圆拟合得到同心度，将被测转子10轴向装配测量面上的采样数据进行最小二乘平面拟合得到平行度，同时采用圆光栅读数头2e记录各点对应相位角。
步骤3：对各单级转子质心坐标进行测量，得到被测转子10的质心坐标；
步骤3.1：以气浮轴系2的回转轴线为总基准，将称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d以矩形分布，安装于气浮上板2a台面上；
步骤3.2：将称重传感器3a和称重传感器3d对称布置与X轴两侧，称重传感器3a和称重传感器3d承重点连线距离为H，且与Y轴平行；称重传感器3b和称重传感器3c对称布置于X轴两侧，称重传感器3b和称重传感器3c的承重点连线与Y轴平行，称重传感器3a和称重传感器3b的承重点连线距离为L，且与X轴平行，称重传感器3a和称重传感器3b相对于Y轴对称；
步骤3.3：测量得到被测转子10的质心坐标；通过下式表示被测转子10的质心坐标：
其中，M为被测转子10重量，F1、F2、F3和F4分别为称重传感器3a、称重传感器3b、称重传感器3c和称重传感器3d的空载和加载的差值，Gx为被测转子10质心的横坐标；Gy为被测转子10质心的纵坐标。
步骤4：对多级转子同轴度和质心偏移量进行双目标优化，得到被测转子10最优装配角度；
步骤4.1：建立预测多级转子转配后转子同心度和质心坐标的计算模型，通过下式表示所述计算模型：
其中，XQi和XHi分别为第i级转子装配前和装配后的装配面形心坐标向量，ZQi和ZHi分别为第i级转子装配前和装配后的质心坐标向量；Rzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴的旋转矩阵；Ryi为第i级转子绕总基准Y轴的旋转矩阵；hi为第i级转子测得的平行度；ci为第i级转子测得的同心度；Hi为第i级转子高度；θzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴旋转的角度；
确定多级转子转配后第i级转子的同心度，通过下式表示多级转子转配后第i级转子的同心度：
其中，CHi为多级转子转配后第i级转子的同心度，XHi(x)为第i级转子装配后装配面形心的横坐标；XHi(y)为第i级转子装配后装配面形心的纵坐标；
确定多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，通过下式表示多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量：
其中，ZH为多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，ZHi为第i级转子装配后的质心坐标向量；Mi为第i级转子重量；
步骤4.2：建立优化目标，所述优化目标为双目标，分别为多级转子装配后整体的同轴度和质心偏移量，所述同轴度为转子装配后，各单级转子同心度的最大值，通过下式表示同轴度：
c＝max{CHi,i＝1,2,...,n}(7)
其中，c为同轴度，n为转子级数；
质心偏移量为质心到纵轴的垂直距离，通过下式表示质心偏移量：
其中，e为质心偏移量，ZHx为整个装配体质心的横坐标，ZHy为整个装配体质心的纵坐标；
步骤4.3：建立双目标最小化函数，通过下式表示双目标最小化函数：
其中，为目标函数，为由各单级转子装配角度组成的向量；θzn为第n级转子绕第n-1级转子顶面法向轴旋转的角度，为基于同轴度的单目标优化函数；为基于质心偏移量的单目标优化函数；
步骤4.4：对双目标最小化函数转化为遗传算法的适应度函数，通过下式表示遗传算法的适应度函数：
其中，e△为基于质心偏移量的单目标优化函数的最小值，c△为基于同轴度的单目标优化函数的最小值；
步骤4.5：通过遗传算法得到各级转子的最优转配角度θzi，以使同轴度和质心偏移量接近各单目标寻优的最小值。
步骤5：按各级转子最优装配角度将各单级转子装配在一起；
步骤6：检测装配总成的同轴度和质心偏移量，确保满足装配要求指标。
根据图5所示，优化前装配效果与优化后装配效果比较示意图，经过本发明优化方法后的效果更好。
以上所述仅是一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法的优选实施方式，一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置及双目标优化方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，其特征是：所述装置包括：基座(1)、气浮轴系(2)、称重传感器(3)、调心调倾工作台(4)、液压卡盘(5)、左侧立柱横向导轨(6a)、右侧立柱横向导轨(6b)、左侧立柱垂向导轨(7a)、右侧立柱垂向导轨(7b)、左下横向测杆(8a)、左上横向测杆(8b)、右下横向测杆(8c)、右上横向测杆(8d)、左下伸缩式电感传感器(9a)、左上伸缩式电感传感器(9b)、右下杠杆式电感传感器(9c)、右上杠杆式电感传感器(9d)和被测转子(10)，所述气浮轴系(2)安装在基座(1)的中心点上；
所述气浮轴系(2)包括气浮上板(2a)、气浮主轴(2b)、气浮下板(2c)、圆光栅尺(2d)、圆光栅读数头(2e)、电机定子(2f)和电子转子(2g)；所述气浮上板(2a)安装在气浮主轴(2b)上端，所述气浮下板(2c)安装在气浮主轴(2b)下端，所述圆光栅尺(2d)安装在气浮下板(2a)侧面外壁上，所述圆光栅读数头(2e)安装在基座(1)内壁上，所述圆光栅读数头(2e)与圆光栅尺(2d)横向对齐；
所述称重传感器(3)包括称重传感器(3a)、称重传感器(3b)、称重传感器(3c)和称重传感器(3d)，所述称重传感器(3a)、称重传感器(3b)、称重传感器(3c)和称重传感器(3d)以矩形分布；
所述称重传感器(3)安装在气浮上板(2a)上，调心调倾工作台(4)安装在称重传感器(3)上，且所述调心调倾工作台(4)位于气浮轴系(2)的中心位置上，液压卡盘(5)安装在调心调倾工作台(4)的中心位置上；所述左侧立柱横向导轨(6a)和右侧立柱横向导轨(6b)对称分布在气浮轴系(2)的两侧且固定安装在基座(1)上；左侧立柱垂向导轨(7a)安装于左侧立柱横向导轨(6a)上，右侧立柱垂向导轨(7b)安装于右侧立柱横向导轨(6b)上，左下横向测杆(8a)和左上横向测杆(8b)水平嵌套在左侧立柱垂向导轨(7a)上，右下横向测杆(8c)和右上横向测杆(8d)水平嵌套在右侧立柱垂向导轨(7b)上，左下伸缩式电感传感器(9a)安装于左下横向测杆(8a)端部，左上伸缩式电感传感器(9b)安装于左上横向测杆(8b)端部，右上杠杆式电感传感器(9c)安装于右上横向测杆(8c)端部，右下杠杆式电感传感器(9d)安装于右下横向测杆(8d)端部，被测转子(10)安装在液压卡盘(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，其特征是：称重传感器选择梅特勒—托利多的SBS剪切梁式称重传感器。
3.一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，所述方法基于如权利要求1所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配测量装置，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：对调心调倾工作台(4)调心调倾，保证装配基准面的形心与调心调倾工作台(4)轴系的回转轴线同心，保证装配基准面与调心调倾工作台(4)平面平行，使装配基准为底层转子的底面，以气浮轴系(2)的回转轴线为Z轴，以回转轴线与气浮上板(2a)上表面的交点为坐标原点，以过坐标原点且与基座(1)横向平行的直线为X轴，以过坐标原点且与X轴垂直的直线作为Y轴；
步骤2：对各单级转子同心度与平行度进行测量，得到被测转子(10)的同心度和平行度；
步骤3：对各单级转子质心坐标进行测量，得到被测转子(10)的质心坐标；
步骤4：对多级转子同轴度和质心偏移量进行双目标优化，得到被测转子(10)最优装配角度；
步骤5：按各级转子最优装配角度将各单级转子装配在一起；
步骤6：检测装配总成的同轴度和质心偏移量，确保满足装配要求指标。
4.根据权利要求3所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，其特征是：所述步骤1对调心调倾工作台(4)调心调倾具体为:
步骤1.1：将被测转子(10)放置于调心调倾工作台(4)上通过液压卡盘(5)固定，将右下杠杆式电感传感器(9c)和右上杠杆式电感传感器(9d)与被测转子(10)的径向装配基准面接触，用于调心；将左下伸缩式电感传感器(9a)和左上伸缩式电感传感器(9b)与被测转子(10)的轴向装配基准面接触，用于调倾；
步骤1.2：气浮轴系(2)经调心调倾工作台(4)带动被测转子(10)以6r/min到10r/min的速度匀速旋转，右下杠杆式电感传感器(9c)和右上杠杆式电感传感器(9d)在被测转子(10)的径向装配基准面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器(9a)和左上伸缩式电感传感器(9b)在被测转子(10)的轴向装配基准面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000到2000个点；将被测转子(10)径向装配基准面上的采样数据进行最小二乘圆拟合，得到偏心量，将被测转子(10)轴向装配基准面上的采样数据进行最小二乘平面拟合，得到倾斜量；
步骤1.3：根据偏心量的大小和角度，调节调心调倾工作台(4)的调心旋钮，根据倾斜量的大小和角度，调节调心调倾工作台(4)的调倾旋钮，直至调心调倾工作台(4)满足径向基准面偏心量的大小在0到3μm范围内，轴向基准面倾斜量的大小在0到2″范围内。
5.根据权利要求3所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，其特征是：所述步骤2具体为：
步骤2.1：将右下杠杆式电感传感器(9c)和右上杠杆式电感传感器(9d)与被测转子(10)的径向装配测量面接触，将左下伸缩式电感传感器(9a)和左上伸缩式电感传感器(9b)与被测转子(10)的轴向装配测量面接触，气浮轴系(2)以6r/min到10r/min的速度匀速旋转；
步骤2.2：采用右下杠杆式电感传感器(9c)和右上杠杆式电感传感器(9d)在被测转子(10)的径向装配测量面上进行等间隔采样，左下伸缩式电感传感器(9a)和左上伸缩式电感传感器(9b)在被测转子(10)的轴向装配测量面上进行等间隔采样，采样点数满足每圈1000到2000个点；
步骤2.3：将被测转子(10)径向装配测量面上的采样数据进行最小二乘圆拟合得到同心度，将被测转子(10)轴向装配测量面上的采样数据进行最小二乘平面拟合得到平行度，同时采用圆光栅读数头(2e)记录各点对应相位角。
6.根据权利要求3所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，其特征是：所述步骤3具体为：
步骤3.1：以气浮轴系(2)的回转轴线为总基准，将称重传感器(3a)、称重传感器(3b)、称重传感器(3c)和称重传感器(3d)以矩形分布，安装于气浮上板(2a)台面上；
步骤3.2：将称重传感器(3a)和称重传感器(3d)对称布置与X轴两侧，称重传感器(3a)和称重传感器(3d)承重点连线距离为H，且与Y轴平行；称重传感器(3b)和称重传感器(3c)对称布置于X轴两侧，称重传感器(3b)和称重传感器(3c)的承重点连线与Y轴平行，称重传感器(3a)和称重传感器(3b)的承重点连线距离为L，且与X轴平行，称重传感器(3a)和称重传感器(3b)相对于Y轴对称；
步骤3.3：测量得到被测转子(10)的质心坐标；通过下式表示被测转子(10)的质心坐标：
其中，M为被测转子(10)重量，F1、F2、F3和F4分别为称重传感器(3a)、称重传感器(3b)、称重传感器(3c)和称重传感器(3d)的空载和加载的差值，Gx为被测转子(10)质心的横坐标；Gy为被测转子(10)质心的纵坐标。
7.根据权利要求3所述的一种基于四点称重的航空发动机转子装配双目标优化方法，其特征是：所述步骤4具体为：
步骤4.1：建立预测多级转子转配后转子同心度和质心坐标的计算模型，通过下式表示所述计算模型：
其中，XQi和XHi分别为第i级转子装配前和装配后的装配面形心坐标向量，ZQi和ZHi分别为第i级转子装配前和装配后的质心坐标向量；Rzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴的旋转矩阵；Ryi为第i级转子绕总基准Y轴的旋转矩阵；hi为第i级转子测得的平行度；ci为第i级转子测得的同心度；Hi为第i级转子高度；θzi为第i级转子绕第i-1级转子顶面Z轴旋转的角度；
确定多级转子转配后第i级转子的同心度，通过下式表示多级转子转配后第i级转子的同心度：
其中，CHi为多级转子转配后第i级转子的同心度，XHi(x)为第i级转子装配后装配面形心的横坐标；XHi(y)为第i级转子装配后装配面形心的纵坐标；
确定多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，通过下式表示多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量：
其中，ZH为多级转子装配后整个装配体的质心坐标向量，ZHi为第i级转子装配后的质心坐标向量；Mi为第i级转子重量；
步骤4.2：建立优化目标，所述优化目标为双目标，分别为多级转子装配后整体的同轴度和质心偏移量，所述同轴度为转子装配后，各单级转子同心度的最大值，通过下式表示同轴度：
c＝max{CHi,i＝1,2,...,n} (7)
其中，c为同轴度，n为转子级数；
质心偏移量为质心到纵轴的垂直距离，通过下式表示质心偏移量：
其中，e为质心偏移量，ZHx为整个装配体质心的横坐标，ZHy为整个装配体质心的纵坐标；
步骤4.3：建立双目标最小化函数，通过下式表示双目标最小化函数：
其中，为目标函数，为由各单级转子装配角度组成的向量；θzn为第n级转子绕第n-1级转子顶面法向轴旋转的角度，为基于同轴度的单目标优化函数；为基于质心偏移量的单目标优化函数；
步骤4.4：对双目标最小化函数转化为遗传算法的适应度函数，通过下式表示遗传算法的适应度函数：
其中，e△为基于质心偏移量的单目标优化函数的最小值，c△为基于同轴度的单目标优化函数的最小值；
步骤4.5：通过遗传算法得到各级转子的最优转配角度θzi，以使同轴度和质心偏移量接近各单目标寻优的最小值。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115077920A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 大连理工大学 | 多级涡轮部件装配变形试验设备 |
| CN117206891A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 常州市皋翔汽车零部件有限公司 | 一种用于低压涡轮轴的定位装配机构 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103256967A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 哈尔滨建成集团有限公司 | 用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统 |
| CN103790651A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于气/磁混合导向的航空发动机转子装配方法与装置 |
| CN103790647A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于电感传感的液压抓卡式航空发动机转子装配方法与装置 |
| CN103791815A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于电感测量的航空发动机转子气浮装配方法与装置 |
| KR20160074229A (ko) * | 2014-12-18 | 2016-06-28 | 주식회사 생명과기술 | 디스플레이 계측 방법 및 장치 |
| CN107340098A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-10 | 重庆大学 | 一种四点法测量质量、质心和质偏的方法 |
| CN109960867A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-07-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于惯性回转中心调控最优化及智能学习的大型高速回转装备多级零部件选配方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103256967A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 哈尔滨建成集团有限公司 | 用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统 |
| CN103790651A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于气/磁混合导向的航空发动机转子装配方法与装置 |
| CN103790647A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于电感传感的液压抓卡式航空发动机转子装配方法与装置 |
| CN103791815A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于电感测量的航空发动机转子气浮装配方法与装置 |
| KR20160074229A (ko) * | 2014-12-18 | 2016-06-28 | 주식회사 생명과기술 | 디스플레이 계측 방법 및 장치 |
| CN107340098A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-10 | 重庆大学 | 一种四点法测量质量、质心和质偏的方法 |
| CN109960867A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-07-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于惯性回转中心调控最优化及智能学习的大型高速回转装备多级零部件选配方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 崔继文等: "超精密级二维工作台的自标定", 《光学精密工程》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115077920A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 大连理工大学 | 多级涡轮部件装配变形试验设备 |
| CN117206891A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 常州市皋翔汽车零部件有限公司 | 一种用于低压涡轮轴的定位装配机构 |
| CN117206891B (zh) * | 2023-11-09 | 2024-01-30 | 常州市皋翔汽车零部件有限公司 | 一种用于低压涡轮轴的定位装配机构 |
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Granted publication date: 20200807 Termination date: 20210925 |
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