CN110940460A - 微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，主要由装备底座、转子支承机构、振动传递机构、不平衡检测机构、参考相位检测机构、空气供给机构、激光自动去重机构和粉末回收机构组成，转子支承机构固定在振动传递机构之上，两者整体安装在固定于装备底座的滑轨上，激光自动去重机构包含机械臂、激光去重光源、激光定位光源、激光定位接收端，高压空气驱动机构包含空压机、储气罐、气体喷嘴、电磁阀、调压阀，粉末回收机构包含吸尘头、抽气泵、连接管道、粉末收集桶，其中吸尘头、抽气泵、连接管道。本发明所提出的超精密平衡机适用于微型涡喷发动机转子的高精密动平衡，采用高压空气驱动，模拟转子整机运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动动平衡装备，具体涉及一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机。
背景技术
微型涡喷发动机具有高能量储存密度、高功率重量比等特点，符合未来微型飞行器的发展要求。微型涡喷发动机的转子是其核心组件，其在发动机运行时的状态好坏与否，将会直接影响到整个飞行设备的运行状态。
在转子实际生产、装配以及运行过程中，由于材料的不均匀、加工或者装配时的误差、设计原因、以及运行过程中的磨损等因素，会在转子上产生一定的不平衡量，这会使其产生周期性变化的离心惯性力，由于微型涡喷发动机工作转速极高，所以即使是极小的不平衡量，在如此高的转速下产生的离心惯性力也不容小觑。综上，转子在运行过程中必然会处于不平衡状态从而引起振动、产生噪音、加剧磨损，影响发动机的寿命，甚至会造成灾难性事故。
由于微型涡喷发动机转速极高，处于一阶转速与二阶转速之间，是典型的柔性转子。由于柔性转子的特殊性与复杂性，目前尚无通用的商业平衡机解决其动平衡问题，同时由于其尺寸微小，常规去重方法可能会损坏其结构，而且难以在校正面实现微小的材料去除。因此针对这种微型涡喷发动机转子，设计一种适用的超精密自动去重平衡设备是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可以克服现有平衡设备平衡效率低下、平衡精度不高、难以平衡微型柔性转子的缺点，有效提高针对微型涡喷发动机转子的平衡效率与精度的一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机。
实现本发明目的的技术方案是：一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，包括装备底座、转子支承机构、振动传递机构、参考相位检测机构、高压空气驱动机构和激光自动去重机构；所述振动传递机构滑动安装于固定在装备底座上的滑轨上；所述转子支承机构通过支撑摆架固定安装于振动传递机构上；所述高压空气驱动机构驱动转子转动；所述参考相位检测机构由光纤传感器及光纤传感器夹具组成，光纤传感器固定于光纤传感器夹具上，光纤传感器夹具具有磁性并吸附于装备底座上滑动置于滑轨上的传感器支架；所述激光自动去重机构包括机械臂、激光去重光源、激光定位光源、激光定位接收端和轴向运动台；其中激光去重光源固定在机械臂上，机械臂滑动设置于轴向运动台上；激光定位光源固定在机械臂的运动台上，激光定位接收端定位在转子支承机构及振动传递机构所在滑轨上。
上述技术方案所述转子支承机构采用两个支承滚轮对转子进行支承，支承滚轮固定在滚轮架上；所述转子上方安装于高度可调的滚轮滑板上的滚轮底部与转子上端相抵；所述滚轮滑板通过螺栓和长形孔配合对垂直高度进行调节。
上述技术方案所述振动传递机构由簧板、振动桥、振动底座，用于传递转子所引起的振动；其中所述振动底座安装在滑轨上，可调整其在滑轨上的位置，以适应不同长度转子的平衡要求。
上述技术方案还具有不平衡检测机构；所述不平衡检测机构包括加速度传感器、数据采集卡、测量电路和计算机；其中，加速度传感器左右两端各设一个，左端的加速度传感器与右端的加速度传感器通过磁座安装于相应簧板之上，所述数据采集卡与测量电路以及计算机集成于电控柜之中。
上述技术方案所述高压空气驱动机构包含空压机、储气罐和气体喷嘴；所述气体喷嘴朝向转子的叶片。
上述技术方案还具有粉末回收机构；所述粉末回收机构包含吸尘头、抽气泵、连接管道和粉末收集桶，其中吸尘头、抽气泵、连接管道均固定于机械臂上，随机械臂运动，吸尘头与激光去重光源朝向同一区域，在激光去重过程中，吸除加工粉末至粉末收集桶。
上述技术方案中，机械臂中安装有角度传感器。
上述技术方案所述气体喷嘴具有第一气动吹气头和第二气动吹气头；所述第一气动吹气头和第二气动吹气头通过对应的第一吹气头支架和第二吹气头支架对称设置在转子圆周方向的两侧。
上述技术方案中，电控柜包含数据采集卡、测量电路、控制机构、计算机机构、人机界面，以对机构各传感器数据进行采集、处理，计算不平衡量以及相位，输出控制信号。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明采用激光去重的方式，避免破坏其有效结构，可以在微小校正面上实现精确的平衡校正，提高了平衡精度与平衡效率；
(2)本发明采用高压气体驱动转子转动，很好地模拟了转子实际运行状态，同时可以实现高转速的驱动，以在转速下进行转子的动平衡；
(3)本发明在转子的驱动、不平衡量的识别与提取、转子的校正采用了各种传感器以及自动化设备，可以实现转子自动地不平衡量识别与校正，改变过去常规的人为校正的方式，实现了动平衡的自动化，提高了平衡效率与可靠性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的超精密激光自动去重动平衡装备总体结构图；
图2为本发明的超精密激光自动去重动平衡装备正视图；
图3为本发明的超精密激光自动去重动平衡装备右视图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图3，本发明主要由底座、转子支承机构、振动传递机构、不平衡检测机构、参考相位检测机构、空气供给机构、激光自动去重机构、粉末回收机构组成。
转子支承机构通过螺钉固定于振动传递机构之上，振动传递机构的振动底座4安装在固定于装备底座1的滑轨2之上，可在滑轨2上轴向移动，调整两个支承机构之间的距离，可以适应不同轴向尺寸转子的平衡要求。通过螺栓和长形孔调整滚轮架23的高度，从而调整转子支承机构的支承滚轮24高度，以适应不同轴径转子的平衡要求，最后调整顶端的滚轮对转子进行限位。操作人员将待平衡的微型涡喷发动机转子13安装在转子支承机构上。
高压空气驱动机构包含空压机21、储气罐10、气体喷嘴12、电磁阀、调压阀。平衡初始阶段，控制机构发出控制信号，空压机21开始工作，产生高压气体，用两个对称的气体喷嘴向涡轮叶片喷气，从而驱动转子13运动，在控制柜的人机界面设置相应参数，控制机构通过调节调压阀以调节喷出气体的压力，进而调节转子13的速度。电磁阀可以控制整个气路的通断。气体喷嘴具有第一气动吹气头9和第二气动吹气头12；第一气动吹气头9和第二气动吹气头12通过对应的第一吹气头支架8和第二吹气头支架11对称设置在转子13圆周方向的两侧。
不平衡检测机构以及参考相位检测机构包含左端的加速度传感器22、右端的加速度传感器22、数据采集卡、测量电路、计算机机构、光纤传感器17及其夹具，主要用于检测待校正转子13的原始振动与相位信息。加速度传感器22采集到相应位置的加速度信息，光纤传感器17检测到转子13的转速信号，得到脉冲信号，产生的数据转化为电信号，并传输到数据采集卡，经由测量电路计算出不平衡量及其相位信息，将结果显示于人机交互界面上，并产生相应的平衡策略，控制机构产生对应的控制信号，以控制激光自动去重机构进行自动校正。光纤传感器17固定于光纤传感器夹具18上，光纤传感器夹具18具有磁性并吸附于装备底座1上滑动置于滑轨2上的传感器支架3。
控制机构控制电磁阀断开，即控制高压空气驱动机构停止工作。
激光自动去重机构包含机械臂14、激光去重光源27、激光定位光源15、激光定位接收端20、轴向运动台26，激光定位接收端20固定于转子支承机构上，以对整个激光自动去重机构进行轴向的定位。机械臂14可在轴向运动台26上通过涡轮蜗杆移动，根据控制机构的控制指令，到达所需的平衡平面所在位置，然后调整机械臂14位姿使激光去重光源27到达指定位置。然后激光去重光源27根据指令工作，产生高能激光，对转子13进行激光自动去重，通过控制激光波长和功率以及作用时间，去除指定位置的适当质量。
粉末回收机构包含吸尘头28、抽气泵、连接管道16，吸尘头28与激光去重光源27平行，朝向同一区域，在激光去重光源27短暂工作后，开启抽气泵，吸尘头28将加工粉末吸除，通过连接管道16到达粉末收集桶，避免了粉末对于加工质量以及平衡现场环境的影响。
重新开启高压空气驱动机构，驱动转子13，通过不平衡检测机构和参考相位检测机构测量平衡后的转子13残余的不平衡量及相位，若未达到要求的精度，重复以上平衡步骤对转子13进行进一步的平衡，否测输出成功信号于人机交互界面，并显示残余的不平衡量及相位。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，包括装备底座、转子支承机构、振动传递机构、参考相位检测机构、高压空气驱动机构和激光自动去重机构；所述振动传递机构滑动安装于固定在装备底座(1)上的滑轨(2)上；所述转子支承机构通过支撑摆架(7)固定安装于振动传递机构上；所述高压空气驱动机构驱动转子(13)转动；所述参考相位检测机构由光纤传感器(17)及光纤传感器夹具(18)组成，光纤传感器(17)固定于光纤传感器夹具(18)上，光纤传感器夹具(18)具有磁性并吸附于装备底座(1)上滑动置于滑轨(2)上的传感器支架(3)；所述激光自动去重机构包括机械臂(14)、激光去重光源(27)、激光定位光源(15)、激光定位接收端(20)和轴向运动台(26)；其中激光去重光源(27)固定在机械臂(14)上，机械臂(14)滑动设置于轴向运动台(26)上；激光定位光源(15)固定在机械臂(14)的运动台上，激光定位接收端(20)定位在转子支承机构及振动传递机构所在滑轨(2)上。
2.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，所述转子支承机构采用两个支承滚轮(24)对转子(13)进行支承，支承滚轮(24)固定在滚轮架(23)上；所述转子(13)上方安装于高度可调的滚轮滑板(25)上的滚轮底部与转子(13)上端相抵；所述滚轮滑板(25)通过螺栓和长形孔配合对垂直高度进行调节。
3.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，所述振动传递机构由簧板(5)、振动桥(6)、振动底座(4)，用于传递转子(13)所引起的振动；其中所述振动底座(4)安装在滑轨(2)上，可调整其在滑轨(2)上的位置，以适应不同长度转子(13)的平衡要求。
4.根据权利要求3所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，还具有不平衡检测机构；所述不平衡检测机构包括加速度传感器(22)、数据采集卡、测量电路和计算机；其中，加速度传感器(22)左右两端各设一个，左端的加速度传感器(22)与右端的加速度传感器(22)通过磁座安装于相应簧板(5)之上，所述数据采集卡与测量电路以及计算机集成于电控柜(19)之中。
5.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，所述高压空气驱动机构包含空压机(21)、储气罐(10)和气体喷嘴；所述气体喷嘴朝向转子(13)的叶片。
6.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，还具有粉末回收机构；所述粉末回收机构包含吸尘头(28)、抽气泵、连接管道(16)和粉末收集桶，其中吸尘头(28)、抽气泵、连接管道(16)均固定于机械臂(14)上，随机械臂(14)运动，吸尘头(28)与激光去重光源(27)朝向同一区域，在激光去重过程中，吸除加工粉末至粉末收集桶。
7.根据权利要求1所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，机械臂(14)中安装有角度传感器。
8.根据权利要求5所述的微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，所述气体喷嘴具有第一气动吹气头(9)和第二气动吹气头(12)；所述第一气动吹气头(9)和第二气动吹气头(12)通过对应的第一吹气头支架(8)和第二吹气头支架(11)对称设置在转子(13)圆周方向的两侧。
9.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机转子的超精密激光自动去重动平衡机，其特征在于，电控柜(19)包含数据采集卡、测量电路、控制机构、计算机机构、人机界面，以对机构各传感器数据进行采集、处理，计算不平衡量以及相位，输出控制信号。
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