CN115628850A - 一种转子平衡工艺方法 - Google Patents

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丰少宝
杨法立
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Abstract

本申请属于航空发动机装配领域，为一种转子平衡工艺方法，通过设计能够与零件采用止口过盈配合的工装来得到转子真实的不平衡量。具体方法为：先将工装装配到平衡机上，在满足止口端跳、柱跳后，对工装进行静平衡，通过黏贴橡皮泥的方式将工装的静不平衡量降低到合理的要求范围内，以消除工装的静不平衡量对零件的静不平衡量的影响；然后将工装与零件的止口配合处采用冷却的方式进行高效装配，第一次测量静不平衡量，而后进行转位操作，即对工装和零件调转180度再次进行装配，并第二次测量静不平衡量，转位操作的设计完全消除了工装止口处形位公差的影响，结合零件同轴度测量结果，可以有效地减小组件的初始不平衡量。

Description

一种转子平衡工艺方法
技术领域
本申请属于航空发动机装配领域，特别涉及一种转子平衡工艺方法。
背景技术
在航空发动机上，存在一种整体叶盘类转子结构，即转子的叶片与盘为一体化。这种转子是无法通过叶片的排序来控制组件的初始不平衡量，一旦组件出现不平衡量偏大的现象，只能对转子组件进行分解再次恢复装配。
现有的装配工艺方法，只是对各级盘片进行同轴度检测，依据堆叠优化原理，确保组件状态下同轴度的要求。但是这种方法，无法检测零件状态下（单级盘）的平衡情况，即使在同轴度保证的情况下，极易出现由于零件的不平衡量偏大，造成装配后的组件初始不平衡量过大。
因此，需要进行零件不平衡量检查方法的研究。
发明内容
本申请的目的是提供了一种转子平衡工艺方法，以解决采用现有的整体叶盘类转子装配方法出现初始不平衡量偏大的情况。
本申请的技术方案是：一种转子平衡工艺方法，包括：
将工装装配至平衡机上，对止口端面和柱面进行跳动检查，判断是否满足平衡精度要求，若是，则执行下一步骤；
对工装进行静平衡，判断是否满足平衡精度要求，若是，则执行下一步骤；
采用止口配合的方式将零件装配到工装上，零件装配过程中对工装装配位置处进行冷却；
待零件装配完成后，将零件静置，待零件恢复室温后，对零件进行装配静平衡，第一次测量零件1相对于旋转轴线的静不平衡量；
进行转位操作，将零件与工装调转180°，再次进行装配、静平衡，得到第二次测量的零件1相对于旋转轴线的静不平衡量；
至少进行两次及以上的装配静平衡操作，判断是否满足以下精度要求：
Figure 540078DEST_PATH_IMAGE001
Figure 635073DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 225454DEST_PATH_IMAGE003
:多次平衡的不平衡量平均值；
Figure 329676DEST_PATH_IMAGE004
:不平衡量与平均值
Figure 954693DEST_PATH_IMAGE003
的最大 偏差；
Figure 486168DEST_PATH_IMAGE005
:不平衡量相位与相位平均值的最大偏差；
若满足，则判定装配合格；若不满足，则以标准平衡精度等级为基础，结合零件质量以及工作转速，对超出精度等级的零件进行去除材料处理，直至合格。
优选地，所述工装与零件采用过盈配合的方式进行装配。
优选地，通过黏贴橡皮泥的方式对工装进行静平衡。
优选地，在零件装配过程中，设置液氮冷却止口工序，液氮冷却止口时间不低于3分钟，以达到零件变形均匀。
优选地，所述工装上设置有顶丝孔。
本申请的一种转子平衡工艺方法，通过设计能够与零件采用过盈止口配合的工装来得到转子自身的不平衡量。通过先将工装装配到平衡机上，在满足止口端跳、柱跳的要求后，对工装进行静平衡，通过黏贴橡皮泥的方式减小工装的不平衡量大小，使其符合要求，然后与零件之间采用冷却的方式进行止口过盈配合的高效装配，并第一次测量静不平衡量，而后进行转位操作，对工装和零件再次进行止口过盈配合的装配，并第二次测量静不平衡量，转位操作的设计完全消除了工装止口处形位公差的影响，能够真实地得到零件自身的静不平衡量，并通过在零件上去除材料的方法可以降低零件的静不平衡量。在保证组件同轴度的要求下，可以减小零件质心与旋转轴线之间的距离，进而减小组件的初始不平衡量，减小发动机试车出现振动的几率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体流程示意图；
图2为本申请工装与零件装配结构示意图；
图3为本申请新工艺方法与传统工艺方法对比示意图；
图4为本申请转位原理示意图。
1、零件；2、工装。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种转子平衡工艺方法，通过转位补偿的方式来消除工装2对平衡结果的影响，以获得零件1准确的不平衡量。
如图1所示，包括如下步骤：
步骤S100，将工装2装配至平衡机上，对止口端面和柱面进行跳动检查，判断是否满足平衡精度要求，若是，则执行下一步骤；工装2为圆锥台结构，在旋转一定角度后仍能够与零件1进行装配，如图2所示。
工装2在制造过程中对其加工精度进行控制，以10kg的工装2为例，保证工装2的止口端跳和柱跳≯0.01mm，工装2的静不平衡量≯50gmm，以确保工装2初始的平衡精度，避免对零件平衡引起较大的误差。
步骤S200，对工装2进行静平衡，在指定转速下工作，通过电脑直接获取其相位和静不平衡量等数据，判断是否满足平衡精度要求，要求工装2的平衡精度为≯20gmm，若是，则执行下一步骤；
若未达到平衡精度要求，则通过黏贴橡皮泥的方式对工装2进行静平衡，具体为将橡皮泥制成橡皮泥块，黏贴在静不平衡的位置，并再次进行静平衡，在橡皮泥的粘性作用下工装2转动时橡皮泥不会掉落，判断该次是否满足平衡精度要求，若仍不满足，则再次在静不平衡位置粘贴橡皮泥块，直至满足平衡精度要求，从而保证工装2的静不平衡量不会对零件1的静不平衡量产生影响。
步骤S300，采用止口配合的方式将零件1装配到工装2上，零件1装配过程中对工装2的止口位置进行冷却；
为了保证零件1与工装2在装配完成后无间隙并且形心不变，控制工装2上装配位置的尺寸使得工装2与零件1之间采用过盈配合。
工装2与零件1之间采用冷装配方式，为了保证高效的装配，对工装2装配位置进行冷却，使得工装2降温以产生热胀冷缩效果，零件1与工装2之间的装配间隙增大，以完成过盈配合的装配，装配完成后再升温即可实现过盈配合。
优选地，冷却的具体方式为：设置液氮冷却止口，液氮冷却工装（2）止口不低于3分钟。液氮能够对工装（2）进行高效的冷却，当然也可以采用其它的冷却方式，只要能够满足本申请所描述的过盈配合的装配要求，则该冷却方式均在本申请的保护范围内。
同时，工装2上设计有顶丝孔，用于过盈配合零件1的分解。
步骤S400，待零件1装配完成后，将零件1静置一定时间，待零件1恢复室温后，对零件1进行装配静平衡，第一次测量静不平衡量。静不平衡量的测量方式与工装2的静不平衡量的测量方式相同，电脑直接显示相位等数据，在指定转速下（转速不低于900r/min），通过电脑直接测量的数据进行计算即可获得。
步骤S500，进行转位操作，将零件1与工装2调转180°，再次进行装配静平衡，得到第二次测量的零件1相对旋转轴线的静不平衡量；
转位操作的设置用以消除工装2止口形位公差的影响，得到零件1相对于止口（柱面和端面形成的轴线）的静不平衡量。
步骤S600，至少进行两次及以上的装配静平衡操作，判断是否满足以下精度要求：
Figure 62381DEST_PATH_IMAGE001
Figure 704715DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 449817DEST_PATH_IMAGE003
:多次平衡的不平衡量平均值；
Figure 886614DEST_PATH_IMAGE004
:不平衡量与平均值
Figure 451588DEST_PATH_IMAGE003
的最大 偏差；
Figure 897613DEST_PATH_IMAGE005
:不平衡量相位与相位平均值的最大偏差。
步骤S700，若满足，则判定装配合格；若不满足，则以标准平衡精度等级为基础，结合零件1质量以及工作转速，对超出精度等级的零件1进行去除材料处理，直至合格。
实际效果：
如图3所示，统计了多台发动机，采用新工艺方法和传统工艺方法情况下，组件的初始静不平衡量的中位数降低了30.7%。
转位操作原理：
如图4所示，其中，O为旋转重心，G为零件1质心，S为机件形心。
第一次测量结果
Figure 762801DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 370499DEST_PATH_IMAGE007
第二次测量结果
Figure 422769DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 406906DEST_PATH_IMAGE009
其中在xoy坐标系中，
Figure 126600DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 403735DEST_PATH_IMAGE011
大小相等，方向相反，即
Figure 677722DEST_PATH_IMAGE012
Figure 465549DEST_PATH_IMAGE013
通过两次转位后，可以得出：
Figure 774171DEST_PATH_IMAGE014
从上式中可以看出，机件的不平衡量
Figure 989251DEST_PATH_IMAGE015
，只与转位前后的测量结 果有关，与工装2无关，因此理论上来说，转位补偿可以消除工装2对平衡结果的影响。
本申请通过设计能够与零件1采用止口过盈配合的工装2，来真实得到转子不平衡量。通过先将工装2装配到平衡机上，在满足止口端跳、柱跳，对工装2进行静平衡，通过黏贴橡皮泥的方式，使工装的静不平衡量符合要求，消除工装2的静不平衡量过大对零件1的静不平衡量的影响，然后与零件1之间采用冷却的方式进行止口过盈配合的高效装配，并第一次测量静不平衡量，而后进行转位操作，对工装2和零件1再次进行止口过盈配合的装配，并第二次测量静不平衡量，转位操作的设计完全消除了工装2止口处形位公差的影响，能够真实的得到零件1自身的静不平衡量，通过在零件1上去材料的方法，减小零件1的静不平衡量。在保证组件同轴度的要求下，减小零件1质心与旋转轴线之间的距离，可以有效地减小组件的初始不平衡量，减小发动机试车出现振动的几率。
本发明虽然较传统的装配工艺增加了一些工作量，但是属于转子组件装配过程中正向设计的工序，且工作周期为1天，小于组件再次分解装配的周期。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种转子平衡工艺方法，其特征在于，包括：
将工装(2)装配至平衡机上，对止口端面和柱面进行跳动检查，判断是否满足平衡精度要求，若是，则执行下一步骤；
对工装(2)进行静平衡，判断是否满足平衡精度要求，若是，则执行下一步骤；
采用止口配合的方式将零件(1)装配到工装(2)上，零件(1)装配前先对工装(2)止口位置处进行冷却；
待零件(1)装配完成后，将零件(1)静置，待零件(1)恢复室温后，对零件(1)进行静平衡，第一次测量零件（1）相对于平衡机旋转轴线的静不平衡量；
进行转位操作，将零件(1)与工装(2)调转180°，再次进行装配静平衡，得到第二次测量的零件(1)相对平衡机旋转轴线的静不平衡量；
至少进行两次及以上的装配静平衡操作，判断是否满足以下精度要求：
Figure 10322DEST_PATH_IMAGE001
Figure 507162DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 423166DEST_PATH_IMAGE003
:多次平衡的不平衡量平均值；
Figure 612839DEST_PATH_IMAGE004
:不平衡量与平均值
Figure 981503DEST_PATH_IMAGE005
的最大偏差；
Figure 538428DEST_PATH_IMAGE006
:不平衡量相位与相位平均值的最大偏差；
若满足，则判定装配合格；若不满足，则以标准平衡精度等级为基础，结合零件(1)质量以及工作转速，对超出精度等级的零件(1)进行去除材料处理，直至合格。
2.如权利要求1所述的转子平衡工艺方法，其特征在于：所述工装(2)与零件(1)采用过盈配合的方式进行装配。
3.如权利要求1所述的转子平衡工艺方法，其特征在于：通过黏贴橡皮泥的方式对工装(2)进行静平衡。
4.如权利要求1所述的转子平衡工艺方法，其特征在于：在零件(1)装配过程中，设置液氮冷却止口，液氮冷却零件（2）的止口时间不低于3分钟。
5.如权利要求1所述的转子平衡工艺方法，其特征在于：所述工装(2)上设置有顶丝孔。
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