CN210773858U - 一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置 - Google Patents

Abstract

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，包括底座、高度升降组件、水平移动组件、水平测量尺、竖直测量尺和分析仪，底座、高度升降组件均对称设置，高度升降组件下端和底座连接，水平移动组件和高度升降组件连接并随高度升降组件在高度方向运动，水平测量尺转动式安装于水平移动组件上，竖直测量尺滑动式安装于水平测量尺上，分析仪置于底座外侧。本实用新型具有能检测出各种转子系统的不对中性、能检测出相应不对中的具体数量值、方便移动等优点。本实用新型属于转子机械技术领域。

Description

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置

技术领域

本实用新型属于转子机械技术领域，尤其涉及一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置。

背景技术

转子系统是航空发动机、汽轮机、直升机、风机发动机等重要设备的关键零部件。受制造、安装误差和使用过程磨损等因素，相邻两个转子常处于偏角不对中、平行不对中或者平行偏角综合不对中状态，如图1、图2所示；轻微的不对中引起设备振动加大，加速磨损和疲劳损伤，降低设备运行寿命，严重的不对中将直接导致机毁人亡。国外统计表明，航空发动机整机振动与不对中相关的故障占到系统故障的50％-60％。美国海军飞机维护数据库调查显示40％固定翼飞机和70％旋转机翼飞机存在的花键连接损伤问题与不对中有关。转子不对中虽然不可避免，但若能及时准确测量出转子的不对中形式和大小，就可以为转子系统的制造、安装及使用维护提供重要的依据，因此，如何准确获取转子不对中形式和不对中量是解决不对中问题的关键，对保障转子系统安全稳定运行具有重要的意义。现有的转子不对中检测装置，不能完全检测出相应地不对中形式，比如有的检测装置只能检测出角度不对中的故障，而有的检测装置只能检测平行不对中和偏角不对中的故障。并且，现有的不对中检测装置都不能检测相应不对中形式的定量化数值。且现有的不对中检测装置均是固定装置，不能灵活地适应场景进行不对中检测，这增加了检测的难度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，它具有能检测出各种转子系统的不对中性、能检测出相应不对中的具体数量值、方便移动等优点。

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，包括底座、高度升降组件、水平移动组件、水平测量尺、竖直测量尺和分析仪，底座、高度升降组件均对称设置，高度升降组件下端和底座连接，水平移动组件和高度升降组件连接并随高度升降组件在高度方向运动，水平测量尺转动式安装于水平移动组件上，竖直测量尺滑动式安装于水平测量尺上，分析仪置于底座外侧；所述水平移动组件包括水平仪、水平支架、水平滚珠丝杆、水平旋转把手、水平螺母滑块；水平滚珠丝杆两端和水平支架连接，水平滚珠丝杆上套设有水平螺母滑块，水平螺母滑块和水平滚珠丝杆构成丝杆螺母副，水平仪固定于水平支架外端的上表面；所述竖直测量尺通过尺套滑块套装于水平测量尺上。采用此结构，通过调节水平测量尺、竖直测量尺至待测转子附近合适的高度和水平位置，且水平测量尺转动式安装于水平移动组件上，竖直测量尺滑动式安装于水平测量尺上，因此通过转动水平测量尺、竖直测量尺可以使得水平测量尺、竖直测量尺至检测平面，再通过竖直测量尺沿着水平测量尺的滑动、竖直测量尺自身的滑动，最终获取转子上的各测点的试验数据，具有装置结构简单、操作便捷、能检测出转子系统不对中形式、不对中数值的优点；并且，试验时，便于通过水平移动组件快速调整水平测量尺至合适的水平位置，能通过水平仪实时快速地检测水平移动组件是否处于水平状态，从而便于快速调节水平移动组件至水平状态；通过尺套滑块可以稳定快速地将竖直测量尺沿着水平测量尺滑动。

进一步地，所述高度升降组件包括升降支架、升降滚珠丝杆、升降旋转把手；滚珠丝杆两端和升降支架连接，升降滚珠丝杆上套设有升降螺母滑块，升降螺母滑块和升降滚珠丝杆构成丝杆螺母副；升降旋转把手和升降滚珠丝杆上端固定连接；升降螺母滑块和水平支架固定连接。采用此结构，通过升降螺母滑块和升降滚珠丝杆构成丝杆螺母副，实现水平移动组件能够沿着滚珠丝杆方向稳定地进行升降，便于调节水平移动组件、水平测量尺、竖直测量尺的高度。

进一步地，还包括固定板、尺端轴承，固定板固定于水平螺母滑块上，水平测量尺两端通过尺端轴承安装于固定板上。采用此结构，便于调节水平测量尺的转动角度，从而便于快速调整水平测量尺和竖直测量尺至检测平面，提高检测速度和效率。

进一步地，所述升降支架固定于底座上。

进一步地，所述竖直测量尺包括主尺套和支尺，主尺套的一端设有供支尺伸缩进出主尺套的通道，主尺套的外表面上开设有矩形通孔，该矩形通孔和通道连通；主尺套的首端伸入通道内，卡块置于矩形通孔外，且卡块和主尺套的首端固接。采用此结构，支尺伸缩式设于主尺套内，因此便于通过拉动支尺对转子的竖直方向位移测量，并能通过卡块将支尺卡于主尺套上。

进一步地，还包括卡板，所述支尺的末端固接有用于贴合转子系统的卡板。采用此结构，通过卡板贴在转子的表面上，从而更方便测量。

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测方法，采用上述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，包括如下步骤；

S1、安装装置，调节测量尺位置：将底座放置于转子实验台上，确保待测转子测量区间位于检测装置的测量量程范围内，调节水平测量尺、竖直测量尺的至待测转子附近，并在调整过程中观察水平仪，确保水平测量尺保持水平位置，检查装置是否安装好；

S2、确定检测平面：旋转水平测量尺，使得沿水平测量尺的轴线方向与竖直测量尺的轴线方向组成的平面与待测量平面重合；

S3、选取不对中测量点数量及位置：设转子数量为N，在每个转子上选取2 个测点，根据转子的长度确定测点的大致位置；

S4、调节测量尺并读取测量数值：通过滑动水平测量尺，从而移动竖直测量尺至转子测量点位置附近；并滑动竖直测量尺与转子表面接触；分别读取水平测量尺和竖直测量尺的数值；

S5、测量各转子的直径：调节水平测量尺至转子的顶部的上方，再通过调节竖直测量尺，将竖直测量尺的末端贴合于转子的顶部和底部，分别转子的顶部、底部部进行测量，从而获得转子的直径；

S6、分析转子系统的不对中类型和不对中量：将测量数值输入到分析仪中进行数据处理，得出不对中量。采用此方法，步骤较少，操作简便，能较块地检测出不对中形式，并计算分析出不对中数值。

进一步地，设r_i为第i个转子R_i的直径，

为第i个转子的第j个测点对应的水平测量值，

为第i个转子的第j个测点对应的竖直测量值，其中i、j均为大于0的自然数，则计算和分析转子系统的具体计算步骤如下：

(1)计算第i个转子轴心线所对应的斜率k_i及方程l_i为：

(2)比较k_i，k_i+1：

①若k_i＝k_i+1，且直线l_i，l_i+1之间的距离

则说明第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1在测量方向上对中；

②若k_i＝k_i+1，而直线l_i，l_i+1之间的距离

则说明第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1在测量方向上存在平行不对中，且平行不对中量为λ_i＝d_i；

③若k₁≠k₂，设第i个转子R_i轴线方程l_i的倾斜角度θ_i＝arctan(k_i)，第i+1个转子R_i+1轴线方程l_i+1的倾斜角度θ_i+1＝arctan(k_i+1)，则第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1的偏角不对中角度为α_i＝θ_i-θ_i+1；

(3)对于平行偏角综合不对中的情况，则先根据步骤(2)中③计算出偏角不对中角度α_i，根据α_i对转子进行角度调整，直至α_i＝0，再根据步骤(2)中②计算平行不对中量λ_i，若λ_i≠0，则为平行偏角综合不对中。

本实用新型的优点：本实用新型通过设置高度升降组件、水平移动组件，因此便于调节水平测量尺、竖直测量尺至待测转子附近合适的高度和水平位置，再通过水平测量尺转动式安装于水平移动组件上，竖直测量尺滑动式安装于水平测量尺上，因此通过转动水平测量尺、竖直测量尺可以使得水平测量尺、竖直测量尺至检测平面，再通过竖直测量尺沿着水平测量尺的滑动以及竖直测量尺自身的滑动，获取转子上的各测点的试验数据，再通过分析仪对试验数据进行分析、计算，从而获得转子系统的不对中形式以及不对中数值；也因此，本实用新型具有装置结构简单、操作便捷、便于移动、检测较为精准等优点。

附图说明

图1(a)为双跨转子的平行不对中示意图。

图1(b)为双跨转子的偏角不对中示意图。

图1(c)为双跨转子的平行偏角综合不对中示意图。

图2(a)为内外转子的平行不对中示意图。

图2(b)为内外转子的偏角不对中示意图。

图2(c)为内外转子的平行偏角综合不对中示意图。

图3为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置的一个实施例的结构示意图。

图4为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置一个实施例的前视图。

图5为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置一个实施例的侧视图。

图6为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置一个实施例的俯视图

图7为本实用新型一个实施例中的水平测量尺和竖直测量尺连接后的结构示意图。

图8为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测方法的流程框图。

图9为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置应用于双转子系统检测的示意图。

图10为一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置应用于双转子系统检测的不对中测试点布局示意图。

其中，1、底座，2、高度升降组件，2-1、升降支架，2-2升降滚珠丝杆，2-3、升降旋转把手，3、水平移动组件，3-1、水平支架，3-2、水平仪，3-3、水平滚珠丝杆，3-4、水平旋转把手，3-5、定位螺母，4、水平测量尺，5、竖直测量尺， 6、分析仪，7-1、左侧内转子的轴承座，7-2、左侧外转子的轴承座，7-3、右侧外转子的轴承座，7-4、右侧内转子的轴承座，8、内转子，9、外转子。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的具体说明。

在说明书附图中，图1、图2、图10中，R1代表转子R1，R2代表转子R2。 N1、N2、N3、N4均代表轴承座。图10中，

为第1个转子的第1个测点对应的水平测量值，

为第1个转子的第1个测点对应的竖直测量值；

为第1个转子的第2个测点对应的水平测量值，

为第1个转子的第2个测点对应的竖直测量值；

为第2个转子的第1个测点对应的水平测量值，

为第2个转子的第1个测点对应的竖直测量值；

为第2个转子的第2个测点对应的水平测量值，

为第2个转子的第2个测点对应的竖直测量值。

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，包括底座、高度升降组件、水平移动组件、水平测量尺、竖直测量尺、分析仪。底座为两个，两个底座对称设置，底座用以对整个装置起到装置作用。两个高度升降组件分别设于底座上，高度升降组件用于对水平移动组件、水平移动组件、水平测量尺进行高度方向上的移动。水平移动组件设于两个高度升降组件之间，水平移动组件两端安装于高度升降组件上。水平测量尺设于水平组件上，用于对转子系统任意点的水平方向的位移进行具体量化测量。竖直测量尺套设于水平测量尺上，竖直测量尺用以对转子系统任一点和水平方向垂直的垂直位移进行具体量化测量。分析仪用于对测试数据进行输入、存储、分析和显示。

分析仪包括便携式计算机及安装在该计算机上的转子系统不对中分析软件，便携式计算机可以为笔记本电脑，配合键盘、鼠标用于数据的输入，转子系统不对中分析软件为根据步骤S6中描述的算法，采用C++语言编写，该软件可对输入的数据进行修改、存储、分析和显示。因此，采用该分析仪，数据输入、分析及结果显示直观、快捷，即可便于现场分析，又可便于后期调用。

底座如图3所示，分别对称设于两端。高度升降组件包括升降支架、升降滚珠丝杆升降、升降旋转把手、升降螺母滑块。升降支架固定于底座上，升降滚珠丝杆两端安装于升降支架上，升降滚珠丝杆上端固定安装旋转把手，且升降滚珠丝杆设于升降支架内。升降支架用于对升降滚珠丝杆形成保护。升降螺母滑块套设于升降滚珠丝杆上，升降螺母滑块和升降滚珠丝杆构成丝杆螺母副。拧动升降旋转把手，从而拧动升降滚珠丝杆，升降滚珠丝杆在底座上转动，带动升降螺母滑块在高度方向做直线运动。

水平移动组件包括水平仪、水平支架、水平滚珠丝杆、水平旋转把手、水平螺母滑块。水平支架和升降螺母滑块固定连接。水平滚珠丝杆两端和水平支架连接，水平滚珠丝杆上套设有水平螺母滑块，水平螺母滑块和水平滚珠丝杆构成丝杆螺母副，水平仪固定于水平支架的上表面。水平旋转把手和水平滚珠丝杆连接，通过拧动水平旋转把手，带动水平滚珠丝杆转动，从而带动水平螺母滑块在水平方向移动，进而水平测量尺、竖直测量尺在水平方向移动。水平仪用于判断、检测水平测量尺是否水平。

在本实施例中，还包括固定板、尺端轴承，固定板通过螺栓固定于水平螺母滑块上，水平测量尺两端通过尺端轴承安装于固定板上。水平测量尺的端部呈圆柱状，水平测量尺的端部和尺端轴承配合。因此，水平测量尺可以绕尺端轴承的轴线方向转动。当需要调节水平测量尺和水平移动组件的角度时，转动水平测量尺即可，通过转动水平测量尺可以使得水平测量尺和滑块转动端(或水平移动组件)的角度保持在0至360度之间任一一个角度，从而便于测量转子系统的表面任意点的不对中数值。在固定板上的上端设置有螺纹孔，螺栓和螺纹孔配合，螺栓下端和尺端轴承接触，并通过定位螺母锁紧。当需要调节水平测量尺转动时，松动定位螺母，尺端轴承处于可转动状态，转动水平测量尺以定位检测平面。当检测平面定位好后，锁紧定位螺母，从而锁紧尺端轴承，水平测量尺固定，以便于后侧检测。

竖直测量尺通过尺套滑块套设于水平测量尺上。具体地，水平测量尺穿过尺套滑块，从而将竖直测量尺套在水平测量尺上；通过尺套滑块在水平测量尺上的滑动，改变竖直测量尺在水平测量尺上的位置，也即改变了竖直测量尺的水平位置。竖直测量尺包括主尺套和支尺。主尺套和尺套滑块之间还设有红外测距仪。支尺伸缩式安装于主尺套内。支尺的首端设有卡块，支尺的末端设有卡板。主尺套呈矩形体状，主尺套的一端设有供支尺伸缩进出主尺套的通道，主尺套的外表面上开设有矩形通孔，该矩形通孔和通道连通。矩形通孔的上、下侧标注有度量数据。支尺插入主尺套的通道内，支尺的首端通过卡块卡于主尺套的矩形通孔上，移动支尺进行测量时，通过卡块指示于主尺套的数据，即可读出测量的竖直位移。支尺的首端和卡块固定连接，且卡块设于主尺套之外；卡块采用磁铁，主尺套可采用金属材质，测量时，支尺定位后，可以通过卡块和主尺套通过磁力吸合在一起，从而便于测量读数。支尺的末端固定有卡板，通过卡板和转子系统的表面贴合，从而便于准确定位测量位置。

本实施例中结合测量双转子系统进行详细说明。该双转子系统包括内转子和外转子，外转子套装于内转子的中部。内转子的两端分别通过左侧内转子的轴承座、右侧内转子的轴承座安装。外转子的两端分别通过左侧外转子的轴承座、右侧外转子的轴承座安装。

一种移动式转子系统不对中多维度定量检测方法，采用上述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，包括如下步骤：

S1、安装装置，调节测量尺位置：将底座放置于转子实验台上，确保转子测量区间位于检测装置的测量量程范围内，调节旋转把手使水平测量尺、竖直测量尺位于合适的高度，调节水平测量尺至水平方向的合适位置，并在调整过程中观察水平测量尺水平仪，确保水平测量尺保持水平位置，检查装置是否安装好。

S2、确定检测平面：旋转水平测量尺，使得沿水平测量尺的轴线方向(假设为X方向)与竖直测量尺的轴线方向(假设为Y方向)组成的平面(即XY 平面)与待测量方向重合。

S3、选取不对中测量点数量及位置：设转子数量为N，在每个转子上选取2 个测点，根据转子的长度确定测点的大致位置，相邻两个测点间的距离应当尽量的大。

S4、调节测量尺并读取测量数值：通过滑动水平测量尺上尺套滑块，从而移动竖直测量尺至转子测量点位置附近；并滑动竖直测量尺的支尺使支尺的末端的卡板与转子表面接触；分别读取水平测量尺和竖直测量尺的数值。

S5、测量各转子的直径：调节水平测量尺至转子的顶部的上方，再通过调节竖直测量尺，将支尺的卡板贴合于转子的顶部和底部，分别转子的顶部、底部进行测量，从而获得转子的直径。在本实施例中，测量数据如下表1：试验数据所示。

S6、分析转子系统的不对中类型和不对中量：将测量数值输入到分析仪中进行数据处理，得出不对中量。

对于S6，设r_i为第i个转子R_i的直径，

为第i个转子的第j个测点对应的水平测量值，

为第i个转子的第j个测点对应的竖直测量值，其中i＝1,2,…,N， j＝1,2，i、j均为大于0的自然数，则计算和分析转子系统的具体计算步骤如下。

表1试验数据

(1)计算第i个转子轴心线所对应的斜率k_i及方程l_i为：

(2)比较k_i，k_i+1：

①若k_i＝k_i+1，且直线l_i，l_i+1之间的距离

则说明第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1在测量方向上对中；

②若k_i＝k_i+1，而直线l_i，l_i+1之间的距离

则说明第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1在测量方向上存在平行不对中，且平行不对中量为λ_i＝d_i；

③若k₁≠k₂，设第i个转子R_i轴线方程l_i的倾斜角度θ_i＝arctan(k_i)，第i+1个转子R_i+1轴线方程l_i+1的倾斜角度θ_i+1＝arctan(k_i+1)，则第i个转子R_i与第i+1个转子R_i+1的偏角不对中角度为α_i＝θ_i-θ_i+1。

(3)对于平行偏角综合不对中的情况，则先根据步骤(2)中③计算出偏角不对中角度α_i，根据α_i对转子进行角度调整，直至α_i＝0，再根据步骤(2)中②计算平行不对中量λ_i，若λ_i≠0，则为平行偏角综合不对中。

对于S6，并结合表1的试验数据进行计算：

(1)计算两个转子轴心线所对应的斜率k₁，k₂及方程l₁，l₂为：

(2)比较k₁，k₂：因k₁＝k₂，直线l₁，l₂的距离

则说明转子R₁与R₂该测量方向上存在平行不对中，且平行不对中量为λ₁＝2.00mm；

在本实施例中结合表1的试验数据对本实用新型的装置和方法的具体实施详细说明，经计算和分析属于平行不对中的测试例，而对于偏角不对中和平行偏角综合不对中情况，实施方法基本相同，此处不再赘述。

上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：包括底座、高度升降组件、水平移动组件、水平测量尺、竖直测量尺和分析仪，底座、高度升降组件均对称设置，高度升降组件下端和底座连接，水平移动组件和高度升降组件连接并随高度升降组件在高度方向运动，水平测量尺转动式安装于水平移动组件上，竖直测量尺滑动式安装于水平测量尺上，分析仪置于底座外侧；所述竖直测量尺通过尺套滑块套装于水平测量尺上；所述水平移动组件包括水平仪、水平支架、水平滚珠丝杆、水平旋转把手、水平螺母滑块；水平滚珠丝杆两端和水平支架连接，水平滚珠丝杆上套设有水平螺母滑块，水平螺母滑块和水平滚珠丝杆构成丝杆螺母副，水平仪固定于水平支架的上表面。

2.根据权利要求1所述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：所述高度升降组件包括升降支架、升降滚珠丝杆、升降旋转把手；滚珠丝杆两端和升降支架连接，升降滚珠丝杆上套设有升降螺母滑块，升降螺母滑块和升降滚珠丝杆构成丝杆螺母副；升降旋转把手和升降滚珠丝杆上端固定连接；升降螺母滑块和水平支架固定连接。

3.根据权利要求1所述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：还包括固定板、尺端轴承，固定板固定于水平螺母滑块上，水平测量尺两端通过尺端轴承安装于固定板上。

4.根据权利要求2所述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：所述升降支架固定于底座上。

5.根据权利要求1所述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：所述竖直测量尺包括主尺套和支尺，主尺套的一端设有供支尺伸缩进出主尺套的通道，主尺套的外表面上开设有矩形通孔，该矩形通孔和通道连通；主尺套的首端伸入通道内，卡块置于矩形通孔外，且卡块和主尺套的首端固接。

6.根据权利要求5所述一种移动式转子系统不对中多维度定量检测装置，其特征在于：还包括卡板，所述支尺的末端固接有用于贴合转子系统的卡板。

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