[发明专利]一种基于径跳测量计算转子装配轴线偏心的方法

说明书

一种基于径跳测量计算转子装配轴线偏心的方法，包括各点数据的矩阵表征及相对跳动值的计算、弹簧等效模型的建立及理想状态下各点接触力的计算、偏心方向及大小；各点相对跳动值的计算，并根据两止口配合面的径跳数据对应计算各点装配过盈量的过程；弹簧等效模型的建立基于弹性变形假设，分析接触过程中各阶段的力与位移关系，以不均匀的过盈量进而得出各点的不均匀接触力；偏心量的确定即在弹簧等效模型基础上，根据平衡状态方程计算最终确定偏心量的大小。本方法基于生产实际中的实测径跳数据，实现了在装配前对轴线偏心的预测，提高了装配后的转子同轴度，对航空发动机转子件装配过程中的轴线预测、装配相位调整与优化有着重要的现实指导意义。

技术领域

本发明属于转子装配轴线偏心计算方法，可应用于如航空发动机高压压气机转子、高压涡轮盘、低压转子组件等重要零组件装配过程中的轴线预测、装配相位优化、装配指导过程之中。

背景技术

在装备制造过程中，装配作为一个十分重要的环节，对产品的性能及可靠性有着直接影响。对于航空发动机转子组件而言，保证其装配后的同轴度满足要求非常重要，各级转子之间依靠止口配合进行定位，而止口配合属于过盈配合，装配后各级盘间产生的轴线偏心主要是由于装配前止口配合处形貌不均匀，从而导致装配后止口周各处径向力不均匀产生的，因而结合工厂实际装配流程，在考虑止口过盈装配弹性变形的基础上，寻求各级盘在装配前止口配合处的形貌与装配后所产生的轴线偏心之间的关系至关重要。

转子装配轴线偏心的测定是应用于装配相位预测优化中的重要步骤。拟合圆法是一种基于所测止口配合处径向跳动数据进行最小二乘拟合，通过两转子件内外止口径跳拟合圆计算装配轴线偏心的方法，这种算法程序简单，能够从整体上把握止口配合面间的形貌特征，但由于最小二乘法得到的拟合圆无法充分反映初始形貌中的幅值特征，其拟合圆与初始形貌圆间误差不规则，故其所预测轴线偏心的精度难以保证；实际回转中心线法是Axiam公司所采用的轴线偏心预测方法，其本质是通过对各级盘止口处跳动数据的测量，探求其装配后产生的实际回转轴线，并基于此轴线进行装配相位的调整与优化，此方法主要应用于国外，关键技术尚未引进国内，具有较高的预测准确度，但受我国零部件制造水平限制，零件超差现象普遍存在，本方法应用过程中没有圆度仪基本的调心调倾过程，较难适应于我国航空发动机转子的生产装配过程中。

本发明是基于对转子连接止口装配前的径向跳动的测量，考虑法向弹性变形，提出了一种装配后轴线偏心的计算方法，该方法可以实现对某一装配相位下各级盘的轴线偏心预测，而后可以进一步实现装配相位的优化调整，具有重要的现实意义。

发明内容

为满足航空发动机转子件装配过程中的同轴度要求，本发明结合工程实践，基于转子件各级盘止口连接处的实测径跳数据，提出了一种计算各级间装配偏心的计算方法。

本方法的计算原理如下：

在考虑两级盘装配中某一确定的安装相位的前提下，考虑装配过程中止口处弹塑性变形，计算止口连接处径向跳动与偏心量的关系。由于止口连接处周向各位置的径向跳动不均匀，导致实际装配过盈量不均匀，因而装配后所产生的变形不均匀，本方法寻求装配后不均匀变形量与产生偏心的关系，即可得到实测径跳数据与装配轴线偏心的关系。

由于止口配合属于过盈配合，因而不适用于刚性假设。本方法考虑止口配合处由于过盈装配产生的变形，探究不均匀止口形貌所产生的不均匀装配变形对装配偏心的影响关系，采用弹簧等效的方式确定偏心量，即将每一组接触点等效为两个弹簧接触，上端面A₂及下端面B₁两圆心重合为初始状态，变形量较大的一对接触点所产生的弹性力就较大，因而不同位置接触点所产生的弹性力均不同。对所有弹性力进行矢量求和，得出矢量合力的方向，基于实际配合情况下，上端件B的下端面B₁将会沿此方向移动，若移动距离e后，所有弹性力矢量和为0，则此时下端面B₁圆心位置即为实际配合位置，所移动距离即为偏心量e。