[发明专利]一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法

说明书

本发明涉及机械装配技术相关领域，具体为一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法，本发明考虑发动机结构特点和装配体之间的安装特点，提出将装配体状态下测量的几何偏心和不平衡矢量进行坐标变换等效，转化为组合转子状态下接近真实分布的不平衡量，建立起以组合转子自身的同轴度偏心与不平衡分布对发动机运行状态的振动响应求解方程，从而获取指定转速下不同测点的振动特征值；利用上述处理后的装配参数作为输入，振动特征值作为目标，建立起基于主成分分析法和XGBoost算法的预测模型，实现对航空发动机振动性能的预测和装配质量的评估；其中整个预测方法中数据处理与预测模型的算法稳定性好，对样本数量要求低。

技术领域

本发明涉及机械装配技术相关领域，具体为一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法。

背景技术

航空发动机这样的大型旋转装备具有典型的高温、高压、高转速和高可靠性等动态服役性能要求，高压转子旋转运行时会受到由于不平衡力作用产生不易溯源的振动作用，会严重影响组合转子性能和寿命。因此振动问题的诊断与根原因识别一直是大型旋转装备研究的重点问题。而装配作为精密装备的制造终端，对于大型旋转装备的制造与测试具有十分特殊的承启作用。然而现阶段的发动机装配控制指标只有装配体状态下的几何偏心和不平衡量，以及装配成组合转子的同轴度各项指标逐一控制，无法将装配体的过程装配指标与组合转子的最终装配指标综合评价，也不能通过多维装配参数预测运行过程中的振动特性，更不能利用振动特性提出不同装配性能指标的控制要求。

哈尔滨工业大学提出了基于BP神经网络的大型高速回转装备多级零部件装配方法和装置。该发明考虑转子间装配接触面的抗拉刚度和抗弯刚度的影响，通过旋转装配相位改变高速响应参数，当选取最优装配相位时，通过求解系统动力学方程得到高速振动响应幅值参数，使多级转子装配后高速响应幅值参数最优，实现对航空发动机多级转子高速响应的优化。然而不足之处在于：仅考虑装配过程的几何/刚度参数对装配相位优化的影响，并无建立与装配结果相应的振动结果进行装配质量评价。

中国航发湖南动力机械研究所提出了一种整机振动限制值的制定方法。该方法利用每款发动机转子的不平衡量来评估发动机整机振动值，经过一次发动机整机最大不平衡试验可得到整机振动限制值，可以在开展少量试验的情况下即可得到适合本型号发动机的整机振动限制值。然而不足之处在于：仅以不平衡信息来控制振动限制值，并未将装配同轴度对不平衡分布的影响考虑在内，使得评价角度过于单一，无法将振动测试与装配制造相联系进行关联分析。

大型旋转装备装配的过程指标与最终指标联合表达，能够在不进行大量重复试验的基础上，为振动特性提供稳定的预测估计值，也能够利用预测得到的振动特性反向评估装配体和组合转子的装配质量。因此，在发展大型旋转装备的同时，如何在装配性能与振动特性之间实现双向评价是制造/测试/诊断中亟需解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法，所述方法包括：

步骤1、获取航空发动机高压压气机转子HPC和高压涡轮转子HPT的主要结构尺寸和质量信息，以及高压组合转子同轴度测量位置的结构尺寸信息；

步骤2、获取发动机HPC和HPT的不平衡的几何偏心矢量和装配成组合转子的装配相位，以及组合转子状态下的同轴度偏心矢量；

步骤3、将HPC和HPT的不平衡矢量除以各自的质量，转换为质心偏移矢量；

步骤4、将不同装配体自身的几何偏心与装配相位进行矢量叠加，结合组合转子状态下的同轴度偏心矢量，获取前后支撑位置的回转中心线以及各个装配体自身几何偏心与中心线的旋转矢量；