风阻效应的组合转子动平衡技术研转子动平衡机

风阻效应的组合转子动平衡技术研转子动平衡机 摘要：风阻效应组合转子是新型航空发动机中最核心最重要的零部件之一，转子结构复杂，装配精度要求高。影响转子的动平衡的因素有很多，且动平衡时不允许去除材料，是国内外研究的热点问题。通过理论分析和现场试验，采用错齿平衡、二倍频分析、计算机辅助编程、影响系数等新工艺方法，攻克了动平衡过程中转子组合后跳动值超差、动平衡值飘移、振动大、旋转不稳定等难题。 关键词：整体动平衡；组合转子；新工艺方法；平衡技术；叶轮 ：O369 文献标志码：0 ：1674-9324（xx）08-0077-02 一、转子的不平衡状态 平衡产品一般是带旋转轴的旋转体，所谓的旋转体通常指轴颈由轴承支承的旋转体。风阻效应的组合转子是由多个零件组装而成，有风阻效应的组合转子是由多个带叶片的转子组装而成。在机械旋转时，转子旋转产生离心力所引起的振动力或运动作用于轴承时，该转子处于不平衡的状态，对于刚性转子而言，当离心力的合力与合力矩完全为零时，支承既不承受动态力也不振动，则转子处于平衡状态，相反如果不平衡则有以下几种状态。 1.静不平衡状态。如果不平衡质量矩存在于质心所在的径向平面上，且无任何力偶矩存在时称静不平衡，此时主惯性轴（质量轴）与轴中心线平行它可在通过质心的径向平面加重（或去重），使转子获得平衡。 计算公式为：US=ur gmm e=ur/m ?滋m 2.偶不平衡状态。质心轴（主惯性轴）与轴线相交的不平衡状态称为偶不平衡，计算公式为： UC=ub gmm2 ?准= rad 3.动不平衡状态。假设有一个具有两个平面的转子的重心位于同一转轴平面的两侧，且m1r1=m2r2，整个转子的质心Mc仍恰好位于轴线上，显然，转子是静平衡的。但当转子旋转时，二离心力大小相等、方向相反，组成一对力偶，此力偶矩将引起二端轴承产生周期性变化的动反力，大小为：|A|=|B|=，这种由力偶矩引起的转子及轴承的振动的不平衡叫做动不平衡1。 4.动静混合不平衡状态。实际转子往往是动静混合不平衡。转子诸截面上的不平衡离心力形成的偏心距不相等，质心也不在旋转轴线上。转动时离心力合成成为一个合力（主向量）和一个力偶（主力矩），即构成一静不平衡力和一动不平衡力偶。 二、风阻效应组合转子的动平衡技术研究 1.动平衡技术难点。所谓动平衡是指不平衡的转子经过测量其不平衡量和不平衡相位，并加以校正以消除其不平衡量，使转子在旋转时，不致产生不平衡离心力的工艺过程。风阻效应组合转子具有其特殊的动平衡特性，存在以下几点技术难点： （1）组合转子由多个转子构成，每个转子都将产生一定的不平衡量。组装件可能会因其自身的不平衡量过大而无法平衡；或组装件能达到规定的平衡精度，但在实际工作中，由于叶轮的不平衡力和力偶的影响，使轴局部弯曲产生振动而影响到整体转子的不平衡量。 （2）组装后不平衡量是各单件不平衡量的矢量和，由于装配误差可能会出现新的不平衡量而使组装件达不到要求，给组装件平衡带来难度。 （3）由于组合转子有多件带有叶片的转子，转子工作时会产生气动效应，风阻力很大，气动力的干扰会使测量出现不稳定现象。 组合转子的动平衡技术复杂，对于实际经验要求较高，是现代化生产中的重要技术关键问题之一。 2.计算机辅助平衡方法研究。 （1）程序设计原理：以四级叶轮的风阻效应组合转子为例，其动平衡时不允许去材料，只能通过调整各级叶轮的相对位置来达到平衡的目的。 在规定转速下旋转时，没有发生弹性变形，或者说即使发生弹性变形也甚微，可以忽略。仍然可用静力学的原理去分析它，仍然可用静力学的公式建立起的关系式列出 在旋转的转子上划分成很多与轴线垂直单元的圆盘，在每个圆盘上有不同方向的不平衡量，按静力学的定律各不平衡量的离心力可以分配到两个任意选择的平面、上。 =1 = 换算到不平衡量为： =1 = 、被称为等效不平衡量，因为它完全代表转子的不平衡状态，二个不平衡矢量的大小和方向与我们选择的校正面位置有关，如果变换校正面的位置，则不平衡量的矢量也就会变化2。这就是说： 任意形状的刚性转子的不平衡状态完全可以由在两件任意选择的平面上的二个等效的不平衡量来说明。 这种转子的不平衡校正一般要在两个平面内分别校正。 用两个校正面来校正转子称为双面校正，如果转子的重心落在支承距离中间的三分之一处，每校正面的许用不平衡量可取其一半，如重心偏于单边，则按质量分布取值。 （2）计算机语言编程。一级叶轮、二级叶轮、三级叶轮和四级叶轮的半径（在测量静平衡时所设定的半径）分别为r1、r2、r3、r4，在该设定半径下测得的静不平衡质量分别为m1、m2、m3、m4，组合转子旋转时在四叶轮的偏心质量共同作用下导致动不平衡。 根据静力学原理，每个叶轮的离心力可分解为正交的XY两个方向，将这两个方向的力分配到两支点（以负载叶轮为例）： 左支点X向等效力：m1r1w2cos1（b+c+d+e）/（a+b+c+d+e） 左支点Y向等效力：m1r1w2sin1（b+c+d+e）/（a+b+c+d+e） 右支点X向等效力：m1r1w2cos1a/（a+b+c+d+e） 右支点Y向等效力：m1r1w2sin1a/（a+b+c+d+e） 其中w为角速度，为各轮盘的标记好的半径线与X向的角度，在整个平衡全过程此标记线是不允许变动的。 左支点合力：Fl=w2Ul 右支点合力：Fr=w2Ur 上式中Ul和Ur为左右支点的等效不平衡量，等式中含有的w2可以消去。 通过编程可以对组合方案进行搜索和优化，这种方法可以达到事半功倍的效果3。 三、结论 组合转子的整体动平衡技术，是近代高速大型转子设计、制造及运行的重要技术关键问题之一4。通过对组合转子整体平衡工作的研究、实践，总结出了一些组装件的平衡经验、不平衡量大的转子的平衡经验和有气动效应的转子的平衡经验。风阻效应组合转子动平衡技术的研究具有深远的战略性意义，该项技术成果的应用前景广泛，为开拓航空产品的市场提供了技术保障。 _： 1黄润华，韩国明.挠性机械平衡方法和准则M.北