基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置。本发明专利技术从航空发动机多级转静子的几何偏差、转静子不平衡量、转静子的刚度、转静子的振动幅值出发，考虑转静子间装配接触面的面积影响，设置转静子转速为爬升转速得到振动幅值参数。依据上述多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值的计算方法，建立以装配相位为变量的目标函数，采用蒙特卡洛法求解，根据绘制的分布函数求出概率密度函数，进而得到航空发动机转静子的接触面跳动与最终多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值之间的概率关系，实现多级转静子装配优化和公差的分配。

【技术实现步骤摘要】
基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置
本专利技术属于机械装配
，特别是涉及基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置。
技术介绍
航空发动机工作的高转速下，其动态特性直接影响发动机性能，据统计航空发动机70％以上的故障都与振动相关，严重的振动会对航空发动机的性能造成巨大影响，甚至引起飞行事故，造成人员伤亡，带来大量经济损失。因此，目前亟待解决航空发动机装配高速振动幅值超差难题。苏州东菱振动试验仪器有限公司专利技术了一种航空发动机振动控制实验平台，包括实验台基座、航空发动机本体、驱动系统、测控系统和安全防护装置；所述驱动系统的第一驱动电机经第一联轴器将动力传递给航空发动机本体的低压转子系统,第二驱动电机经第二联轴器和航空发动机本体的附件传动系统将动力传递给航空发动机本体的高压转子系统,所述电机输出轴、低压转子系统和高压转子系统上设有电容式位移传感器,航空发动机5个支撑轴承所对应的2级机匣、3级机匣、6级机匣、燃烧室机匣以及高压涡轮机匣上设有三向振动加速度传感器,该实验平台可以用来测试分析航空发动机的多因素耦合振机问题；广泛适用于航空发动机双转子系统振动特性和振动控制策略研究。不足之处是：没有对引起航空发动机的多种关键指标因素进行综合考虑，进而寻找一种全局的最优方案。西北工业大学提出一种提高多转子航空发动机振动监测精度的方法，该方法采用了动态优化采样率和采样点数的方法，同时避免各转子基频发生“频谱泄露”，提高幅值测试精度。从而达到了发动机故障诊断及为现场动平衡提供了技术依据。其不足之处在于：没有充分考虑发动机的实际结构及其具体几何参数值，且没有通过动力学方程来准确计算航空发动机的振动情况以及高速响应特性。以上方法均存在的问题在于：仅单独进行了同轴度的单目标优化，且建立的同轴度模型未考虑绕X和Y轴的旋转误差，没有考虑不平衡参数，刚度参数，且未建立同轴度、不平衡量、刚度和高速振动响应的综合测量模型，不能实现航空发动机多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和高速振动响应的分配。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有的技术问题，提供了一种基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置，以解决发动机振动大的问题，实现航空发动机多级转静子的优化和公差分配。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法，步骤1、建立多级转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值模型；步骤2、依据蒙特卡罗法生成各级转静子的接触面跳动数据10000组，将随机数带入多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值公式，旋转各级转静子的旋转角度，进而得到10000组多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值参数，根据绘制的分布函数求出概率密度函数，进而得到航空发动机转静子的接触面跳动与最终多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值之间的概率关系，实现多级转静子公差的分配；步骤3、建立BP神经网络预测模型，使得转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值精准预测，从而实现多级转静子装配的优化。进一步地，所述步骤1具体为：多级转静子装配中，单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积，影响多级转静子装配后的累积偏心误差，其中，n级转静子装配后，由各级转静子定位、定向误差引起的第k级转静子累积偏心误差表示为：式中dx0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在X轴方向上的累积偏心误差；dy0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏心误差；dz0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在Z轴方向上的累积偏心误差；pi为第i级转静子径向测量面圆心的理想位置向量；dpi为第i级转静子径向测量面圆心位置的加工误差向量；Sri为第i级转静子绕Z轴旋转θri角度的旋转矩阵；Sr1为单位矩阵；Sxj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θxj-1角度的旋转矩阵；Syj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θyj-1角度的旋转矩阵，Srj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵；依据同轴度的ISO标准定义，n级转静子装配后同轴度的表达式为：多级转静子装配中，由各级转静子定位、定向误差引起的第n级转静子不平衡量表示为：式中，为装配后第n级转静子测量面在X轴方向上的不平衡量；为装配后第n级转静子测量面在Y轴方向上的不平衡量；m0-n为装配后第n级转静子的质量；将单级转静子自身不平衡量和装配过程中由定位和定向误差引入的不平衡量进行矢量相加，得到单级不平衡量，将各级转静子不平衡量分别投影到两个校正面，依据动平衡公式得到多级转静子初始不平衡量，实现多级转静子初始不平衡量的计算；多级转静子装配中，转静子间装配接触面的截面惯性矩I为：式中R为接触面外直径，r为接触面内直径，偏心量偏心角dθ＝arctan(dy0-k/dx0-k)，转静子抗弯刚度为EI，其中E为材料的弹性模量；转静子轴元素在固定坐标系下的运动方程为：其中，表示质量矩阵，表示惯性矩阵，Ge为陀螺效应矩阵，Ω为转静子自转角速度，qe为广义位移矢量，为刚度矩阵；Qe表示系统所受到的外力；上标e表示轴元素；由抗弯刚度组成刚度矩阵，设置转静子转速为爬升转速，采用有限单元法求解转静子系统的振动幅值参数。进一步地，所述爬升转速为最大转速的70％～85％。进一步地，所述步骤3具体为：基于大型高速回转装备装配工艺中温度、湿度、拧紧力矩、定向误差、定位误差、不平衡量测量误差、截面积、校正面位置、螺栓拧紧顺序、材料弹性模量、转静子高度、接触面半径、动刚度、转速和轴承支撑刚度多因素耦合特性，建立以各级大型高速回转装备温度、湿度、拧紧力矩、定向误差、定位误差、不平衡量测量误差、截面积、校正面位置、螺栓拧紧顺序、材料弹性模量、转静子高度、接触面半径、动刚度、转速和轴承支撑刚度误差因素为输入量，大型高速回转装备装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值为输出量的深度学习神经网络预测模型。本专利技术还提出一种用于实现基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法的装置，所述装置包括基座1、气浮轴系2、静平衡测量台3、调心调倾工作台4、左立柱5、右立柱6、左下横向测杆7、左下伸缩式电感传感器8、左上横向测杆9、左上伸缩式电感传感器10、右下横向测杆11、右下杠杆式电感传感器12、右上横向测杆13、右上杠杆式电感传感器14、门型横梁15、纵向测杆16和中位伸缩式电感传感器17；所述气浮轴系2嵌套在基座1中心位置上，静平衡测量平台3配置在气浮轴系2中心位置上，其中静平衡测量台3包括静平衡测量台下板3a、静平衡测量台上板3b、两个导向杆3c，3d、四个驱动杆3e，3f，3g，3h和三个精密力传感器3i，3j，3k；两个导向杆3c，3d均匀等距配置在静平衡测量台下板3a上；四个驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法，其特征在于：/n步骤1、建立多级转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值模型；/n步骤2、依据蒙特卡罗法生成各级转静子的接触面跳动数据10000组，将随机数带入多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值公式，旋转各级转静子的旋转角度，进而得到10000组多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值参数，根据绘制的分布函数求出概率密度函数，进而得到航空发动机转静子的接触面跳动与最终多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值之间的概率关系，实现多级转静子公差的分配；/n步骤3、建立BP神经网络预测模型，使得转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值精准预测，从而实现多级转静子装配的优化。/n

【技术特征摘要】
1.基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法，其特征在于：
步骤1、建立多级转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值模型；
步骤2、依据蒙特卡罗法生成各级转静子的接触面跳动数据10000组，将随机数带入多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值公式，旋转各级转静子的旋转角度，进而得到10000组多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值参数，根据绘制的分布函数求出概率密度函数，进而得到航空发动机转静子的接触面跳动与最终多级转静子同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值之间的概率关系，实现多级转静子公差的分配；
步骤3、建立BP神经网络预测模型，使得转静子装配后同轴度、不平衡量、刚度和振动幅值精准预测，从而实现多级转静子装配的优化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
多级转静子装配中，单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积，影响多级转静子装配后的累积偏心误差，其中，n级转静子装配后，由各级转静子定位、定向误差引起的第k级转静子累积偏心误差表示为：



式中dx0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在X轴方向上的累积偏心误差；dy0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏心误差；dz0-k为n级转静子装配后第k级转静子测量面圆心在Z轴方向上的累积偏心误差；pi为第i级转静子径向测量面圆心的理想位置向量；dpi为第i级转静子径向测量面圆心位置的加工误差向量；Sri为第i级转静子绕Z轴旋转θri角度的旋转矩阵；Sr1为单位矩阵；Sxj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θxj-1角度的旋转矩阵；Syj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θyj-1角度的旋转矩阵，Srj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵；
依据同轴度的ISO标准定义，n级转静子装配后同轴度的表达式为：



多级转静子装配中，由各级转静子定位、定向误差引起的第n级转静子不平衡量表示为：



式中，Ux0-n为装配后第n级转静子测量面在X轴方向上的不平衡量；Uy0-n为装配后第n级转静子测量面在Y轴方向上的不平衡量；m0-n为装配后第n级转静子的质量；
将单级转静子自身不平衡量和装配过程中由定位和定向误差引入的不平衡量进行矢量相加，得到单级不平衡量，将各级转静子不平衡量分别投影到两个校正面，依据动平衡公式得到多级转静子初始不平衡量，实现多级转静子初始不平衡量的计算；
多级转静子装配中，转静子间装配接触面的截面惯性矩I为：



式中R为接触面外直径，r为接触面内直径，偏心量偏心角dθ＝arctan(dy0-k/dx0-k)，转静子抗弯刚度为EI，其中E为材料的弹性模量；
转静子轴元素在固定坐标系下的运动方程为：



其中，表示质量矩阵，表示惯性矩阵，Ge为陀螺效应矩阵，Ω为转静子自转角速度，qe...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭久彬，刘永猛，孙传智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23