组合工件装配不平衡量预估方法和航空发动机装配不平衡量预估方法技术

本发明专利技术涉及一种组合工件装配不平衡量预估方法和航空发动机装配不平衡量预估方法，其中组合工件装配不平衡量预估方法包括：建立第一工件、第二工件、第一平衡工装和第二平衡工装的简化模型并对简化模型进行表达；建立通过第一平衡工装对第一工件进行平衡的第一不平衡量预估模型；建立通过第二平衡工装对第二工件进行平衡的第二不平衡量预估模型；根据第一不平衡量预估模型和第二不平衡量预估模型，建立组合工件的第三不平衡量预估模型。通过建立预估模型，可以提前对组合工件的不平衡量进行预估，进而对组合工件的平衡校正提供有效指导，有效改善组合工件的平衡质量。有效改善组合工件的平衡质量。有效改善组合工件的平衡质量。

【技术实现步骤摘要】
组合工件装配不平衡量预估方法和航空发动机装配不平衡量预估方法


[0001]本专利技术涉及工装
，尤其涉及一种组合工件装配不平衡量预估方法和航空发动机装配不平衡量预估方法。

技术介绍

[0002]当前，大涵道比民用涡扇航空发动机的设计不断的突破早期型号发动机的推重比、转子物理转速、涡轮前温度、低耗油率等，其追求更高的可靠性、经济性和维修性。为便于装拆、故检和维修等，发动机结构更多采用维修单元体形式。
[0003]组合平衡工艺是目前航空发动机转子采用的主要动平衡工艺之一，组合平衡质量和效果将直接影响到航空发动机转子的振动水平。以双转子航空发动机的高压转子为例，高压组合转子由高压压气机维修单元体转子和高压涡轮维修单元体转子组成，组合平衡工艺就是先用常规平衡工装分别平衡并校正两个维修单元体单子，然后将两个转子组装到一起进行组合平衡，并使其最终满足设计要求的剩余不平衡量范围。
[0004]转子初始不平衡量的大小是控制航空发动机整机转子振动水平的关键要素之一，组合转子的初始不平衡量与组合平衡工艺过程和平衡工装密切相关。
[0005]需要说明的是，公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种组合工件装配不平衡量预估方法和航空发动机装配不平衡量预估方法，可以为改善平衡质量提供指导。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供一种组合工件装配不平衡量预估方法，包括：
[0008]提供第一工件和第二工件，第一工件和第二工件组合装配为组合工件，第一工件提供用于支撑组合工件的第一支撑，第二工件提供用于支撑组合工件的第二支撑，第一工件具有第一表面，第二工件具有与第一表面对接的第二表面；
[0009]提供第一平衡工装和第二平衡工装，第一平衡工装用于平衡第一工件，第二平衡工装用于平衡第二工件，第一平衡工装提供第三支撑并具有与第一表面对接的第三表面，第二平衡工装提供第四支撑并具有与第二表面对接的第四表面；
[0010]建立第一工件、第二工件、第一平衡工装和第二平衡工装的简化模型并对简化模型进行表达；
[0011]建立通过第一平衡工装对第一工件进行平衡的第一不平衡量预估模型；
[0012]建立通过第二平衡工装对第二工件进行平衡的第二不平衡量预估模型；和
[0013]根据第一不平衡量预估模型和第二不平衡量预估模型，建立组合工件的第三不平衡量预估模型。
[0014]在一些实施例中，建立通过第一平衡工装对第一工件进行平衡的第一不平衡量预估模型的操作包括：
[0015]建立第一工件在第一位置与第一平衡工装对接时的第一不平衡量的表达式和在第二位置与第一平衡工装对接时的第二不平衡量的表达式；和
[0016]根据第一不平衡量的表达式和第二不平衡量的表达式，获得平衡过程中所需的第一转位补偿平衡量的表达式和第一工件的第一校正平衡量的表达式。
[0017]在一些实施例中，第一位置和第二位置在周向上相差180
°
，且第一不平衡量的表达式和第二不平衡量的表达式相加后再除以2得到第一转位补偿平衡量的表达式，第一不平衡量的表达式和第二不平衡量的表达式相减后再除以2得到第一校正平衡量的表达式。
[0018]在一些实施例中，第一转位补偿平衡量的表达式为：
[0019][0020][0021]其中，
[0022]U
6B
＝(m1L
11
L
A
+m6L
62
L
B
)Δ6[0023]M
6B
＝[ΔJ1L
A
+m6L
62
L
B
(L
21
+L
61
)
‑
ΔJ6L
B
]Δ6[0024][0025][0026]其中，OXYZ为直角坐标系，O为第一工件的质心位置，将第一工件的质心惯性轴以及第一表面和第二表面的结合面处端面法线构成的平面置于XOZ平面内，且第一工件的质心惯性轴与OX同轴，采用过质心的静不平衡矢量和相应的偶不平衡矢量来表示工件的不平衡矢量；
[0027]U6为第一平衡工装的静不平衡量，θ6为第一平衡工装的静不平衡量与OY轴的夹角，M6为第一平衡工装的偶不平衡量，为第一平衡工装的偶不平衡量与OY轴的夹角，m1为第一工件的重量，m6为第一平衡工装的重量，Δ6为第三表面与第一表面结合处的端跳；
[0028]L
11
为第一工件的质心到第一支撑的中心的轴向距离；
[0029]L
12
为第一工件的质心到第一表面的轴向距离；
[0030]L
61
为第一平衡工装的质心到第三表面的轴向距离；
[0031]L
62
为第一平衡工装的质心到第三支撑的中心的轴向距离；
[0032]ΔJ1为第一工件的直径转动惯量与极转动惯量的差值；
[0033]ΔJ6为第一平衡工装的直径转动惯量与极转动惯量的差值；
[0034]D为组合工件结合面处的直径；
[0035]γ为第一平衡工装的质心惯性轴与第一工件和第一平衡工装的结合面处端面法线构成的平面与XOZ平面的夹角。
[0036]在一些实施例中，第一校正平衡量的表达式为：
[0037][0038][0039]其中，
[0040]U
1B
＝(m1L
11
L
A
+m6L
62
L
B
)Δ1[0041]M
1B
＝[ΔJ1L
A
+m6L
62
L
B
(L
12
+L
61
)
‑
ΔJ6L
B
]Δ1[0042][0043][0044]其中，OXYZ为直角坐标系，O为第一工件的质心位置，将第一工件的质心惯性轴以及第一表面和第二表面的结合面处端面法线构成的平面置于XOZ平面内，且第一工件的质心惯性轴与OX同轴，采用过质心的静不平衡矢量和相应的偶不平衡矢量来表示工件的不平衡矢量；
[0045]U1为第一工件的静不平衡量，θ1为第一工件的静不平衡量与OY轴的夹角，M1为第一工件的偶不平衡量，为第一工件的偶不平衡量与OY轴的夹角，m1为第一工件的重量，m6为第一平衡工装的重量，Δ1为第一表面与第三表面结合处的端跳；
[0046]L
11
为第一工件的质心到第一支撑的中心的轴向距离；
[0047]L
12
为第一工件的质心到第一表面的轴向距离；
[0048]L
61
为第一平衡工装的质心到第三表面的轴向距离；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
其中，OXYZ为直角坐标系，O为所述第一工件(1)的质心位置，将所述第一工件(1)的质心惯性轴以及所述第一表面(12)和所述第二表面(22)的结合面处端面法线构成的平面置于XOZ平面内，且所述第一工件(1)的质心惯性轴与OX同轴，采用过质心的静不平衡矢量和相应的偶不平衡矢量来表示工件的不平衡矢量；U6为所述第一平衡工装(6)的静不平衡量，θ6为所述第一平衡工装(6)的静不平衡量与OY轴的夹角，M6为所述第一平衡工装(6)的偶不平衡量，为所述第一平衡工装(6)的偶不平衡量与OY轴的夹角，m1为所述第一工件(1)的重量，m6为所述第一平衡工装(6)的重量，Δ6为所述第三表面(62)与所述第一表面(12)结合处的端跳；L
11
为所述第一工件(1)的质心到所述第一支撑(11)的中心的轴向距离；L
12
为所述第一工件(1)的质心到所述第一表面(12)的轴向距离；L
61
为所述第一平衡工装(6)的质心到所述第三表面(62)的轴向距离；L
62
为所述第一平衡工装(6)的质心到所述第三支撑(61)的中心的轴向距离；ΔJ1为所述第一工件(1)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；ΔJ6为所述第一平衡工装(6)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；D为所述组合工件结合面处的直径；γ为所述第一平衡工装(6)的质心惯性轴与所述第一工件(1)和所述第一平衡工装(6)的结合面处端面法线构成的平面与XOZ平面的夹角。5.根据权利要求3所述的组合工件装配不平衡量预估方法，其特征在于，所述第一校正平衡量的表达式为：XOY面，XOZ面，其中，U
1B
＝(m1L
11
L
A
+m6L
62
L
B
)Δ1M
1B
＝[ΔJ1L
A
+m6L
62
L
B
(L
12
+L
61
)
‑
ΔJ6L
B
]Δ
11
其中，OXYZ为直角坐标系，O为所述第一工件(1)的质心位置，将所述第一工件(1)的质心惯性轴以及所述第一表面(12)和所述第二表面(22)的结合面处端面法线构成的平面置于XOZ平面内，且所述第一工件(1)的质心惯性轴与OX同轴，采用过质心的静不平衡矢量和相应的偶不平衡矢量来表示工件的不平衡矢量；
U1为所述第一工件(1)的静不平衡量，θ1为所述第一工件(1)的静不平衡量与OY轴的夹角，M1为所述第一工件(1)的偶不平衡量，为所述第一工件(1)的偶不平衡量与OY轴的夹角，m1为所述第一工件(1)的重量，m6为所述第一平衡工装(6)的重量，Δ1为所述第一表面(12)与所述第三表面(62)结合处的端跳；L
11
为所述第一工件(1)的质心到所述第一支撑(11)的中心的轴向距离；L
12
为所述第一工件(1)的质心到所述第一表面(12)的轴向距离；L
61
为所述第一平衡工装(6)的质心到所述第三表面(62)的轴向距离；L
62
为所述第一平衡工装(6)的质心到所述第三支撑(61)的中心的轴向距离；ΔJ1为所述第一工件(1)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；ΔJ6为所述第一平衡工装(6)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；D为所述组合工件结合面处的直径。6.根据权利要求2所述的组合工件装配不平衡量预估方法，其特征在于，建立通过所述第二平衡工装(5)对所述第二工件(2)进行平衡的第二不平衡量预估模型的操作包括：建立所述第二工件(2)在第三位置与所述第二平衡工装(5)对接时的第三不平衡量的表达式和在第四位置与所述第二平衡工装(5)对接时的第四不平衡量的表达式；和根据所述第三不平衡量的表达式和所述第四不平衡量的表达式，获得平衡过程中所需的第二转位补偿平衡量的表达式和所述第二工件(2)的第二校正平衡量的表达式。7.根据权利要求6所述的组合工件装配不平衡量预估方法，其特征在于，所述第一位置和所述第二位置在周向上相差180
°
，且所述第三不平衡量的表达式和所述第四不平衡量的表达式相加后再除以2得到所述第二转位补偿平衡量的表达式，所述第三不平衡量的表达式和所述第四不平衡量的表达式相减后再除以2得到所述第二校正平衡量的表达式。8.根据权利要求6所述的组合工件装配不平衡量预估方法，其特征在于，所述第二转位补偿平衡量的表达式为：XOY面，XOZ面，其中，U
5B
＝(m2L
22
L
C
+m5L
51
L
D
)Δ5M
5B
＝[
‑
ΔJ2L
C
‑
m5L
51
L
D
(L
52
+L
21
)+ΔJ5L
D
]Δ
55
其中，OXYZ为直角坐标系，O为所述第二工件(2)的质心位置，将所述第二工件(2)的质心惯性轴以及所述第一表面(12)和所述第二表面(22)的结合面处端面法线构成的平面置于XOZ平面内，且所述第二工件(2)的质心惯性轴与OX同轴，采用过质心的静不平衡矢量和相应的偶不平衡矢量来表示工件的不平衡矢量；
U5为所述第二平衡工装(5)的静不平衡量，θ5为所述第二平衡工装(5)的静不平衡量与OY轴的夹角，M5为所述第二平衡工装(5)的偶不平衡量，为所述第二平衡工装(5)的偶不平衡量与OY轴的夹角，m2为所述第二工件(2)的重量，m5为所述第二平衡工装(5)的重量，Δ5为所述第四表面(52)与所述第二表面(22)结合处的端跳；L
21
为所述第二工件(2)的质心到所述第二表面(22)的轴向距离；L
22
为所述第二工件(2)的质心到所述第二支撑(21)的中心的轴向距离；L
51
为所述第二平衡工装(5)的质心到所述第四支撑(51)的中心的轴向距离；L
52
为所述第二平衡工装(5)的质心到所述第四表面(52)的轴向距离；ΔJ2为所述第二工件(2)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；ΔJ5为所述第二平衡工装(5)的直径转动惯量与极转动惯量的差值；D为所述组合工件结合面处的直径；δ为所述第二平衡工装(5)的质心惯性轴与所述第二平衡工装(5)和所述第二工件(2)的结合面处端面法线构成的平面与XOZ平面的夹角。9.根据权利要求6所述的组合工件装配不平衡量预估方法，其特征在于，所述第二校正平衡量的表达式为：XOY面，XOZ面，其中，U
2B
＝(m2L
22
L
C
+m5L
51
L
D
)Δ2M
2B
＝[
‑
ΔJ2L
C
‑
m5L
51
L
D
(L
52
+L
21
)+ΔJ5L
D
]Δ
22
其中，OXYZ为直角坐标系，O为所述二工件(2)的质心位置，将所述第二工件(2)的质心惯性轴以及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊熙，赵岩，吉仕强，李明，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：