一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统及优化方法

1.本发明属于发动机装配技术领域，具体地，涉及一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统及优化方法。


背景技术：

2.航空发动机是飞行器重要的动力来源，航空发动机的质量决定着飞行器的性能和稳定性，由航空发动机引起的事故中有大约70％是由发动机振动引起的，对于发动机而言，导致振动的主要原因是转子存在的不平衡量，由于航空发动机转速极高，不平衡量引起的振动进一步被放大。
3.航空发动机涡轮结构如图1所示，具有结构小型且转子级数多的特点，在不足一米的轴上需要安装数十个转子件，同时多个转子为间隙配合，转子误差在多级转子安装过程中会被迅速放大，并且安装随机性也会严重影响发动机性能。因此亟需探索间隙配合装配机理，指导发动机精准装配。


技术实现要素：

4.本发明针对多级转子装配不平衡量超差问题，提出了一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统及优化方法。
5.本发明通过以下技术方案实现：
6.一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化方法，多级混合装配转子装配时，先以中心轴为基准，安装多级间隙转子，当多级间隙转子安装完毕，再安装过盈配合转子，通过相位调整使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控：
7.所述方法具体包括以下步骤：
8.步骤1，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；
9.步骤2，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；
10.步骤3，计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。
11.进一步地，在步骤1中，装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：
[0012][0013]
其中，
[0014]
t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，
[0015]
t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，
[0016]
t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，
[0017]sxi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；
[0018]syi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；
[0019]
pi为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；
[0020]
dpi为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′i为第i级转子间隙偏心位置矢量；
[0021]sri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。
[0022]
进一步地，在步骤2中，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：
[0023][0024]
进一步地，在步骤3中，径向截面圆心位置展开为：
[0025][0026]
其中ηi表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；
[0027]
n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；
[0028]
通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。
[0029]
一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统：
[0030]
所述系统包括偏心误差计算模块、圆心向量计算模块和相位调整模块；
[0031]
偏心误差计算模块，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；
[0032]
圆心向量计算模块，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；
[0033]
相位调整模块，根据计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。
[0034]
进一步地，所述偏心误差计算模块，计算装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：
[0035][0036]
其中，
[0037]
t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，
[0038]
t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，
[0039]
t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，
[0040]sxi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；
[0041]syi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；
[0042]
pi为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；
[0043]
dpi为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′i为第i级转子间隙偏心位置矢量；
[0044]sri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。
[0045]
进一步地，所述圆心向量计算模块，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：
[0046][0047]
进一步地，所述相位调整模块，径向截面圆心位置展开为：
[0048][0049]
其中ηi表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；
[0050]
n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；
[0051]
通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。
[0052]
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0053]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0054]
本发明有益效果
[0055]
本发明具有结构简单，非线性校正效果好，抗噪能力更强，辅助干涉仪短，无需高采样率，基本不受色散失配和环境变化的影响，可在线溯源等优势。
附图说明
[0056]
图1为组合动力发动机涡轮部分示意图；
[0057]
图2为多级混合装配转子装配示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化方法，多级混合装配转子装配时，先以中心轴为基准，安装多级间隙转子，当多级间隙转子安装完毕，再安装过盈配合转子，通过相位调整使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控：
[0060]
所述方法具体包括以下步骤：
[0061]
步骤1，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；
[0062]
步骤2，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；
[0063]
步骤3，计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。
[0064]
在步骤1中，装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：
[0065][0066]
其中，
[0067]
t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，
[0068]
t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，
[0069]
t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，
[0070]sxi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；
[0071]syi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；
[0072]
pi为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；
[0073]
dpi为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′i为第i级转子间隙偏心位置矢量；
[0074]sri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。
[0075]
在步骤2中，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：
[0076][0077]
在步骤3中，径向截面圆心位置展开为：
[0078][0079]
其中ηi表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；
[0080]
n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；
[0081]
通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。
[0082]
一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统：
[0083]
所述系统包括偏心误差计算模块、圆心向量计算模块和相位调整模块；
[0084]
偏心误差计算模块，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；
[0085]
圆心向量计算模块，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；
[0086]
相位调整模块，根据计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调6.根据权利要求5所述系统，其特征在于：
[0087]
所述偏心误差计算模块，计算装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：
[0088][0089]
其中，
[0090]
t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，
[0091]
t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，
[0092]
t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，
[0093]sxi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；
[0094]syi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；
[0095]
pi为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；
[0096]
dpi为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′i为第i级转子间隙偏心位置矢量；
[0097]sri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。
[0098]
所述圆心向量计算模块，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：
[0099][0100]
所述相位调整模块，径向截面圆心位置展开为：
[0101]
[0102]
其中ηi表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；
[0103]
n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；
[0104]
通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。
[0105]
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0106]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0107]
本技术实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dynamic ram，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate sdram，ddr sdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，dr ram)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0108]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，dvd))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，ssd))等。
[0109]
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
[0110]
应注意，本技术实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0111]
以上对本发明所提出的一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化方法，多级混合装配转子装配时，先以中心轴为基准，安装多级间隙转子，当多级间隙转子安装完毕，再安装过盈配合转子，通过相位调整使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：步骤1，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；步骤2，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；步骤3，计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤1中，装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：其中，t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，s
xi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；s
yi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；p
i
为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；dp
i
为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′
i
为第i级转子间隙偏心位置矢量；s
ri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：在步骤2中，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：在步骤3中，径向截面圆心位置展开为：
其中η
i
表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。5.一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统，其特征在于：所述系统包括偏心误差计算模块、圆心向量计算模块和相位调整模块；偏心误差计算模块，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；圆心向量计算模块，根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；相位调整模块，根据计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。6.根据权利要求5所述系统，其特征在于：所述偏心误差计算模块，计算装配后第n级转子累积偏心误差表达式为：其中，t
ri
为两级转子结合面间的变换矩阵，t
zi
为转子i的理想圆心的偏心，t
clearancei
为转子i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，t
dzi
为转子i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，t
orientationi
为转子i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，s
xi
为第i级转子基准面绕x轴的旋转矩阵；s
yi
为第i级转子基准面绕y轴的旋转矩阵；p
i
为第i级转子装配面圆心的理想位置向量；dp
i
为第i级转子装配面圆心位置的加工误差向量；dp
′
i
为第i级转子间隙偏心位置矢量；s
ri
为第i级转子绕z轴的旋转矩阵；s
r1
为单位矩阵。7.根据权利要求6所述系统，其特征在于：所述圆心向量计算模块，装配后第n级转子装配面圆心位置向量可表示为：
8.根据权利要求7所述系统，其特征在于：所述相位调整模块，径向截面圆心位置展开为：其中η
i
表示第i个转子的随机间隙大小，θ
ηi
表示随机间隙轴向投影偏心角；n级转子装配后，将每级转子不平衡量进行合成，即可得到n级转子装配后初始不平衡量；通过转子装配相位的调整，能够实现转子装配不平衡量的调控。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至8中任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求6至8中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提出了一种基于间隙配合的多级转子不平衡量优化系统及优化方法，多级混合装配转子装配时，先以中心轴为基准，安装多级间隙转子，当多级间隙转子安装完毕，再安装过盈配合转子，通过相位调整使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控，根据航空发动机两级间隙转子装配中定位和定向误差传递关系，获得多级转子装配累积偏心误差关系，计算装配后转子的累积偏心误差；根据转子的累积偏心误差计算转子装配面圆心位置向量；计算得到径向截面圆心位置，通过转子装配相位的调整，使转子整体的不平衡量最优，实现转子装配不平衡量的调控。不平衡量的调控。不平衡量的调控。


技术研发人员：孙传智 陈泽 刘永猛 谭久彬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/10/6