申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2019-01-07

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN111475903B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2020.08.25#实质审查的生效;2020.07.31#公开

摘要：本发明提出了基于多偏置误差同步补偿的大型高速回转装备多级零部件动力学特性逐级测调和分配方法，属于机械装配技术领域。首先，建立单级转子五参数圆轮廓测量模型；利用椭圆第i个采样点到几何中心的距离对五参数圆轮廓测量模型进行简化，获得简化的五参数圆轮廓测量模型；然后，将实际测量的圆轮廓数据带入简化的五参数圆轮廓测量模型中，确定转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量的关系；最后，根据转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量的关系，设置转子转速得到临界转速参数目标函数，通过调节各级转子装配相位，使多级转子装配后高速响应临界转速参数最优，实现对航空发动机多级转子高速响应的优化。

主权项：1.基于多偏置误差同步补偿的大型高速回转装备多级零部件动力学特性逐级测调和分配方法，其特征在于，所述测调和分配方法包括：首先，建立包含有包含被测单级转子偏心误差、传感器测头偏移量、传感器测球半径、测量面倾斜误差及传感器倾斜误差的单级转子五参数圆轮廓测量模型；当偏心误差相对于拟合椭圆短轴为er0＜10-3时，利用椭圆第i个采样点到几何中心的距离ri对五参数圆轮廓测量模型进行简化，获得简化的五参数圆轮廓测量模型；然后，将实际测量的圆轮廓数据带入简化的五参数圆轮廓测量模型中，确定转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量的关系；最后，根据转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量的关系，设置转子转速得到临界转速参数目标函数，通过调节各级转子装配相位，使多级转子装配后高速响应临界转速参数最优，实现对航空发动机多级转子高速响应的优化；所述测调和分配方法的具体过程包括：步骤一、建立单级转子五参数圆轮廓测量模型，所述五参数圆轮廓测量模型的测量方程为： 其中，ρi为传感器测头到测量回转中心的距离，e为转子偏心量，θi为相对于回转中心的采样角度，α为转子偏心角，r为传感器测球半径，n为采样点数，ri为拟合椭圆第i个采样点到几何中心的距离，Δri为转子表面加工误差，d为传感器测头偏移量；步骤二、拟合椭圆第i个采样点到集合中心的距离ri，所述距离ri的表达式为： 其中，r0为拟合椭圆短轴，为相对于几何中心的采样角度，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，χ为传感器倾斜角；步骤三、当偏心误差相对于拟合椭圆短轴为er0＜10-3时，将步骤一所述测量方程进行幂级数展开，获得简化的五参数圆轮廓测量模型为： 步骤四、将实际测量的圆轮廓数据带入所述简化的五参数圆轮廓测量模型，利用所述简化的五参数圆轮廓测量模型对单级转子偏心误差进行估计，获得单级转子偏析误差对舵机转子装配后不平衡量的影响，确定多级转子装配后的初始不平衡量，然后，通过所述多级转子装配后的初始不平衡量确定转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量之间的关系；步骤五、设置转子转速为慢车转速得到临界转速参数目标函数，通过调节各级转子装配相位，使多级转子装配后高速响应临界转速参数最优，实现对航空发动机多级转子高速响应的优化；其中，慢车转速为最大转速的50％；步骤四所述转子装配后动态响应参数与各级转子偏心误差、不平衡量之间的关系的确定过程包括：第一步、确定各级转子偏心误差引起的第n级转子不平衡量，所述各级转子偏心误差引起的第n级转子不平衡量为： 其中，Ux0-n为装配后第n级转子测量面在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级转子的质量；pi为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量；dpi为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量；Sri为第i级转子绕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；pi为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量；dpi为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量；Srj-1为第j-1级转静子绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵；Sr1为单位矩阵；第二步、将单级转子自身不平衡量和装配过程中由偏心误差引入的不平衡量进行矢量相加，获得多级转子装配后任意一级转子的不平衡量；第三步、将各级转子不平衡量进行矢量叠加获得多级转子初始不平衡量；第四步、将多级转子进行装配后，确定转子间装配接触面的界面截面惯性矩I，所述截面惯性矩I为： 其中，R为接触面外直径，r为接触面内直径，偏心量偏心角dθ＝arctandy0-ndx0-n，其抗弯刚度为EI，其中E为材料的弹性模量；第五步、确定转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；为广义位移矢量的一阶导数；为广义位移矢量的二阶导数；第六步、结合第四步和第五步获得截面惯性矩I和转子轴元素在固定坐标系下的运动方程，将抗弯刚度组成刚度矩阵，采用有限单元法求解转子系统的动态响应参数，即可获得动态响应参数与各级转子偏心误差和不平衡量的关系。

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