[发明专利]一种基于端跳测量计算转子装配轴线偏斜的方法

摘要

一种基于端跳测量计算转子装配轴线偏斜的方法，包括三接触点的计算、三角形判定准则和偏斜矩阵齐次坐标变换算法三部分；三点接触计算主要包括初始测量数据的表征、接触点的确定、偏转方向的确定及表征方法；三角形判定准则用于判定所得三点是否符合实际，详细描述了判定原则、计算方法与舍弃点的确定过程；偏斜矩阵齐次坐标变换算法包括倾角方向及大小的矩阵表征，最终装配结果整体轴线偏斜的计算方法与矩阵表示方法等。本方法基于生产实际中的实测端跳数据，实现了在装配前对轴线偏斜的预测，提高了装配后的转子同轴度，同时大大提高了一次装配通过率，对航空发动机转子件装配过程中的轴线预测、装配相位调整与优化有着重要的现实指导意义。

主权项

1.一种基于端跳测量计算转子装配轴线偏斜的方法，其特征在于，步骤如下：步骤A：相邻两级盘，转子A的上下面中心分别为AO2、AO1，转子B上下面中心分别为：BO2、BO1，两转子配合面为转子A上端面A2及转子B下端面B1；两接触面A2、B1用矩阵表征，数据的形式是一个圆环，分别为A(α,z)及B(α,z)，用极坐标表示法表征α处某点的跳动值z；圆心O在全局坐标系中的位置为O(0,0)，已知转子半径R；以转子A上端面A2为基面，找到转子B下端面B1在与A2三点接触时的三点，此三点确定接触后的平面；步骤B：计算第一接触点：下端转子A固定不动，上端转子B逐渐向下平移逼近，即转子B的下端面B1平移逼近转子A的上端面A2，假设平移距离为d后产生第一个接触点c1，则c1即为两端面实际距离最近的两点；c1为最先接触的两点，未必是最终的三个接触点之一；此阶段为平移接触过程，输入为上端面A2及下端面B1的端跳数据，A(α,z)及B(α,z′)；找出相距最近的两点，即第一个接触点c1，在此对两组端跳数据求和，获得求和后的数据矩阵SUM(α,z‘’)，找出数据矩阵SUM(α,z‘’)端跳和最大值对应的点即为第一个接触点，即z‘’最大值z‘’max对应的α，即为第一个接触点c1(α)；计算式：z‘’＝z+z′；                (1)步骤C：计算第二接触点：使转子B的下端面B1绕点c1旋转继续与转子A的上端面A2靠近，旋转方向为c1与下端面B1圆心O连线方向，旋转一定角度θ1后，产生第二个接触点c2；此阶段为单点旋转接触过程，输入为：最大距离z‘’_max、第一个接触点c₁(α)、上端面A₂及下端面B₁的端跳数据，A(α,z)及B(α,z′)；根据第一阶段得出的接触点c₁(α)，确定旋转方向为接触点c₁(α)与下端面B₁圆心O′的连线方向，旋转朝向圆心O′；根据第一阶段得出的最大距离z‘’_max及上端面A₂及下端面B₁的端跳数据，A(α,z)及B(α,z′)计算出每一组点的接触剩余距离在旋转方向上投影所对应的角度θ_i，找出θ_i最小值所对应的点，此点即为第二个接触点c₂(α₂)；计算式：d＝z‘’max‑z‑z′；(2)步骤D：计算第三接触点：下端面B1绕点c1与点c2连线的垂直平分线方向，朝向圆心O方向旋转，继续向上端面A2靠近，旋转一定角度θ2后，产生第三个接触点c3；此阶段为连线旋转接触过程，输入为：θ_i最小值第二个接触点c₂(α₂)、最大距离z‘’_max、第一个接触点c₁(α)、上端面A₂及下端面B₁端跳数据A(α,z)、B(α,z′)；根据第二阶段得出的接触点c₁(α)、c₂(α₂)，确定旋转方向为接触点c₁(α)与c₂(α₂)的连线垂直平分线方向，旋转朝向圆心O"；根据第一阶段得出的最大距离z‘’_max、上端面A₂及下端面B₁的端跳数据，A(α,z)及B(α,z′)、第二阶段得出的θ_i最小值第二个接触点c₂(α₂)，计算出每一组点的接触剩余距离在旋转方向上投影所对应的角度θ_i2，找出θ_i2最小值所对应的点，此点即为第三个接触点c₃(α₃)；计算式：d2＝z‘’max‑z‑z′‑d×li/l′；              (4)步骤E：三角形判定：根据获得的三点c1、c2、c3判定接触三点是否符合三角判定准则；若符合，三角判定程序结束，获得三接触点；若不符合，则进入下一步骤；三角形判定准则说明：根据局部坐标系中的三点所构成的三角形是否包含圆心来判定三点的有效性，若圆心在三角形内，则此三角形必为锐角三角形；计算方法：根据c1、c2、c3三点连线三角形内角来判断：若三个内角均为锐角，则O"在三角形内，三点满足实际情况，三个接触点坐标即确定；否则，O"不在三角形内，需要舍弃三点所构成的劣弧中间的点，重新寻找接触点，执行步骤F；步骤F：此阶段为重新寻找第三接触点阶段，此阶段输入量为：第一个接触点c1(α)、第二个接触点c2(α2)、第三个接触点c3(α3)；基于实际情况出发，当圆心O"不在三点c1、c2、c3所构三角形内时，上端件B无法稳定，继续倾斜寻找另一个点，同时三个接触点中有一个点脱离接触，即三点中间的点脱离接触，确定旋转方向为另外两点的连线垂直平分线方向，旋转朝向圆心O"，重新执行步骤D，以未脱离接触两点作为新的c1(α)、c2(α2)接触点进行计算，而后执行步骤E进行三角形判定，直至满足三角形判定准则得出最终接触点；步骤G：三个接触点确定后，轴线偏斜即为步骤C及步骤D计算第二、第三接触点时转子B的两次轴线倾斜的矢量叠乘；另外若在执行步骤E三角判定时反复执行步骤F，则在计算整体轴线偏斜时需将每次执行步骤E中的偏斜矩阵都代入叠乘；测量面的齐次坐标变换矩阵表示为：式中，u、v为平移量，z为截面高度，β、α相当于平面法向量(‑A,‑B,1)中的A、B，从数值上看，‑A分量为绕y轴转角，‑B分量为绕x轴转角的负值；按式(6)所示计算方法将步骤C、D、F中的每次轴线偏斜用坐标变换矩阵H_i表示，如若整个过程产生n次坐标变换，则将这些坐标变换矩阵按执行步骤对应的变换顺序叠乘即可得到整体轴线偏斜变换矩阵：整体轴线偏斜变换矩阵H按式(6)转化为轴线偏移方向及偏斜大小两个参数，即为最终结果。