葉片平衡工裝的設(shè)計(jì)及計(jì)算

李志明 李 碩

（1.錦州歐仕包裝機(jī)械有限公司，遼寧 錦州 121001；2.沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 概述

轉(zhuǎn)子葉片是在發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)的重要部件，在高速旋轉(zhuǎn)中承受巨大的拉伸力，對(duì)葉片的平衡是葉片生產(chǎn)的重要工序。平衡工裝的設(shè)計(jì)，之前主要由手工計(jì)算完成，不但工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)，還容易出錯(cuò)?，F(xiàn)在UG建模軟件日益普及，其強(qiáng)大的計(jì)算功能使工作量大大降低了，同時(shí)還確保了準(zhǔn)確性。UG能迅速測(cè)量出實(shí)體模型的質(zhì)量、重心位置、回轉(zhuǎn)半徑，節(jié)省了大量的計(jì)算，體現(xiàn)了建模軟件應(yīng)用于平衡工裝設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。下文我們將以某型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片平衡工裝為例，簡(jiǎn)單探討葉片平衡工裝的設(shè)計(jì)及計(jì)算。

2 某型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子裝配和平衡技術(shù)要求

b.重心距平面N距離：

c.對(duì)中心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ：

由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ和回轉(zhuǎn)半徑RZ有如下的關(guān)系：JZ= M·RZ2，推出

3 某型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡工裝的設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1 初始模型分析

在進(jìn)行某汽輪機(jī)所使用的轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要首先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，利用轉(zhuǎn)子模擬件做初始實(shí)驗(yàn)。但是以安全和經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)出發(fā)，并不需要模擬件同真件相同，所以，在模擬件中無(wú)需過(guò)于復(fù)雜的幸免以及型腔、孔，這些結(jié)構(gòu)也不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。之后用UG進(jìn)行測(cè)量，得出如下數(shù)據(jù)：

零件質(zhì)量為135.45kg，重心同N面之間的距離為295.05mm，其會(huì)裝半徑可以達(dá)到19.62cm。

3.2 重心精確調(diào)整

通過(guò)上述內(nèi)容可以退出，初始模型無(wú)法達(dá)到技術(shù)條件要求下的重心位置確定，因此對(duì)于重心偏差還需要繼續(xù)調(diào)整。為方便計(jì)算，不改變后軸頸以及鼓筒軸的形狀，只對(duì)模擬盤(pán)尺寸做略微變動(dòng)。如圖1所示：

在中心平面上初始模型相對(duì)于規(guī)定的平面略有偏差，上圖顯示，偏左，所以需要在規(guī)定的中心平面右側(cè)增加質(zhì)量△M1，需要對(duì)Q面增加厚度，將厚度增加h1，對(duì)其中心進(jìn)行校正，得出下式：

另，根據(jù)質(zhì)量和體積的關(guān)系，有：

其中，ρ為材料密度，值為 7.75×103kg/m3.將 d1=534mm，d2=613mm，Lm=297.1mm，Lp=295.05mm，Lq=343.4mm代入（5）、（6）式得：

由于校正孔存在于Q面上，所以需要對(duì)校正孔的影響進(jìn)行考量，對(duì)h1進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整量為11mm，并利用UG進(jìn)行拉伸，從而獲得新模型，重新進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。

此時(shí)M2的質(zhì)量為140.97kg，重心為297.16mm，回轉(zhuǎn)半徑也有所變化，RZ2變?yōu)?0.06mm。

3.3 質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的調(diào)整

上述內(nèi)容中我們可以看出重心已經(jīng)被調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位置，以下需要對(duì)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行調(diào)整。

正是因?yàn)镸2＞M，因此現(xiàn)在需要做的就是對(duì)模型進(jìn)行質(zhì)量減輕，將模型去除質(zhì)量為6.34kg的材料。以中心位置不變?yōu)榛A(chǔ)，進(jìn)行模型的調(diào)整，這就需要以重心作為基礎(chǔ)，在M兩側(cè)進(jìn)行等質(zhì)量的材料去除，如圖2所示，分別在模型兩邊去除3.17kg的材料，并將厚度減小27.52mm，于是有下式：

將 d2=613mm，h2=27.52mm，ρ=7.75×103kg/m3，△M=6.34kg代入得：

圖1

圖2

用UG進(jìn)行拉伸操作，去除材料后測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下：

質(zhì)量M3：134.63kg。重心：297.16mm?；剞D(zhuǎn)半徑RZ3：19.48cm，算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ3=M3RZ32=51088kg·cm2

由于模擬件輪廓尺寸和真件幾乎一樣，所以其回轉(zhuǎn)半徑變化不大，由上面測(cè)量數(shù)據(jù)便可看出。比較上述四個(gè)式子，全部滿足技術(shù)要求。計(jì)算過(guò)程完畢。

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1996.

[2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1996.