關(guān)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)平衡試重選擇的試驗(yàn)研究

解夢(mèng)濤，翟亞浩

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西 西安 710089)

0 引言

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在零部件生產(chǎn)制造及裝配過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生偏心質(zhì)量[1-2]，因此多數(shù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會(huì)要求裝配完成后進(jìn)行動(dòng)平衡操作以降低整機(jī)振動(dòng)水平，減小支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)載荷，對(duì)于高速、重載機(jī)械系統(tǒng)一般會(huì)在使用階段視情況進(jìn)行在線動(dòng)平衡以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命[3-4]。而工程中采用的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理多是根據(jù)影響系數(shù)法進(jìn)行[5-6]，即需要先在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上添加試重，通過(guò)與初始構(gòu)型下的不平衡量進(jìn)行比對(duì)以計(jì)算出轉(zhuǎn)子影響系數(shù)矩陣，如式(1)所示。再計(jì)算出所需的配平方案。

(1)

其中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的初始不平衡振動(dòng)為V0，加試重后的不平衡振動(dòng)為V1，影響系數(shù)矩陣為A，加裝的試重為W1。所有變量均為復(fù)數(shù)，包含幅值與相位信息。

因此，影響系數(shù)矩陣的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到動(dòng)平衡計(jì)算精度，而多篇研究文獻(xiàn)表明加裝試重的選取直接關(guān)系到影響系數(shù)矩陣計(jì)算的準(zhǔn)確度[7-8]。本文通過(guò)試驗(yàn)研究對(duì)比分析了試重大小及加裝方位對(duì)動(dòng)平衡計(jì)算結(jié)果的影響規(guī)律。

1 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)

圖1 地面轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖

本文開(kāi)展的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)在圖1所示的地面轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)由鑄鐵平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、葉盤(pán)-轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)、軸承支撐-潤(rùn)滑系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)五個(gè)主要部分組成。

為準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取9個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)(表1)進(jìn)行轉(zhuǎn)速臺(tái)階試驗(yàn)，測(cè)量計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)處的轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)。

表1 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)設(shè)置

最終，計(jì)算獲取的轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)如圖2所示(初始構(gòu)型為例)。

圖2 初始構(gòu)型下試驗(yàn)獲取的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動(dòng)

其中，圖2(a)為試驗(yàn)轉(zhuǎn)速曲線圖；圖2(b)為每個(gè)試驗(yàn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)下提取的不平衡振動(dòng)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，即檢測(cè)到轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的穩(wěn)定條件后選擇的不平衡振動(dòng)計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)分布圖，表明在每一個(gè)轉(zhuǎn)速臺(tái)階處均存在多個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，將會(huì)計(jì)算出多個(gè)不平衡振動(dòng)幅值及相位數(shù)據(jù)；圖2(c)、(d)分別為計(jì)算獲取的轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)幅值與相位信息?？芍鶕?jù)各轉(zhuǎn)速點(diǎn)不同時(shí)段數(shù)據(jù)計(jì)算的不平衡振動(dòng)幅值信息均較為穩(wěn)定，不平衡相位信息在1200 rpm以上也較為穩(wěn)定。在低轉(zhuǎn)速區(qū)間不平衡振動(dòng)幅值接近于零，表示轉(zhuǎn)子系統(tǒng)幾乎不存在初始彎曲，不平衡振動(dòng)可直接用于動(dòng)平衡計(jì)算。

為分析加裝試重的大小與相位對(duì)于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡結(jié)果的影響，分別在轉(zhuǎn)子風(fēng)扇盤(pán)90°、210°、330°三個(gè)方向分別加裝6.93 g與12.41 g兩種質(zhì)量的試重后進(jìn)行不平衡錄取試驗(yàn)。圖3為配重加裝現(xiàn)場(chǎng)圖。

最終，可根據(jù)各轉(zhuǎn)速點(diǎn)下各不平衡幅值與相位信息繪制出轉(zhuǎn)子不平衡幅頻與相頻曲線，如圖4所示。

圖3 配重加裝現(xiàn)場(chǎng)圖

可獲得初始構(gòu)型與6組試重構(gòu)型下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)幅頻與相頻特性曲線，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在初始與試重構(gòu)型下的不平衡特性曲線

2 試重對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響分析

為分析不同試重加裝方案對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度的影響，分別以初始及試重6.93g∠90°試驗(yàn)、初始及試重6.93g∠210°試驗(yàn)、初始及試重6.93g∠330°試驗(yàn)、初始及試重12.41g∠90°試驗(yàn)、初始及試重12.41g∠210°試驗(yàn)、初始及試重12.41g∠330°試驗(yàn)中2700 rpm試驗(yàn)點(diǎn)的不平衡振動(dòng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算影響系數(shù)矩陣及配平方案，并進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，分析試重的大小及加裝相位對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響。最終，動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 試重大小/相位對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的對(duì)比分析

從6組結(jié)果可知，試重大小對(duì)動(dòng)平衡精度的影響較小，而試重方位對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響很大，當(dāng)試重加裝方位與轉(zhuǎn)子的初始不平衡相位較接近時(shí)，所計(jì)算的影響系數(shù)矩陣越準(zhǔn)確，動(dòng)平衡精度較高，反之則動(dòng)平衡計(jì)算精度較低，甚至可能導(dǎo)致動(dòng)平衡失敗。

3 結(jié)論

針對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)平衡問(wèn)題，本文為提高動(dòng)平衡精度，減少動(dòng)平衡試驗(yàn)次數(shù)，通過(guò)地面試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)研究了試重加裝方案選擇對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響。最終，通過(guò)不同大小及加裝相位的試重進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明試重大小對(duì)動(dòng)平衡精度的影響較小，而試重相位對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響很大，當(dāng)試重加裝方位與轉(zhuǎn)子的初始不平衡相位較接近時(shí)，所計(jì)算的影響系數(shù)矩陣較為準(zhǔn)確，動(dòng)平衡精度較高，反之可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失敗。