葉輪動平衡工裝設計

王科研 洪量 候佳希

摘要：航空發動機轉動件的不平衡量是影響發動機振動超限的主要原因。對葉輪的動平衡，需設計專用的動平衡工裝。本文以葉輪動平衡工裝設計為例，闡述了不平衡量的產生過程及去除方法，動平衡機的基本原理，及車間平衡機的專用工裝設計方法。

關鍵詞：不平衡量；動平衡；離心力；主慣軸；平衡機

1.不平衡的產生及危害

轉子系統是發動機中最重要的部件，轉子的不平衡量過大將引起整機振動過大，轉子自身將產生較大應力和變形，造成連接松動，軸承負荷過大、工作不良以致損壞。轉子變形過大則會產生靜、動件的碰撞摩擦，以及許多零組件的振動、疲勞和損壞，振動嚴重時甚至會造成飛行事故。轉子的不平衡量過大是一種常見的故障，又是一種破壞性較大的故障，如果發動機轉子的不平衡量過大，就必須對轉子進行平衡。

當零件做旋轉運動時，例如各種傳動軸，主軸，風機，水泵葉輪，刀具，電動機和汽輪機轉子等，統稱為回轉體。在理想的情況下，回轉體旋轉與不旋轉時對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的回轉體是平衡的回轉體。但工程中的各種回

轉體，由于材質不均勻或者毛坯缺陷，加工及裝配過程產生的誤差，甚至設計時就有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉體在旋轉時，其上每個微小質點產生的離心慣性力不能相互抵消，如圖1所示：離心慣性力通過軸承作用到機械及其基礎上，引起振動，產生了噪音，加速了軸承磨損，縮短了機壽命，嚴重時能造成破壞性的事故。為此，必須對轉子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使產生的機械振動幅度降在允許的范圍內。

2.動平衡機的應用

平衡機是測量旋轉物體（轉子）不平衡量大小和位置的機器。根據平衡機測出的數據對轉子的不平衡量進行校正，可改善轉子相對于軸線的質量分布，使轉子旋轉時產生的振動或作用與軸承上的振動力減少到允許的范圍內。

通常，轉子的平衡包含了測量和校正兩個步驟，平衡機主要用于不平衡量的測量，而不平衡量的校正往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其他的輔助設備，或者用手工方法完成。

3.使用車間現有平衡機工作原理

如圖2所示，調節活動支架，對準工件平衡支承點，安裝工件并將活動支架固定在底座后，在傳動皮帶的帶動下工件開始旋轉。當達到設定的轉速后，如果工件存在不平衡量，則支架在不平衡量的重力距作用下產生振動，安裝在支架中的傳感器將振動發出的電信號傳輸到I/O終端，經A/D轉換，終端根據所輸入的工件平衡參數，如轉速n，2側支點半徑r，自動計算不平衡量，將不平衡量顯示在顯示設備極坐標軸上。安裝與支架上部的傳感器用于記錄轉子轉過的相位角，根據轉速n，采樣的周期T，即能得到不平衡量所在的位置。由此，不平衡量的大小和位置都能夠得到。根據顯示在極坐標軸的不平衡質點位置及不平衡量的數值，工人就可以采取措施，采用增重或去重方法改善轉子質量分布。

4.葉輪動平衡工裝設計

如圖3所示，零件要求以2個軸承為支承點，對葉輪采用去重的方法進行平衡。動平衡工裝的設計要點是：保證2個軸承的旋轉中心一致，即保證回轉體的中心主慣性軸（Z軸）水平。

4.1 Z軸水平調整

由于需對2個軸承進行支承，為消除因制造即裝配所產生的誤差，保持Z軸水平，將一端支承設計成沿Y方向可調結構，如圖4所示。

使用時，松開鎖緊螺母，轉動高度調節螺母調整高度，帶動活動支架沿著4個導柱滑動，并借助水平儀調整至與另一側的支架高度一致后，擰緊高度調節螺母下方的備緊螺母，并將鎖緊螺母鎖緊即可。

對于此工裝，車間采用的水平儀精度為0.02：150mm，由于2個軸承間距小于150mm，導致水平儀無安裝空間。為此，需設計二級工具輔助測量芯棒進行校正，操作過程如下：將芯棒左端￠19.65端面安裝實驗軸承（此軸承為無內環滾子軸承），裝入支架，另一側￠40安裝在孔中，調節活動支座位置，至有足夠空間放入水平儀。

4.2 軸承旋轉中心一致保證方法

2個活動支座可以在底座上的直線導軌上沿Z方向滑動，2個活動支座上分別有2個￠4H7的定位孔，根據測量，2孔偏離中心距都為7.53。為此，在工裝設計時，只需將7.53這一偏心對軸承的旋轉中心尺寸要求嚴格，或者采用保證2件一致的方法，就能保證2軸承的旋轉中心軸線一致。

5該工裝現場使用效果

該工裝經過車間實際應用和檢驗，有效地檢測出了葉輪的不平衡量，得到了工人師傅的肯定，證明了設計的合理可行性，現該葉輪已經裝機使用。該套工裝的設計為后續科研產品的動平衡提供了依據。

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