薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法与流程

1.本发明涉及零件动平衡控制技术领域，具体地，涉及一种薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法。


背景技术：

2.航空发动机上的轴类零件一般都较为细长，且均有较高的高速动平衡要求，即要求零件在两边支承的条件下旋转10000r/min左右时,其临界挠度最大不超过200μm；旋转20000r/min左右时,其额定挠度最大不超过60μm。
3.控制这些细长轴类零件的临界挠度最核心的要素为控制薄壁细长轴的壁厚差，例如上述挠度效果就要求壁厚差控制在0.035精度内，但是薄壁细长轴的壁厚差的分布表现为空间分布,无法对其壁厚差做出精度很高的控制,因此也无法很好地对这些零件进行高速动平衡控制。
4.公告号为cn111390507b的专利公开一种中央传动杆控制壁厚差及动不平衡量制造方法，该方法是在热处理前，将加工内孔与外径工序的余量进行调整，保证在热处理后可以消除热处理产生的变形；在热处理过程中，采用吊装的方式进行热处理，减小热处理的变形量；在动平衡前增加预平衡，预平衡时不去量，只记录零件不平衡实际值及位置，预平衡后，在铣扁工序考虑之前标记好的位置确定铣扁方向，这样摸索零件变形规律，为最终动平衡去重留出更多可操作的空间，为保证零件动平衡量提供前提条件。该发明提出的制造方法可有效减少零件在热处理时的变形；实现在不去重的情况下直接合格。
5.上述专利的动不平衡量控制主要是通过控制零件壁厚差来实现，相当于其把壁厚差当作了直接影响要素来调节，通过在零件加工过程中直接控制壁厚差，在加工成成品之后不再对零件进行去重，最终达到实现零件动平衡的目的。
6.然而零件的高速动平衡控制并非全是由壁厚差决定，不能将控制高速动平衡直接等同于控制零件壁厚差，上述专利的思维显然过于局限。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，以解决细长轴零件高速动平衡临界挠度与额定挠度不合格的问题。
8.本发明的目的通过以下技术方案实现：
9.一种薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，零件上具有多处凸台设计，包括动平衡量测量、动平衡控制和壁厚差测量验证三个步骤，通过设定零件的动不平衡量参考值，当对零件进行动平衡量测量得出的动不平衡量大于所述动不平衡量参考值时，在动平衡控制步骤对零件进行偏心外圆磨。
10.进一步地，所述动平衡量测量步骤包括：
11.s11.对零件选定第一支承面和第二支承面，采用动平衡机架支承，将零件调平；
12.s12.对零件选定第一校正面和第二校正面和校正面半径；
13.s13.对零件选定两个基准面，以第一支承面至第一校正面的距离、第二支承面至第二校正面的距离、第一校正面和第二校正面的间距、校正面半径为进行动平衡量测量的参数，进行零件动平衡量检查，确定零件动平衡重点及方向，并标记重点，记录不平衡量。
14.更进一步地，所述动平衡控制为根据s13中确定的动平衡重点、方向及不平衡量，进行去零件重点的偏心磨削，包括：
15.s21.对两个基准面以同一跳动量进行检测，验证高点跳动是否位于s13所标记的重点处；
16.s22.对零件选取至少一个凸台进行偏心磨削，使偏心磨削后零件动平衡量不大于所述动不平衡量参考值。
17.再进一步地，s22中对零件上所有凸台进行偏心磨削。
18.还进一步地，s22中偏心磨削的磨削量由动不平衡量参考值根据动平衡量计算反推得出。
19.还进一步地，所述动平衡控制步骤还包括s23.偏心磨削后，对零件再次进行动平衡试验，验证动平衡量是否不大于所述动不平衡量参考值。
20.进一步地，所述壁厚差测量验证步骤为：在零件长度方向上选取多个截面，每个截面设定多个测点，所述测点分布在零件均布的多条母线上，对各测点进行壁厚差测量。
21.更进一步地，所述壁厚差测量在直线度仪上进行。
22.更进一步地，所述母线条数为四条。
23.更进一步地，所述截面数量为十个。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.本发明创造性地通过静不平衡来改进高速动平衡，静不平衡本质是调整质量的分布，因此通过调整质量的分布来提高高速动平衡；
26.通过可检查的动平衡的重点将零件壁厚差厚点联系和应用，做到对动平衡的精准量化控制，本发明的高速动平衡控制方法控制效果好，科学合理，高速动平衡的合格率高，控制点精确，测量方法简单；仅通过一道动平衡工序和一道偏心磨削工序即可控制零件的静平衡值，进而控制其高速动平衡临界挠度与额定挠度。
附图说明
27.图1为本发明实施例1所述的零件进行动平衡测量时相关参数示意图；
28.图2为本发明实施例1所述的零件进行动平衡控制时的偏心磨削控制示意；
29.图3为本发明实施例1所述的壁厚差测量验证时的壁厚差测量位置示意；
30.图4为本发明实施例3所述的零件高速动平衡控制波特图。
具体实施方式
31.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本技术方案进行详细阐述。
32.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
33.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.实施例1
37.本实施例提供一种如图1所示的薄壁细长轴零件的高速动平衡控制方法，零件上具有多处凸台设计，凸台如图2中的处。本控制方法的成型源于：通过相关数据收集，发现了壁厚差厚点与动平衡高点的方向一致的统计学规律，因此将控制壁厚差改为控制零件的动平衡，因为动平衡本质是静不平衡，而静不平衡本质是调整质量的分布，因此本控制方法通过调整质量的分布来提高高速动平衡，即通过静不平衡来改进高速动平衡；具体表现为：在动平衡机上完成动平衡量的测量，再通过偏心磨削的方式去除动平衡的重点方向上的料，同时控制外圆跳动，进而间接地控制零件的壁厚差，最终达到控制零件高速动平衡的挠度的目的，保证高速动平衡的精度。
38.具体地，本控制方法包括动平衡量测量、动平衡控制和壁厚差测量验证三个步骤，通过设定零件的动不平衡量参考值，当对零件进行动平衡量测量得出的动不平衡量大于所述动不平衡量参考值时，在动平衡控制步骤对零件进行偏心外圆磨。
39.其中，动平衡量测量步骤包括：
40.s11.对零件选定第一支承面和第二支承面，如图1中的b支承面和a支承面，采用动平衡机架在该两个支承面处支承，将零件调平；
41.s12.对零件选定第一校正面和第二校正面及校正面半径，如图1中选用d处作为校正面；
42.s13.对零件选定两个基准面，如图2中的e基准和f基准，以第一支承面至第一校正面的距离、第二支承面至第二校正面的距离、第一校正面和第二校正面的间距、校正面半径
为进行动平衡量测量的参数，进行零件动平衡量检查，确定零件动平衡重点及方向，并标记重点，记录不平衡量。
43.动平衡控制步骤为根据s13中确定的动平衡重点、方向及不平衡量，进行去零件重点的偏心磨削，具体包括：
44.s21.对e基准面和f基准面以同一跳动量进行检测，验证高点跳动是否位于s13所标记的重点处；
45.s22.对零件选取至少一个凸台进行偏心磨削，优选对所有凸台进行偏心磨削，使偏心磨削后零件动平衡量不大于前述动不平衡量参考值。其中偏心磨削的磨削量可由动不平衡量参考值根据动平衡量计算反推得出。
46.s23.偏心磨削后，对零件再次进行动平衡试验，验证动平衡量是否不大于前述动不平衡量参考值。
47.壁厚差测量验证步骤为：在零件长度方向上选取多个截面，每个截面设定多个测点，所设测点需分布在零件均布的多条母线上，在直线度仪上对各测点进行壁厚差测量。
48.进行壁厚差测量时，母线条数优选为四条，为了保证壁厚差测量准确，本实施例所选取截面数量为十个，十个截面可在保证壁厚差精确测量的同时不至于浪费太多时间。
49.本实施例的控制方法将壁厚差划定为间接要素，只需动不平衡量在动不平衡量参考值以下时，零件的高速动平衡合格率就可达95％以上。
50.需要说明的是：图1、图2所示尺寸仅用于实施例3进行举例，并不构成对本技术方案的限制。
51.实施例2
52.一种如图1所示的薄壁细长轴零件，零件上具有多处凸台设计，凸台如图2中的一种如图1所示的薄壁细长轴零件，零件上具有多处凸台设计，凸台如图2中的处，该零件的高速动平衡控制方法包括动平衡量测量、动平衡控制和壁厚差测量验证三个步骤，通过设定零件的动不平衡量参考值，当对零件进行动平衡量测量得出的动不平衡量大于所述动不平衡量参考值时，在动平衡控制步骤对零件进行偏心外圆磨。
53.动平衡量测量步骤包括：
54.s11.对零件选定第一支承面和第二支承面，如图1中的b支承面和a支承面，采用动平衡机架在该两个支承面处支承，将零件调平；
55.s12.对零件选定第一校正面和第二校正面及校正面半径，如图1中选用d处作为校正面；
56.s13.对零件选定两个基准面，如图2中的e基准和f基准，以第一支承面至第一校正面的距离、第二支承面至第二校正面的距离、第一校正面和第二校正面的间距、校正面半径为进行动平衡量测量的参数，进行零件动平衡量检查，确定零件动平衡重点及方向，并标记重点，记录不平衡量。
57.动平衡控制步骤为根据s13中确定的动平衡重点、方向及不平衡量，进行去零件重点的偏心磨削，具体包括：
58.s21.对e基准面和f基准面以同一跳动量进行检测，验证高点跳动是否位于s13所标记的重点处；
59.s22.对零件选取至少一个凸台进行偏心磨削，优选对所有凸台进行偏心磨削，使偏心磨削后零件动平衡量不大于前述动不平衡量参考值。其中偏心磨削的磨削量可由动不
平衡量参考值根据动平衡量计算反推得出(动平衡量计算为现有技术)。
60.s23.偏心磨削后，对零件再次进行动平衡试验，验证动平衡量是否不大于前述动不平衡量参考值。
61.壁厚差测量验证步骤为：在零件长度方向上选取多个截面，每个截面设定多个测点，所设测点需分布在零件均布的多条母线上，在直线度仪上对各测点进行壁厚差测量。
62.进行壁厚差测量时，母线条数优选为四条。
63.本实施例与实施例1的区别在于：所述截面数量大于十个，具体取十二个，也可保证壁厚差测量准确，只是相对于实施例1来说测量会浪费更多时间。
64.实施例3
65.本实施例针对图1和图2所示尺寸的零件进行高速动平衡控制，具体操作如下：
66.1)零件动平衡量的测量
67.零件的静平衡在动平衡机hs20bk上进行，如图1所示，第一支撑面b与第二支撑面a采用动平衡机架支承，安装好零件后使用水平仪，通过调节支承架的高度对零件进行调平。
68.动平衡机平衡测试时设置的参数如下，包括距离a、距离b、距离c、半径r。
69.代号数据单位名称a140mm第一校正面至第一支承面的距离b1mm第一校正面和第二校正面的间距c690mm第二校正面至第二支承面的距离r23mm校正面半径tol5g.mm校正面许用不平衡量n1800
±
10％r/min平衡转速
70.调用所需的转子文件，以图2中的e、f为基准进行零件动平衡检查，待动平衡机停止后，确定零件的动平衡重点质量及方向，在重点处做好对应的标记，例如将轻、重点位置标印在图1中p处，表印为振动印，字高4，轻点标"qd"符号，重点标"zd"符号，同时记录不平衡量。
71.本实施例要求的动不平衡量应不大于28g.mm，若动平衡检测得出的动不平衡量大于28g.mm，则需进行偏心外圆磨。
72.2)零件动平衡的控制
73.根据1)中确定的动不平衡量及重点方向，进行去零件重点的偏心磨削，如图2所示，加工前，打表将f基准处跳动通过可调节偏心的卡箍、e基准处跳动通过四爪卡盘调为0.06，此时其高点跳动应位于前述动平衡测量工序标记的重点处。
74.对图2中四处凸台进行磨削，根据动平衡量计算，其偏心磨削量一般为0.005-0.02mm即可将零件动平衡量控制在28g.mm以内，同时处于该范围内的磨削量不会影响四处凸台相对于e-f基准的跳动值。
75.偏心磨削后，对零件再次进行动平衡试验，确认其动平衡量不大于28g.mm。
76.3)零件壁厚差的测量
77.进行完动平衡的控制，需要校验零件壁厚差,壁厚差的测量在直线度仪上进行，所测点位分布在零件均布的四条母线上，选取10个截面,如图3所示，所选取各截面的位置如下表所示：
78.序号d的数值(mm)序号d的数值(mm)12306520229075903360865044209720547010770
79.对上述10个截面上测点进行壁厚差测量，得出通过偏心磨削后的零件壁厚差比修磨前的的壁厚差小0.01，壁厚差可以控制在要求的0.035内。
80.4)零件高速动平衡的试验
81.将零件的高速动平衡在高速动平衡机上进行，零件在高速旋转的状态下，计算机采集其挠度的变化，绘制波特图如图4所示，据图可知，经本控制方法处理的零件其临界挠度最大为190μm，额定挠度为50μm，充分满足了细长轴类零件高速动平衡临界挠度需控制在200μm以内，额定挠度需控制在60μm以内的要求，进而保证了高速动平衡的精度。
82.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，零件上具有多处凸台设计，其特征在于，包括动平衡量测量、动平衡控制和壁厚差测量验证三个步骤，通过设定零件的动不平衡量参考值，当对零件进行动平衡量测量得出的动不平衡量大于所述动不平衡量参考值时，在动平衡控制步骤对零件进行偏心外圆磨。2.根据权利要求1所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述动平衡量测量步骤包括：s11.对零件选定第一支承面和第二支承面，采用动平衡机架支承，将零件调平；s12.对零件选定第一校正面和第二校正面和校正面半径；s13.对零件选定两个基准面，以第一支承面至第一校正面的距离、第二支承面至第二校正面的距离、第一校正面和第二校正面的间距、校正面半径为进行动平衡量测量的参数，进行零件动平衡量检查，确定零件动平衡重点及方向，并标记重点，记录不平衡量。3.根据权利要求2所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述动平衡控制为根据s13中确定的动平衡重点、方向及不平衡量，进行去零件重点的偏心磨削，包括：s21.对两个基准面以同一跳动量进行检测，验证高点跳动是否位于s13所标记的重点处；s22.对零件选取至少一个凸台进行偏心磨削，使偏心磨削后零件动平衡量不大于所述动不平衡量参考值。4.根据权利要求3所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，s22中对零件上所有凸台进行偏心磨削。5.根据权利要求4所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，s22中偏心磨削的磨削量由动不平衡量参考值根据动平衡量计算反推得出。6.根据权利要求4所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述动平衡控制步骤还包括s23.偏心磨削后，对零件再次进行动平衡试验，验证动平衡量是否不大于所述动不平衡量参考值。7.根据权利要求1所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述壁厚差测量验证步骤为：在零件长度方向上选取多个截面，每个截面设定多个测点，所述测点分布在零件均布的多条母线上，对各测点进行壁厚差测量。8.根据权利要求7所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述壁厚差测量在直线度仪上进行。9.根据权利要求7所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述母线条数为四条。10.根据权利要求7所述的薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，其特征在于，所述截面数量为十个。

技术总结
本发明公开一种薄壁细长轴零件高速动平衡控制方法，零件上具有多处凸台设计，包括动平衡量测量、动平衡控制和壁厚差测量验证三个步骤，通过设定零件的动不平衡量参考值，当对零件进行动平衡量测量得出的动不平衡量大于所述动不平衡量参考值时，在动平衡控制步骤对零件进行偏心外圆磨。本发明通过可检查的动平衡的重点将零件壁厚差厚点联系和应用，做到对动平衡的精准量化控制，本发明的高速动平衡控制方法控制效果好，科学合理，高速动平衡的合格率高，控制点精确，测量方法简单；仅通过一道动平衡工序和一道偏心磨削工序即可控制零件的静平衡值，进而控制其高速动平衡临界挠度与额定挠度。额定挠度。额定挠度。


技术研发人员：李鹏程 姚涛涛 陈超群 陈建恒
受保护的技术使用者：中国航发南方工业有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/28