航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子組件動平衡夾具的設(shè)計

劉儒義

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)公司，遼寧 沈陽 110043）

在航空發(fā)動機(jī)制造中，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子組件等轉(zhuǎn)動件的平衡占重要位置，其不平衡量是影響發(fā)動機(jī)試車時的振動超限的主要原因。動不平衡在支承上造成動載荷，引起發(fā)動機(jī)振動，產(chǎn)生噪音，加速軸承磨損，造成轉(zhuǎn)子部件損壞，使發(fā)動機(jī)的使用壽命降低。

1 轉(zhuǎn)子動平衡簡介

轉(zhuǎn)子動平衡一般在臥式平衡機(jī)HL5UB進(jìn)行。平衡機(jī)轉(zhuǎn)速為800～1300r/min,具體轉(zhuǎn)速視零件設(shè)計要求而定。平衡時夾具一端與平衡機(jī)用法蘭盤連接，另一端用V型滾輪支撐，兩端高度可調(diào)節(jié)。平衡時，先將平衡夾具與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子組件連接螺釘擰緊，用塞尺檢查裝配貼合面的貼合情況，裝配后間隙不允許大于0.02（允許局部加溫以保證裝配）。連接聯(lián)軸節(jié)和連接盤，調(diào)整擺架高度保證聯(lián)軸節(jié)處于水平狀態(tài)，壓緊固定壓板。開啟平衡機(jī)，輸入轉(zhuǎn)子組件平衡文件參數(shù)。按下啟動開關(guān)，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)子組件轉(zhuǎn)數(shù)穩(wěn)定約30秒后，測量轉(zhuǎn)子初始不平衡量。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)調(diào)整配重，選擇平衡塊相應(yīng)組別及修磨平衡塊以保證平衡要求。

2 對夾具的設(shè)計要求

（1）保證轉(zhuǎn)子部件與靜子部件的裝配位置尺寸要求，不應(yīng)有竄動，應(yīng)與發(fā)動機(jī)裝配狀態(tài)一致，否則將造成平衡數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。轉(zhuǎn)子部件參與平衡，而靜子部分不參與平衡，需固定。（2）平衡轉(zhuǎn)子組件前，夾具要先進(jìn)行平衡。夾具除滾輪支撐平面外，需留出修正面，根據(jù)夾具允許的不平衡量，去除多余材料。（3）夾具零件與發(fā)動機(jī)零件的配合一般采用過盈配合。安裝時需加溫平衡襯套或用液氮冷卻發(fā)動機(jī)軸頸。由于拆卸困難，需設(shè)計專用的拔具。

3 轉(zhuǎn)子動平衡夾具的設(shè)計

轉(zhuǎn)子的平衡夾具按照零件的特性一般分為兩類：轉(zhuǎn)靜子組件的平衡夾具、單獨(dú)轉(zhuǎn)子組件的平衡夾具。

3.1 轉(zhuǎn)靜子組件的平衡夾具

3.1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1

采用機(jī)匣止口、風(fēng)扇盤止口保證裝配時徑向方向的位置尺寸，用兩個對頂向心角接觸軸承保證裝配軸向方向的位置，避免平衡過程中軸向的竄動。基準(zhǔn)A、B為兩平衡支點(diǎn)，保證軸瓦等高，平衡時用平衡機(jī)上軸瓦壓緊。實(shí)現(xiàn)了機(jī)匣靜子組件固定，轉(zhuǎn)子組件由聯(lián)軸節(jié)帶動進(jìn)行平衡。

3.1.2 平衡夾具的預(yù)平衡

使用夾具對轉(zhuǎn)子組件進(jìn)行平衡前，夾具要先進(jìn)行平衡。平衡夾具的允許不平衡量一般為發(fā)動機(jī)平衡組件設(shè)計要求的1/10～1/5。夾具表面P、Q為平衡修正面，在表面設(shè)計均布的螺紋孔，用螺釘調(diào)節(jié)修正夾具不平衡量。

3.1.3 夾具自身因素對轉(zhuǎn)子組件平衡的影響

參與平衡的夾具組件重量是影響轉(zhuǎn)子組件平衡重要因素。如參與平衡夾具組件重量太大，夾具自身的不平衡量很難達(dá)到設(shè)計要求。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計上，夾具的傳動組件結(jié)構(gòu)應(yīng)更緊湊。傳動軸在滿足強(qiáng)度的情況下，直徑應(yīng)盡可能小。對于夾具靜子機(jī)匣部分，雖不影響發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子組件的平衡，但為避免夾具笨重，采用幅板焊接等結(jié)構(gòu)。

3.2 單獨(dú)轉(zhuǎn)子組件的平衡夾具

此類夾具一般分為前端軸頸部分和傳動部分設(shè)計。

3.2.1 前端軸頸部分設(shè)計

前端一般采用平衡襯套與軸頸連接方式，用螺母鎖緊平衡襯套。平衡襯套與軸頸采用過渡配合，裝卸時加溫平衡襯套（或用液氮冷卻發(fā)動機(jī)軸頸，一般選用加溫平衡襯套）。襯套保證一段與平衡機(jī)滾輪接觸，其余為根據(jù)不平衡量去除材料部分。見圖2

圖2

3.2.2 設(shè)計平衡襯套用平衡夾具

平衡襯套在平衡轉(zhuǎn)子前要先進(jìn)行平衡，結(jié)構(gòu)如圖3：用夾具平衡機(jī)進(jìn)行平衡，兩端用頂尖頂緊，用皮帶傳動。

圖3

3.2.3 平衡襯套用拔具的設(shè)計

設(shè)計時，還應(yīng)考慮襯套的拆卸。拆卸時用千斤頂配合拔具使用。結(jié)構(gòu)圖4：

圖4

3.2.4 后端傳動部分設(shè)計

后端采用法蘭盤用平衡機(jī)聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)（如圖5）。為保證裝配位置準(zhǔn)確，先將定位芯軸與零件連接，后連接夾具，這種結(jié)構(gòu)更便于裝卸。設(shè)計了兩處支點(diǎn)，用于夾具自身的平衡。軸表面其它部分用于平衡的去重。

圖5

4 試驗(yàn)

以上兩種結(jié)構(gòu)經(jīng)使用車間動平衡，裝卸方便，結(jié)構(gòu)合理，平衡轉(zhuǎn)動靈活，很好地保證了設(shè)計及使用要求，零件的不平衡量經(jīng)調(diào)整修正，達(dá)到了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子組件的設(shè)計要求。

[1]安勝利，楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2]王漢英，張再實(shí)，徐錫林.轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)與平衡機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[3]張建中.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

[4]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.