葉輪精確去重計算方法研究

劉金慧

摘 要：文章針對葉輪動平衡去重計算時存在的問題，分析了去重截面的幾何關(guān)系，建立了全參數(shù)化的精確去重模型，提高了葉輪動平衡去重時的精確性和加工效率。

關(guān)鍵詞：動平衡；精確去重；參數(shù)化；宏程序

1 概述

葉輪動平衡去重時通常采用的計算方法有體積估算法和稱重法。采用體積估算法時，顧名思義，因計算情況復雜，通常采用簡化計算的方法，并且去重部分質(zhì)心半徑難以準確計算，所以去重量計算結(jié)果誤差較大。稱重法雖然能對去除材料的質(zhì)量準確控制，但是操作過程繁瑣，也不適合在加工中心上進行，并且同樣存在質(zhì)心半徑難以準確計算的問題。

由于難以精確去重，造成葉輪動平衡去重工序經(jīng)常遇到以下一些問題。（1）去重量采用簡化計算方法，結(jié)果不精確，為避免去重量過多，通常需要多次反復平衡并返回機加單位去重，耗費工時過多。（2）去重時采用手工去重或采用簡化算法的數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)，效率低，可重用性差，出錯風險高。（3）多次轉(zhuǎn)工和加工，也增加了零件發(fā)生磕打碰傷的風險。

2 研究內(nèi)容

文章以某型號發(fā)動機的壓氣機離心葉輪動平衡和去重過程為研究對象，重點研究其去重量計算和數(shù)控程序編制時的精確計算。建立動平衡去重量的全參數(shù)化精確計算模型，使去重模型的參數(shù)與數(shù)控程序的變量全相關(guān)，實現(xiàn)葉輪的精確去重，提高加工效率，降低加工風險。（圖1）

圖1 葉輪去重部位示意圖

3 幾何關(guān)系計算

3.1 小端內(nèi)孔去重處的幾何關(guān)系模型

幾何關(guān)系求解：

圖2 前軸頸去重部位幾何模型示意圖

設(shè)去重平面內(nèi)的極限半徑為R1，去重處沿圓周的角度范圍為R2，刀具半徑為R3，零件去重帶的內(nèi)孔半徑為R20，圖示三角形中，三邊分別為：R3，R20，R7=R1-R3，可求得角度b=arccos[（R20^2+R7^2-R3^2）/（2*R20*R7）]，又有角度a=R2/2可求得去重起始點的角度c=a-b，根據(jù)該角度以及R7，就可以利用三角函數(shù)關(guān)系求得該點的x，y坐標。在實際應用中，應滿足角c=角a-角b>0，否則將引起數(shù)控程序錯誤。（圖2）

3.2 大端面去重處的幾何關(guān)系模型

幾何關(guān)系求解：

圖3 大端面去重部位幾何模型示意圖

設(shè)去重平面內(nèi)的干涉檢查極限半徑為R1，去重處沿圓周的角度范圍為R2，刀具半徑為R3，進退刀的引入引出長度為R20，則：R7=R1+R3，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，可求得角度b=arcsin（R3/R7），又有角度a=R2/2，可求得去重起始點的角度c=a-b，根據(jù)該角度以及R7，就可以利用三角函數(shù)關(guān)系求得該點的x，y坐標。在實際應用中，應滿足角c=角a-角b>0，否則將引起數(shù)控程序錯誤。（圖3）

4 在UG中建立精確去重計算模型

在UG軟件中，首先建立零件回轉(zhuǎn)體模型，然后繪制去材料區(qū)域的草圖輪廓，用定義好的變量對幾何尺寸約束進行參數(shù)化定義。使用拉伸功能建模并進行布爾運算求交，獲得最終去除材料處的精確模型。（圖4、圖5）

圖4 小端內(nèi)孔處去重精確模型

圖5 大端面處去重精確模型

5 葉輪動平衡去重量的精確計算方法

在動平衡機上得到不平衡量后，在UG軟件中打開建立好的精確參數(shù)化數(shù)模，選擇編輯菜單下的-特征-實體密度，檢查材料密度是否正確設(shè)置。在分析菜單下，選擇測量實體功能，就可以得出當前去除材料模型的質(zhì)量和質(zhì)心半徑。二者相乘就可得出當前去除材料模型的慣量。通過與動平衡機上得到的結(jié)果對比，然后根據(jù)差異修正數(shù)模的各個相關(guān)參數(shù)，然后再次分析和對比。反復這個過程，直到結(jié)果與不平衡量一致，此時的各個參數(shù)就可以用于實際去重的宏程序參數(shù)。

6 結(jié)束語

經(jīng)過實際加工應用，證明了該葉輪精確去重計算方法的正確性，應用該方法進行去重量計算不但精確度高，易于掌握、簡單快捷，重要的是極大地提高加工效率、降低加工風險。