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系，建立了全參數化的精確去重模型，提高了葉輪動平衡去重時的精確性和加工效率。

關鍵詞：動平衡；精確去重；參數化；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，并且去重部分質心半徑難以準確計算，所以去重量計算結果誤差較大。稱重法雖然能對去除材料的質量準確控制，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常遇到以下一些問題。（1）去重量采用簡化計算方法，結果不精確，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控程序實現，效率低，可重用性差，出錯風險高。（3）多次轉工和加工，也增加了零件發生磕打碰傷的風險。

2 研究內容

文章以某型號發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控程序編制時的精確計算。建立動平衡去重量的全參數化精確計算模型，使去重模型的參數與數控程序的變量全相關，實現葉輪的精確去重，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 幾何關系計算

3.1 小端內孔去重處的幾何關系模型

幾何關系求解：

圖2 前軸頸去重部位幾何模型示意圖

設去重平面內的極限半徑為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，根據該角度以及R7，就可以利用三角函數關系求得該點的x，y坐標。在實際應用中，應滿足角c=角a-角b>0，否則將引起數控程序錯誤。（圖2）

3.2 大端面去重處的幾何關系模型

幾何關系求解：

圖3 大端面去重部位幾何模型示意圖

設去重平面內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，根據三角函數關系，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，根據該角度以及R7，就可以利用三角函數關系求得該點的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，首先建立零件回轉體模型，然后繪制去材料區域的草圖輪廓，用定義好的變量對幾何尺寸約束進行參數化定義。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化數模，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量和質心半徑。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果對比，然后根據差異修正數模的各個相關參數，然后再次分析和對比。反復這個過程，直到結果與不平衡量一致，此時的各個參數就可以用于實際去重的宏程序參數。

6 結束語

經過實際加工應用，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。