JIC35導讀：渦輪增壓器轉子葉輪由于生產(chǎn)過程中的種種原因，造成動平衡時不平衡量過大．影響葉輪的形狀精度和工作性能。根據(jù)陀螺在高速或穩(wěn)定旋轉時繞對稱軸旋轉的原理．設計了夾具，改進了葉輪的加工方法。使機械加工后的葉輪的幾何中心和質量中心重合。保證了葉輪的形狀完整和良好的工作性能，并達到了*設備所加工葉輪的質量。
　　
　　1前言
　　
　　渦輪增壓器轉子上的兩個葉輪的動平衡精度，決定了整個轉子的動平衡精度，現(xiàn)在增壓器轉子的轉速已從每分鐘幾萬轉增加到十幾萬轉，使動量不平衡轉子軸上的離心力很大。離心力會引起轉子的振動，甚至會造成轉軸斷裂。
　　
　　某廠的葉輪毛坯是采用熔模鑄造成的。由于做熔模的金屬母模精度較低，熔模強度低容易變形，同一葉片型線變化差異較大，甚至同一葉輪葉片的厚度竟相差0.54mm。另外葉輪毛坯表面清理不干凈，造成了葉輪毛坯形狀精度和表面質量較差。
　　
　　由于作為定位粗基準的葉輪曲率型面的變形，有時還存在凸起和渣瘤，致使加工的定位精基準與設計基準不重合，造成了加工后的葉輪幾何中心與質量中心偏移較大，致使葉輪在做動平衡測試時，不得不在遠離轉軸處以大面積地去掉葉片質量的方法來達到動平衡的精度要求。這樣就造成葉片型面形狀精度降低，葉片的自振頻率、葉輪氣體的流道均受到了破壞，影響了葉輪的正常工作性能。
　　
　　針對葉輪毛坯精度及表面質量差的問題，筆者基于陀螺原理對渦輪增壓器轉子葉輪的加工方法進行了研究和改進，在生產(chǎn)中取得了良好的效果。
　　
　　2改進加工方法的理論依據(jù)
　　
　　當一個物體繞對稱軸高速旋轉，并懸置在一個無摩擦的平衡環(huán)系中時，其重心的運動是*自由的。其關系式為dH/dt=M（1）
　　
　　式中：M是施加力矩，H是物體的角動量。在該物體上設一空間直角坐標系，原．點在重心上。積分表達式為H=∫0tMdt
　　
　　（2）
　　
　　角動量H寫成分解式:Hx=I}
　　
　　Hy=ItWy
　　
　　Hz=ItWz
　　
　　（3）
　　
　　式中：I是對回轉軸的慣性矩；It是對任一橫向軸的慣性矩，是物體的角速度沿對稱軸X的分量；Wy、Wz分別是角速度沿Y軸和Z軸的分量。
　　
　　如果無作用力矩，即拭、從均等于零，則式（2）H=常數(shù)。該式表明角動量H矢量的方向在空間保持不變，H矢量與對稱軸重合。
　　
　　在利用這一性質時，顯然希望角動量H矢量與對稱軸重合。但是式（3）表明角動量H矢量不一定與對稱軸重合，除非設法使Wy、Wy均為零迫使它們重合。
　　
　　若Wy、Wy不等于零，則對稱軸將繞H矢量畫出一個圓錐，其頂角為2q。關系式為tanq=It（Wy2+2）?
　　
　　I
　　
　　（4）
　　
　　1.外環(huán)2.內(nèi)環(huán)（動軸）3.葉輪
　　
　　即產(chǎn)生振動，這一現(xiàn)象稱為陀螺的“章動”現(xiàn)象。
　　
　　假定M≠0而且垂直于H矢量施加，物體將以與H垂直的角速度w旋轉，即w=M/H或M=wH。角動量矢量在力矩M的作用下旋轉，這就是陀螺的“進動”現(xiàn)象。
　　
　　安裝在動軸上的葉輪，在不考慮外環(huán)質量的慣性、軸承的摩擦力矩和空氣動力性質的情況下，作用于外環(huán)的各力對轉軸z的力矩之和應等于零。即
　　
　　-M'xsinb+M'zcosb=0
　　
　　此時可將安裝在動軸上的葉輪視為一陀螺，當陀螺作加速運轉時，即陀螺自轉的角速度w增大時陀螺傾角b將隨之減小，反之b增大。當陀螺作穩(wěn)定旋轉時，其傾角b應逐漸消失，陀螺將繞其轉動軸線z旋轉。陀螺的動量矩矢量與對稱軸重合且方向不變：利用這一原理對葉輪的加工方法進行了改進。
　　
　　3改進的方法
　　
　　改進鑄造工藝，提高葉輪毛坯的形狀精度和表面質量，特別是定位基準R圓弧面。
　　
　　1.滾輪2.空心主軸3.轉子4.定心壓盤5.夾緊螺釘6.中心鉆
　　
　　改進后的加工葉輪中心孔的夾具
　　
　　設計一個加工葉輪中心孔的夾具。夾具體的轉子是鑄鋼件，有足夠高的強度和剛度，內(nèi)外表面都要加工。轉子隔板中心的R圓弧是定位基準面，加工精度和表面質量要求較高，和轉子內(nèi)外圓面有較高的同軸度要求。帶定心止口的螺釘壓盤夾緊機構在夾緊工件時仍保持和轉子有較高的同軸度。轉子安裝在空心主軸的法蘭盤上，空心主軸由電動機驅動旋轉，調整轉子達到較高的動平衡精度。軸承要有良好的潤滑，以zui大限度地減小摩擦力。安裝在兩端滑套式動力頭上的中心鉆應和夾具轉子在同一個回轉中心線上。將葉輪毛坯穩(wěn)固地安裝在夾具上，使葉輪和夾具組成一個陀螺機構。當葉輪的質量中心不在轉子的回轉中心線上時，夾具的轉子旋轉時將產(chǎn)生振動。安裝在轉子側面的滾輪對夾具的轉子施加一個力矩M，當夾具的轉子作穩(wěn)定旋轉時，該旋轉中心即是葉輪的質量中心。在葉輪的質量中心的兩端處加工中心孔，這個中心孔就是葉輪精加工的定位精基準。葉輪的質量中心也就是設計基準，符合基準重合原則。這樣就保證了葉輪的質量中心和幾何中心基本重合。
　　
　　4結束語
　　
　　利用陀螺原理所設計的夾具，使機械加工后葉輪的幾何中心與質量中心重合，使葉輪動平衡的不平衡量大大減少，動平衡時從靠近葉輪心部的端面去重即可達到動平衡的精度要求。
　　
　　由于不平衡量減少，有利于實現(xiàn)去重機與動平衡機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)葉輪去重自動化。
　　
　　通過檢查測量可以發(fā)現(xiàn)葉輪毛坯的幾何中心和質量中心的偏移，指導模具修正，提高毛坯的鑄造質量。
　　
　　可以降低因不平衡量過大而造成的廢品率，提高生產(chǎn)效率、降低制造成本。