基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法

1.本发明涉及大型高速回转装备精密装配技术领域。

背景技术：

2.许多大型高速回转装备大多是由多级转子堆叠装配组成，其装配精度的高低对大型高速回转装备最终的工作性能有着极其重要的影响。多级转子装配后的大型高速回转装备垂直度误差是评估大型高速回转装备装配质量的重要参数，垂直度的超差会直接影响到大型高速回转装备能否正常工作，甚至导致故障的发生。所以减小多级转子装配后垂直度误差，对于降低大型高速回转装备故障的发生率有着举足轻重的作用。建立多级转子堆叠装配的垂直度预测模型可实现指导装配的功能，避免多级转子装配后垂直度超差而反复拆装的问题。现有的多级转子堆叠装配的垂直度预测模型能够实现多级转子装配后的垂直度误差的预测，但是由于缺乏对实际装配过程的考虑，因此对于指导装配缺乏一定的真实性。

技术实现要素：

3.本发明提供一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，所述方法为：
6.s1、按照转子的装配顺序，以最下方转子底部装配面圆心为中心的坐标系依次往最上方转子装配面的圆心为中心的坐标系进行坐标变换，建立三维坐标系变换关系；
7.s2、建立变换矩阵；
8.s3、将所述三维坐标系变换关系代入所述变换矩阵中，得到多级转子垂直度预测模型h；
9.s4、根据所述多级转子垂直度预测模型，得到垂直度的基准平面的法向量p和最高级转子轴向测量面的法向量q；
10.s5、建立基准变换矩阵；
11.s6、将所述垂直度的基准平面的法向量p进行基准变换，得到基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
；
12.s7、将所述最高级转子轴向测量面的法向量q进行基准变换，得到基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
；
13.s8、将所述基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和所述基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
代入所述多级转子垂直度预测模型中，得到大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
。
14.进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s1中的三维坐标系变换关系表示为：
15.16.其中：t
0-n
为转子坐标系由oxyz变换至o
n x
nynzn
的变换矩阵，ti(i＝1,2,
…
,n)为第i级转子坐标系由o
ia
x
ia
′yia
′zia
′
旋转至o
ia
x
ia
″yia
″zia
″
的旋转矩阵，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″y(i-1)a
″z(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)by(i-1)bz(i-1)b
的旋转矩阵。
17.进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s2中的变换矩阵表示为：
[0018][0019][0020]
其中：ti为第i级转子坐标系o
ia
x
ia
′yia
′zia
′
到o
ia
x
ia
″yia
″zia
″
的变换矩阵，θ
ti
为第i级转子上端面相对下端面的倾斜角，θ
li
为第i级转子上端面圆心指向采样最低点方向与x
ia
′
轴之间的夹角，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″y(i-1)a
″z(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)by(i-1)bz(i-1)b
的旋转矩阵，θ
ri
为第i级转子的安装相位角。
[0021]
进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s3中的多级转子垂直度预测模型h表示为：
[0022]
h＝2rnsinθ
[0023]
其中，p为垂直度的基准平面的法向量；q为最高级转子轴向测量面的法向量，h为多级转子垂直度；rn为最高级转子轴向测量面半径。
[0024]
进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s5中的基准变换矩阵表示为：
[0025][0026]
其中：l为旋转轴方向向量，w为旋转轴方向向量的单位向量，θ为旋转角。
[0027]
进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s6中的基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
表示为：
[0028]
p'＝ap
[0029]
其中：a为基准变换矩阵，p为垂直度的基准平面的法向量。
[0030]
进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s7中的基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
表示为：
[0031]
q'＝aq
[0032]
其中：q为最高级转子轴向测量面的法向量。
[0033]
进一步，还有一种优选实施例，上述步骤s8中的大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
表示为：
[0034]
h'＝2rnsinθ
[0035]
其中，p
′
为基准变换的垂直度的基准平面的法向量，q
′
为基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量，rn为最高级转子轴向测量面半径。
[0036]
一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述任意一项所述的方法。
[0037]
一种计算机设备，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行上述任意一项所述的方法。
[0038]
本发明带来的有益效果为：本发明提供一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。
[0039]
与现有技术相比，产生了如下几个优点：
[0040]
1、现有大型高速回转装备均是由多级转子堆叠装配组成，多级转子装配后的垂直度是衡量大型高速回转装备装配质量的重要参数，当大型高速回转装备工作时，垂直度超差会导致大型高速回转装备出现故障。本发明提供一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，根据所述方法得到大型高速回转装备垂直度调控模型，根据所述大型高速回转装备垂直度调控模型进行指导装配，解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。
[0041]
2、现有的多级转子堆叠装配的垂直度预测模型能够实现多级转子装配后的垂直度误差的预测，但是由于缺乏对实际装配过程的考虑，因此对于指导装配缺乏一定的真实性。本发明提供一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，考虑实际基准到理想基准的位姿变换，按照实际基准建立大型高速回转装备垂直度调控模型，根据所述垂直度调控模型进行指导装配，具备科学性。
[0042]
本发明适用于大型高速回转装备的装配。
附图说明
[0043]
图1是实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法的流程示意图；
[0044]
图2是实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法的单级转子坐标系变换示意图；
[0045]
图3是实施方式五所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法的基准变换示意图；
[0046]
图4是实施方式八所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法的大型高速回转装备垂直度调控模型。
具体实施方式
[0047]
实施方式一.参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，所述方法为：
[0048]
s1、按照转子的装配顺序，以最下方转子底部装配面圆心为中心的坐标系依次往
最上方转子装配面的圆心为中心的坐标系进行坐标变换，建立三维坐标系变换关系；
[0049]
s2、建立变换矩阵；
[0050]
s3、将所述三维坐标系变换关系代入所述变换矩阵中，得到多级转子垂直度预测模型h；
[0051]
s4、根据所述多级转子垂直度预测模型，得到垂直度的基准平面的法向量p和最高级转子轴向测量面的法向量q；
[0052]
s5、建立基准变换矩阵；
[0053]
s6、将所述垂直度的基准平面的法向量p进行基准变换，得到基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
；
[0054]
s7、将所述最高级转子轴向测量面的法向量q进行基准变换，得到基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
；
[0055]
s8、将所述基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和所述基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
代入所述多级转子垂直度预测模型中，得到大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
。
[0056]
本实施方式在实际应用时，按照转子的装配顺序，从以最下方转子底部装配面圆心为中心的坐标系依次往以上方转子的装配面的圆心为中心的坐标系进行坐标变换。将坐标系的中心、x轴、y轴和z轴进行变换，建立三维坐标系变换关系，然后建立变换矩阵，将所述三维坐标系变换关系代入所述变换矩阵中，得到多级转子垂直度预测模型h，根据所述多级转子垂直度预测模型h，得到垂直度的基准平面的法向量p和最高级转子轴向测量面的法向量q，建立基准变换矩阵，将所述垂直度的基准平面的法向量p和最高级转子轴向测量面的法向量q进行基准变换，得到基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
，将所述基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
再代入多级转子垂直度预测模型中，得到型高速回转装备垂直度调控模型h
′
，工作人员根据所述回转装备垂直度调控模型h
′
进行指导装配，解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。
[0057]
现有大型高速回转装备均是由多级转子堆叠装配组成，多级转子装配后的垂直度是衡量大型高速回转装备装配质量的重要参数，当大型高速回转装备工作时，垂直度超差会导致大型高速回转装备出现故障。本实施方式提供一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，根据所述方法得到大型高速回转装备垂直度调控模型，根据所述大型高速回转装备垂直度调控模型进行指导装配，解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。
[0058]
实施方式二.本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s1的的三维坐标系变换关系作举例说明，所述三维坐标系变换关系表示为：
[0059][0060]
其中：t
0-n
为转子坐标系由oxyz变换至o
n x
nynzn
的变换矩阵，ti(i＝1,2,
…
,n)为第i级转子坐标系由o
ia
x
ia
′yia
′zia
′
旋转至o
ia
x
ia
″yia
″zia
″
的旋转矩阵，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐
标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″y(i-1)a
″z(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)by(i-1)bz(i-1)b
的旋转矩阵。
[0061]
本实施方式在实际应用时，因为多级转子装配后的垂直度仅受最高级转子轴向测量面与基准平面夹角影响，与坐标系原点位置无关。因此，坐标系变换过程仅考虑旋转变换带来的影响，不考虑平移变换。
[0062]
实施方式三.参见图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s2的变换矩阵作举例说明，所述变换矩阵表示为：
[0063][0064][0065]
其中：ti为第i级转子坐标系o
ia
x
ia
′yia
′zia
′
到o
ia
x
ia
″yia
″zia
″
的变换矩阵，θ
ti
为第i级转子上端面相对下端面的倾斜角，θ
li
为第i级转子上端面圆心指向采样最低点方向与x
ia
′
轴之间的夹角，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″y(i-1)a
″z(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)by(i-1)bz(i-1)b
的旋转矩阵，θ
ri
为第i级转子的安装相位角。
[0066]
本实施方式在实际应用时，单级转子坐标系变换情况如图2所示，以下端面中心为坐标系原点的坐标系o
j-1
x j-1
y j-1
z j-1
首先平移变换得到以上端面中心为坐标系原点的坐标系o
ja
x
ja
′yja
′zja
′
，之后旋转坐标系o
ja
x
ja
′yja
′zja
′
直到xoy面与转子上端面重合得到到o
ja
x
ja
″yja
″zja
″
。因此，从o
ja
x
ja
′yja
′zja
′
到o
ja
x
ja
″yja
″zja
″
的变换矩阵为tj。
[0067]
实施方式四.本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s3的多级转子垂直度预测模型作举例说明，所述多级转子垂直度预测模型表示为：
[0068][0069]
h＝2rnsinθ
[0070]
其中：p为垂直度的基准平面的法向量；q为最高级转子轴向测量面的法向量，h为多级转子垂直度；rn为最高级转子轴向测量面半径。
[0071]
本实施方式所述的多级转子垂直度预测模型为最高级转子轴向测量面与基准平面的夹角和n级转子的垂直度误差模型。
[0072]
实施方式五.参见图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s5的基准变换矩阵作举例说明，所述基准变换矩阵表示为：
[0073]
[0074]
其中：l为旋转轴方向向量，w为旋转轴方向向量的单位向量，θ为旋转角。
[0075]
本实施方式在实际应用时，传统的堆叠方法计算不平衡量的基准轴线是理想旋转轴线，即以第一级转子下端面的圆心o点为中心的坐标系的z轴。但是在航空发动机的工作过程中，实际的旋转轴线为以第一级转子下端面的圆心o和最高级转子上端面的圆心o
na
连线。如图3所示，因此，需要在原本堆叠模型的基础上，考虑实际基准到理想基准的位姿变换，获得各级转子质心在坐标系ox
′y′z′
的坐标，所述坐标系ox
′y′z′
可被看作坐标系oxyz绕过原点o所在的旋转轴旋转θ得到，设旋转轴方向向量l为(lx,ly,lz)t,该向量的单位向量最高级转子上端面的圆心o
na
在以理想基准为z轴的坐标系oxyz下的位置向量为p(o
nax
,o
nay
,o
naz
)
t
，在以实际基准为z轴的坐标系ox
′y′z′
下位置向量可表示为q(0,0,o
naz
')
t
，则旋转轴方向向量l和旋转角θ为：
[0076][0077][0078]
根据方向向量l和旋转角θ，可获得基准变换矩阵。
[0079]
实施方式六.本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s6的基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
作举例说明，所述基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
表示为：
[0080]
p'＝ap
[0081]
其中：a为基准变换矩阵，p为垂直度的基准平面的法向量。
[0082]
本实施方式所述的垂直度的基准平面的法向量p为是用来评估垂直度的基准平面的一个重要数据，但是没有进行基准变换的垂直度的基准平面的法向量，缺乏科学性，在实际应用时，会产出偏差，所以需要对垂直度的基准平面的法向量p进行基准变换。得到基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
。
[0083]
实施方式七.本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s7的基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
作举例说明，所述基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
表示为：
[0084]
q'＝aq
[0085]
其中：a为基准变换矩阵，q为最高级转子轴向测量面的法向量。
[0086]
本实施方式所述的最高级转子轴向测量面的法向量q是是用来评估垂直度的基准平面的一个重要数据，但是没有进行基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量，缺乏科学性，在实际应用时，会产出偏差，所以需要对最高级转子轴向测量面的法向量q进行基准变换，得到基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
。
[0087]
实施方式八.参见图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法中步骤s8中的大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
作举例说明，所述大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
表示为：
[0088][0089]
h'＝2rnsinθ
[0090]
其中：p
′
为基准变换的垂直度的基准平面的法向量，q
′
为基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量，rn为最高级转子轴向测量面半径。
[0091]
本实施方式在实际应用时，将基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
，代入多级转子垂直度预测模型h中，得到大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
，如图4所示。
[0092]
实施方式九.一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行实施方式一至八任意一项所述的方法。
[0093]
实施方式十.一种计算机设备，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行实施方式一至八任意一项所述的方法。
[0094]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等。均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：

1.一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述方法为：s1、按照转子的装配顺序，以最下方转子底部装配面圆心为中心的坐标系依次往最上方转子装配面的圆心为中心的坐标系进行坐标变换，建立三维坐标系变换关系；s2、建立变换矩阵；s3、将所述三维坐标系变换关系代入所述变换矩阵中，得到多级转子垂直度预测模型h；s4、根据所述多级转子垂直度预测模型，得到垂直度的基准平面的法向量p和最高级转子轴向测量面的法向量q；s5、建立基准变换矩阵；s6、将所述垂直度的基准平面的法向量p进行基准变换，得到基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
；s7、将所述最高级转子轴向测量面的法向量q进行基准变换，得到基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
；s8、将所述基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
和所述基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
代入所述多级转子垂直度预测模型中，得到大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
。2.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s1中的三维坐标系变换关系表示为：其中：t
0-n
为转子坐标系由oxyz变换至o
n x
n
y
n
z
n
的变换矩阵，t
i
(i＝1,2,
…
,n)为第i级转子坐标系由o
ia
x
ia
′
y
ia
′
z
ia
′
旋转至o
ia
x
ia
″
y
ia
″
z
ia
″
的旋转矩阵，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″
y
(i-1)a
″
z
(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)b
y
(i-1)b
z
(i-1)b
的旋转矩阵。3.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s2中的变换矩阵表示为：特征在于，所述步骤s2中的变换矩阵表示为：其中：t
i
为第i级转子坐标系o
ia
x
ia
′
y
ia
′
z
ia
′
到o
ia
x
ia
″
y
ia
″
z
ia
″
的变换矩阵，θ
ti
为第i级转子上端面相对下端面的倾斜角，θ
li
为第i级转子上端面圆心指向采样最低点方向与x
ia
′
轴之间的夹角，t
(i-1)-i
为第i-1级转子坐标系o
(i-1)a
x
(i-1)a
″
y
(i-1)a
″
z
(i-1)a
″
绕z
ia
″
轴旋转至第i级转子坐标系o
(i-1)b
x
(i-1)b
y
(i-1)b
z
(i-1)b
的旋转矩阵，θ
ri
为第i级转子的安装相位角。4.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s3中的多级转子垂直度预测模型h表示为：
h＝2r
n
sinθ其中，p为垂直度的基准平面的法向量；q为最高级转子轴向测量面的法向量，h为多级转子垂直度；r
n
为最高级转子轴向测量面半径。5.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s5中的基准变换矩阵表示为：其中：l为旋转轴方向向量，w为旋转轴方向向量的单位向量，θ为旋转角。6.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s6中的基准变换的垂直度的基准平面的法向量p
′
表示为：p'＝ap其中：a为基准变换矩阵，p为垂直度的基准平面的法向量。7.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s7中的基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量q
′
表示为：q'＝aq其中：q为最高级转子轴向测量面的法向量。8.根据权利要求1所述的一种基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法，其特征在于，所述步骤s8中的大型高速回转装备垂直度调控模型h
′
表示为：h'＝2r
n
sinθ其中，p
′
为基准变换的垂直度的基准平面的法向量，q
′
为基准变换的最高级转子轴向测量面的法向量，r
n
为最高级转子轴向测量面半径。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-8任意一项所述的方法。10.一种计算机设备，其包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行权利要求1-8任意一项所述的方法。

技术总结

基于基准变换的大型高速回转装备垂直度堆叠方法涉及大型高速回转装备精密装配技术领域。解决大型高速回转装备在装配后，出现垂直度的超差，导致大型高速回转装备故障率增加的问题。所述方法为：建立三维坐标系变换关系和变换矩阵；将所述三维坐标系变换关系代入变换矩阵中，得到多级转子垂直度预测模型；根据多级转子垂直度预测模型，得到垂直度的基准平面的法向量和最高级转子轴向测量面的法向量，并将所述垂直度的基准平面的法向量和最高级转子轴向测量面的法向量进行基准变换之后代入多级转子垂直度预测模型中，得到大型高速回转装备垂直度调控模型，根据所述模型指导装配。本发明适用于大型高速回转装备的装配。本发明适用于大型高速回转装备的装配。本发明适用于大型高速回转装备的装配。