航空发动机涡轮转子动平衡

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航空发动机涡轮叶片与叶盘之间常采用榫槽结构，如下图所示：

下图为某航空发动机涡轮叶片故障图片：

转子不平衡量对转子的振动影响非常大，尤其是在高转速的发动机上更为突出。为此在结构设计上应尽量减少不平衡因素，比如孔、凸台和槽等应周向均布，控制转轴的壁厚差等。除此之外，对转子采取平衡措施是加工和装配过程中非常重要的环节，设计上应有严格的要求，从零件直到最终装配成整个转子的全过程都应加以控制，逐级进行。各转动件的平衡包括：

01、轴类零件的动平衡

对轴类零件常采取去除材料的方法达到平衡精度的要求。设计图上应按规定有去除材料的部位、极限尺寸以及去除材料后表面的粗糙度等等级要求等。

下图中转子不平衡量要求不超过0.4g。

下表是综合了GB/T 9239.1-2006《机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求 第1部分》以及其他教材中典型刚性转子的平衡精度等级表。表中e 为不平衡度，单位为m，更实用的单位为um；w 为转速。可以看出，平衡精度等级G彼此之间以系数2.5来划分。在平衡精度要求较高时，可以再细分，但是系数不宜小于1.6。

02、盘片组合平衡

采取调整不同质量矩叶片位置达到平衡精度的要求，同时设计上应规定整台叶片的最大、最小质量差，极限及相对装配位置的两片叶片的质量差极限。

首先对所有叶片逐个按质量去排序，然后按规定的序号位置将叶片装到盘上进行平衡，平衡精度不满足时可调整叶片位置，直至满足为止。下图给出了一个72片叶片在轮盘上的分布实例。

图 叶片在榫槽中的分布规律

注：内层编号为轮盘上的榫槽编号，外层为叶片按质量矩分布的顺序号

仔细观察叶片在榫槽中的分布图就能发现其规律。叶片质量矩（外层序号）按对称及顺时针方向分布，具体为：

  · 外层1号在正上方，2号在正下方，这样1号2号呈对称分布；

  · 3号在水平线左侧，4号在水平线右侧，两者呈对称分布；

  · 5号在1号顺时针方向处，间隔一个72号，5号与6号呈中心对称分布 (180°)；

  · 7号则在3号顺时针方向处，间隔一个70号，7号与八号呈中心对称分布 (180°)。

大致分布规律如此，其中主要目的是为了让整个涡轮泵质量分布均可能均匀，质心尽可能靠近圆心，也减小动平衡的难度。

03、转子动平衡

这一步平衡通常为最终平衡。进行涡轮转子平衡时，可用专用模拟压气机转子的模拟转子连在其上进行平衡，模拟转子质量、质心、转动惯量均需与实际的压气机转子相同。

在规定部位加装配重或去除材料达到平衡精度要求。经平衡后的转子，除非装配时所需，应不允许再分解，直接装发动机。对于多级涡轮转子，可采取平衡前就将转静子装上，用专用工具固定，进行带静子平衡，达到平衡后不再分解。对于必须分解的转子应划线记好各零组件的相对位置，再装配时严格按分解前的相对位置进行装配，保证与分解前一致，最大限度地减少由于再次分解产生的不定量。

平衡精度的要求应综合发动机方面的因素，包括发动机的大小、转子的转速、转子的支撑方式（刚性、柔性）、是否有减振措施以及类似发动机的精度要求等。

来源：DyRoBeS微信公众号（ID：dyrobes），本文来源于航空工业出版社2001年出版的《航空发动机设计手册第10册涡轮》。