一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置

本发明应用于转子动平衡，涉及一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置。

背景技术：

1、现代转子动平衡技术中，通常使用增重或去重的方式抵消转子不平衡量，去重往往会产生局部应力，而增重则不会，增重过程的增重效率和增重精度已经成为关键问题。增重质量过大，会导致转子不平衡量相位和半径的变化，需要重新动平衡，找出新的不平衡位置重新增重，增重效率低，而增重质量过小，需要多次增加配重，导致增重时间大大增加。在转子出厂过程中，转子由于制造误差和装配导致转子产生动不平衡量，转子实际应用时，这部分残余不平衡量会导致转子及其相连的部件振动超标，转子可靠性和寿命急剧下降，所以需要进行转子动平衡来降低转子由于动不平衡导致的振动值。目前转子增重的效率较低，耗时较长。那么如何高效又准确的进行转子增重呢。传统的增重方法是通过在转子外缘处开槽加入配重块的方式进行增重，另外，发动机、压气机做动平衡时，还需要拆卸叶片，在叶片根部榫槽中加配重块完成增重，这些增重方法的准确性较差，流程复杂，且相位角不够准确，只能在特定的位置加配重块，不能实现任意角度加配重块，存在误差耗时较长，通常情况下需要单单次5～10个小时完成。那么如何快速高效的完成转子增重，如何准确的去除残余不平衡量成为了转子动平衡领域的技术瓶颈，解决这一问题的关键是利用激光熔覆完成转子增重过程，保证增重的高效、准确。而其最核心的问题是设计出高效在线动平衡增重装置，其优势在于转子在动平衡过程中不需要拆卸就可以完成转子增重，且利用高精度激光熔覆技术保证增重过程的准确性和高效性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于设计一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，该装置突破了传统人工加配重块增重的方式，将激光设备和转子动平衡机集成在一个装置上，动平衡机用来测量转子初始不平衡量，激光设备用来进行转子熔覆补重加工。动平衡机测量出来的动不平衡量的相位和大小通过线缆传入到控制系统中，控制系统的屏幕上显示数据，使测量出来的不平衡量更为直观。通过控制系统中自主设计的等效增重质量软件，将不平衡量转化为加工参数，自动生成加工图形。通过激光加工软件进行激光熔覆增重，激光熔覆增重是在加工表面熔覆多层金属材料，熔覆质量可控，熔覆速度快，以此来解决人工加配重块增重效率低和准确性低的问题。激光熔覆效率可达9kg/h，喷涂速度快，一般情况下单个配重块重量不超过500g，所以激光熔覆过程不会超过5分钟，大大缩短了增重时间，同时等效增重质量软件的应用，保证了增重量的准确性。本装置实现了在线动平衡增重，转子及叶片不需要拆卸即可完成增重过程。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、本发明提出一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征是：转子放置在动平衡机上，在转子上套入皮带轮，皮带轮连接电机，带动转子进行转动，转动过程中在动平衡机和控制系统的屏幕上实时获取转子的不平衡量，转子由两个支撑装置固定。在转子需要增重的一侧放置激光设备，激光设备用机械手固定，以保证激光设备可以移动到加工面上，在激光设备旁设置金属粉末收集及再利用系统，激光熔覆会向加工表面喷射大量金属粉末，一部分金属粉末由于受热到熔融状态附着于表面，未熔融的金属粉末会散落于加工表面附近和空气，吸入器用于收集这部分金属粉末并储存起来。装置配有控制系统，在控制系统中通过增重质量等效软件快速获取加工参数和加工图形，保证增重质量的准确性，通过加工软件完成自动增重过程，同时本装置可在线动平衡，转子不需要拆卸就可以完成动平衡和激光增重。

4、本发明还可以包括这样一些特征：

5、激光设备在熔覆时，振镜头与加工表面之间留有间距d，其值成为熔覆距离，此时激光温度最高，以使金属粉末成为熔融态。

6、转子通过一侧挡板固定，无法轴向移动，转子在高速旋转时不产生轴向窜动，同时满足激光加工过程的固定要求。

7、金属粉末收集及再利用系统是附着于激光设备上的，主要作用是吸收和储存由激光熔覆增重时产生的金属粉末，一方面可以作为激光熔覆时喷出的金属粉末，另一方面保护人身安全，阻止吸入人体。

8、机械手拥有六自由度，以保证激光设备可以适应任意平面的加工。

9、控制系统可以获取不平衡量的大小和相位，同时包含有增重质量等效软件、激光熔覆软件，可以完成精确增重和曲面加工。

10、本发明的优势在于：本发明从传统转子动平衡人工增加配重块耗时长，效率低，准确性差问题入手，设计了一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置；由传统人工增加配重块转变为激光熔覆增重加工，激光熔覆增重材料可以牢固的与转子及叶片表面贴合，但人工增加配重块可能会掉落；装置设计了控制系统，使不平衡量读数更直观，控制系统拥有激光熔覆功能软件，并结合增重质量等效软件保证激光加工的准确性；设计机械手，实现多自由度移动以适应不同平面的加工；设计金属粉末收集及再利用系统，用于吸收和储存金属粉末；装置实现了在线增重动平衡，提高了增重效率，降低了增重时间。

11、本发明功能强大，电机驱动皮带轮带动转子完成动平衡，机械手加持激光设备完成激光熔覆，可实现多自由度移动，增强了设备对加工零件的适用性。

12、本发明还可以通过更改不同结构增强装置的功能性，设计可替换激光设备可以拓展激光加工功能；调节焦距可以增大激光设备功率，进一步加快增重时间；增加电机变速装置以适应低速、高速和超高速动平衡。

技术特征：

1.一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征是：转子放置在动平衡机上，在转子上套入皮带轮，皮带轮连接电机，带动转子进行转动，转动过程中在动平衡机和控制系统的屏幕上实时获取转子的不平衡量，转子由两个支撑装置固定。在转子需要增重的一侧放置激光设备，激光设备用机械手固定，以保证激光设备可以移动到加工面上，在激光设备旁设置金属粉末收集及再利用系统，激光熔覆过程会产生金属粉末，吸入器用于收集这部分金属粉末，当转子需要动平衡补重时，可以使用收集到的金属粉末完成激光熔覆。装置配有控制系统，在控制系统中通过增重质量等效软件快速获取加工参数和加工图形，保证增重质量的准确性，通过加工软件完成激光熔覆的补重过程。利用动平衡给出的补重位置，利用激光熔覆专业操作软件完成补重过程。激光设备在熔覆时，振镜头与加工表面之间留有一定距离来保证光强和温度。金属粉末收集及再利用系统附着于激光设备上用于吸收和储存由激光熔覆时多余的金属粉末。本装置可在线安装，转子不需要拆卸就可以完成动平衡和激光增重。

2.根据权利要求1所述的一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征在于：所述的转子，其通过两个支撑装置固定，通过一侧挡板，使转子无法轴向移动，保证转子在高速旋转时不产生轴向窜动。

3.根据权利要求1所述的一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征在于：所述的激光设备，可以完成激光熔覆，通过调整焦距的方式增强激光输出功率，缩短加工时间。

4.根据权利要求1所述的一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征在于：所述的振镜头，在激光熔覆时用于折射激光，振镜头与加工表面之间留有一定距离d，来保证激光强度和温度达最大值。

5.根据权利要求1所述的一种新型激光激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征在于：所述的金属粉末收集及再利用系统，布置在激光设备上，用于吸收和储存由激光熔覆时产生的金属粉末。

6.根据权利要求1所述的一种新型激光激光熔覆增重转子自动平衡装置，其特征在于：所述的机械手，安装在动平衡机旁，用于夹持激光设备，机械手拥有六自由度，以保证激光设备可以适应任意平面的加工。

技术总结
本发明公开了一种新型激光熔覆增重转子自动平衡装置，转子放置在动平衡机上转动，在动平衡机和控制系统的屏幕上获取转子的不平衡量。在转子需要增重的一侧放置激光设备，激光设备用机械手固定，可实现多自由度移动，以保证激光设备可以移动到加工面上。设置金属粉末收集及再利用系统，激光熔覆会向加工表面喷射大量金属粉末，一部分金属粉末由于受热到熔融状态附着于表面，未熔融的金属粉末会散落于加工表面附近和空气，吸入器用于收集这部分金属粉末并储存起来。本装置可在线安装，转子不需要拆卸就可以完成动平衡和激光增重。本发明功能强大，可以通过替换激光设备拓展激光加工功能；通过调节焦距增大激光设备功率，进一步减少增重时间。

技术研发人员：何立东,邓春琰,谭智夫,贾兴运
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15