[发明专利]一种航空发动机高压转子装配偏心量预测方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机高压转子装配偏心量预测方法，根据理想装配模型的有限元分析结果，以理想平面将高压转子的零件切割分为无应力区域以及止口配合区域；将零件的无应力区域作为剩余零件，根据零件误差测量结果和装配相位，以几何方法分析获得剩余零件的误差；组合相邻零件配合止口配合区域成为组合零件，考虑零件误差测量结果和装配相位，以有限元方法分析配合变形，提取该组合零件自由端面的偏转量作为其零件误差；新形成的各组合零件和剩余零件都看作只有位姿误差没有形貌误差的刚体零件，通过刚体误差传递方法求解转子的装配偏心量。本发明可以考虑止口形貌误差以及装配变形，更快速更精确地预测高压转子的装配偏心量。

技术领域

本发明属于机械装配技术领域，涉及一种航空发动机高压转子装配偏心量预测方法。

背景技术

为制造的可行性以及经济型，航空发动机高压转子设计为多级组合转子。而由于零件制造误差的存在，转子中必然存在偏心等装配误差。这些装配误差将严重影响发动机的振动等运行性能，因此工程上对转子的装配偏心量有极为严格的要求。

建立误差传递模型，根据零件精度检测结果预测装配偏心量，能够有效减少装配现场的试装、调试等工作，提高工作效率。很多研究人员基于刚体假设，运用齐次坐标变换法、雅克比矩阵法、矢量投影法等进行分析预测工作，但这些方法均无法考虑配合面的形貌误差以及装配变形，预测精度低。也有研究人员尝试通过有限元的方法进行预测，但是直接通过实测的几何模型建立有限元模型，节点数量在千万级，规模过大，计算时间过长。

发明内容

本发明的目的是为了解决当前航空发动机高压转子装配偏心量预测时，刚体误差传递分析方法预测精度低以及完全有限元法计算时间长等问题，提出一种航空发动机高压转子装配偏心量预测方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种航空发动机高压转子装配偏心量预测方法，包括以下步骤：

步骤1：对转子理想模型进行有限元分析，获得各零件装配应力分布情况，据此使用理想平行平面进行零件切割，将各个零件划分为有应力的止口配合区域和无应力区域；

步骤2：每个零件的无应力区域称为剩余零件，根据零件误差的测量结果以及装配相位，运用几何方法计算其各项误差；

步骤3：相邻两级盘的相连接的止口配合区域形成组合零件，根据零件误差的测量结果以及装配相位，运用有限元方法计算其各项误差；

步骤4：将新形成的各剩余零件和组合零件视为刚体，进而以刚体误差传递分析的方法求解各截面中心的空间坐标；

步骤5：选定基准轴线，根据各截面中心的空间坐标计算结果，对各截面偏心量进行评价。

本发明进一步的改进在于：

步骤1中零件切割的具体方法如下：

用垂直于测量轴线的平面对零件进行切割，平面到零件端面的距离通过对应止口的应力分布高度与保险系数的乘积来确定；其中应力分布高度为理想装配模型有限元分析所得对应止口应力分布区域的高度值；保险系数用于防止考虑零件误差后应力分布超出止口配合区域，默认取为2，可根据包含误差的有限元分析所得应力分布结果对该值进行调整，尽量减小止口配合区域的高度；特别地，零件只有一端配合时，只切割一端；零件整体均装配应力时，不进行切割。

步骤2中几何方法具体如下：

以最小二乘法对零件两端止口的径跳误差进行拟合，获得零件两端止口的中心；两中心相连作为零件中心线，并根据零件装配相位将中心线进行相应旋转；两平行切割面与轴线相交位置为剩余零件对应端面的中心，通过这两个中心计算得到剩余零件的偏心量和偏心角，作为其零件误差。

步骤3中有限元方法具体如下：