[发明专利]一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法

权利要求书

1.一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、理论计算转子系统轴端螺母的螺纹预紧力；

步骤二、对转子系统轴端螺母的预紧力变化规律进行仿真；

步骤三、通过在每个温度取值点求解螺母预紧力的理论计算值和仿真值的平均值，对螺母预紧力模型进行修正；

步骤四、基于步骤三的结果计算热变形下转子系统轴端螺母预紧力可靠度；

步骤五：基于步骤四的结果，不断调整预紧力指标上下限的值，直至使转子系统工作过程中轴端螺母预紧力满足实际的工作要求。

2.如权利要求1所述的考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法，其特征在于，所述步骤一中，未受热时螺纹预紧力的解析算法为：

在转子轴和螺母的螺纹联结体中，施加在螺母上的拧紧力矩T等于螺纹副间的摩擦阻力矩T₁和螺母环形端面与被联接件/垫圈支承面间的摩擦阻力矩T₂之和，即：

T＝T₁+T₂ (1)

将螺纹副力学分析简化为斜楔力学计算，将螺母看作是绕在转子轴上的斜楔块；当预紧时，螺母受到的轴向力为F_b，切向力为U_f，螺母拧紧过程中，根据力学平衡的关系可得：

U_f cosβ-F_b sinβ＝μ_s(U_f sinβ+F_b cosβ) (2)

其中，β为螺纹升角，摩擦系数为μ_s；

由式(2)可得下式：

其中，ρ为螺纹面摩擦角；

螺母的松动过程中，将式(3)中β的符号换为负号，即可得：

U_f＝F_b tan(ρ-β) (4)

设螺纹的中径为d_p，则拧紧螺纹副时的扭矩T₁为：

当螺母与联接结构件接触时，由于摩擦力产生，螺母继续拧动需要克服螺母支撑面的摩擦力矩，T₂表达式如下：

其中，μ_w为螺母支撑面间的摩擦系数，d_w为螺母的公称直径，F_f为压紧力；

当螺母支撑面压力均匀分布时，支撑面的面积为以螺母对边距离B为直径的圆面积，设螺纹孔直径为D，则有：

由此得螺母与支撑面间的摩擦力矩为：

将式(5)和式(8)代入式(1)得：

其中，F为螺纹预紧力，F＝F_b＝F_f；

由式(9)可得：