[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

说明书

本发明公开了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，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。

技术领域

本发明涉及热力机械技术领域，具体涉及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。

背景技术

某型涡扇发动机是热、力、电、磁等恶劣环境条件下长期反复使用的热力机械，其中转子系统是发动机的重要组成部分，转子系统的质量特性对发动机的性能具有重要的影响。转子系统的轴端螺母的预紧力是转子系统装配的一个重要质量指标。轴端螺母的作用是将三个涡轮压紧在转子的旋转轴上。过大的预紧力使得螺母材料的蠕变过程加快，从而导致螺纹的断裂。过小的预紧力会在发动机振动的情况下直接导致螺母的松动，进而造成发动机转、静件碰磨损伤。

转子系统极端恶劣的工作环境会导致轴端螺母预紧力在使用过程中发生变化，特别是温度变化对其影响尤其明显。发动机工作时，转子系统高速旋转，流道内流通高温高压空气和燃气，转子受热变形。当转子系统轴端螺母预紧力动态量值超过预紧力指标边界时，将出现转子系统松动、碰磨等问题，导致发动机结构出现损伤故障。因此，为解决某型涡扇发动机转子系统松动、碰磨等问题，研究转子系统热变形与轴端螺母预紧力的关系，保证转子系统工作时，轴端螺母预紧力满足工作要求，是提升转子系统装配可靠性的重要技术基础工作。

目前，转子系统和轴端螺母的装配过程中，预紧力通过控制螺母的拧紧力矩来实现，没有考虑热变形的影响。

发动机工作过程中，在热载荷和振动的综合作用下，转子系统轴端螺母预紧力会发生变化，尤其对于在研发动机地面试验中要经历多次的起动-停车工作循环，也容易造成螺母预紧力变化，可能引起转子产生松动、碰磨等问题，导致发动机结构出现损伤故障。

针对上述问题，在现有预紧力控制的基础上，有必要研究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。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了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，能够提高转子系统轴端螺母连接的可靠性，保证发动机工作时转子系统预紧力满足要求。

本发明的技术方案为：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，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。

优选地，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)