[发明专利]一种止口连接的航空发动机转子零件选配优化方法

摘要

本发明涉及一种止口连接的航空发动机转子零件选配优化方法，建立单级转子零件误差模型，以单级转子零件误差矩阵进行计算；以转子组件中第一个被安装的零件作为基件零件Q，以Q的下止口端面和柱面为测量基准、上止口端面和柱面为装配基准；重复上述步骤，直到所有转子零件安装完成，装配后第n级转子上止口端面累积偏心误差的计算；根据装配任务确定优化目标，即从现有零件中进行零件选配得到一台多级转子组件，使转子组件的装配同轴度最小；通过在零件配套前对转子组件的零件组合及各级零件周向位置的优化，减少反复拆装次数和零件调换次数，提高转子组件一次装配合格率和装配性能。

主权项

1.一种止口连接的航空发动机转子零件选配优化方法，其特征在于：步骤1、单级转子零件误差建模：以欲装配的航空发动机气流方向为全局坐标系的Z轴正方向，且每一级转子零件局部坐标系的Z轴与全局坐标系的Z轴正方向一致；每级转子零件的上极止口位于气流下游，下极止口位于气流上游；以零件下止口端面上的任一螺栓孔位置为周向角度零点，记为序号孔1，并沿逆时针方向对其余螺栓孔位置标记为序号孔2、…；以零件下止口端面为轴向位移零点，沿气流方向为Z轴正方向；然后，利用航空发动机转子组件测量装置对零件进行测量，测量时以每个转子零件下止口端面为轴向安装基准面、下止口柱面为径向安装基准面；以每个转子零件上止口端面为轴向安装测量面、上止口柱面为径向安装测量面；获得单级转子零件的几何误差值，其中包括零件径向测量面拟合圆心的偏心距e和偏心角θ_e、零件轴向安装测量面的垂直度h、轴向安装测量面拟合平面最高点所在角度θ_l以及轴向安装测量面的拟合半径r这5个参数，并计算零件上止口坐标系与下止口坐标系之间的变换矩阵，从而建立单级转子零件误差模型，以单级转子零件误差矩阵进行计算：其中：i为n级转子零件中每级转子的级数编号、i＝1，2，…n；j为m个零件中每个转子的零件编号、j＝1，2，…,m；T_ideal‑ij为第i级转子第j个零件上止口相对于下止口的理想变换矩阵；T_{location‑ij}为第i级转子第j个零件径向测量面圆心位置的误差矩阵；T_{orientation‑ij}为第i级转子第j个零件轴向测量面相对于轴向基准面的旋转矩阵；θ_l‑ij为第i级转子第j个零件轴向基准面绕Z轴的旋转角度；θ_t‑ij为第i级转子第j个零件轴向基准面绕Y轴的旋转角度；步骤2、装配误差传递建模：以转子组件中第一个被安装的零件作为基件零件Q，以Q的下止口端面和柱面为测量基准、上止口端面和柱面为装配基准；根据装配顺序选择当前被安装在基件零件上的转子零件P，转子零件P与零件Q的螺栓孔位置确定了这两级转子零件安装时的有限个周向安装角度，将零件Q的上止口端面与P的下止口端面相接触完成零件P的定位和安装；利用坐标转换的方法计算装配后的两级转子组件上止口端面和柱面相对于测量基准的几何误差值：式中：S_r‑P为转子零件P绕Z轴旋转的旋转矩阵；p_P、p_Q分别为转子零件P和零件Q径向测量面圆心的理想位置向量；dp_P、dp_Q分别为转子零件P和零件Q径向测量面圆心位置的误差向量；S_z‑P、S_z‑Q分别为转子零件P和零件Q轴向基准面绕Z轴的旋转矩阵；S_y‑P、S_y‑Q分别为转子零件P和零件Q轴向基准面绕Y轴的旋转矩阵；将已装配部分作为新的基件零件Q，根据装配顺序选择下一个被安装零件P，按照上述方法安装转子零件P，并计算装配后被安装零件P的上止口在测量基准下的累积误差；重复上述步骤，直到所有转子零件安装完成，装配后第n级转子上止口端面累积偏心误差的计算公式为：装配完成后各级转子零件的圆心位置向量表示为：多级转子组件装配后同轴度的表达式为：步骤3、零件选配优化：对现有零件中每个转子零件进行编号，并将其几何误差值录入计算机中，使零件编号与几何误差值互相对应；根据装配任务确定优化目标，即从现有零件中进行零件选配得到一台多级转子组件，使转子组件的装配同轴度最小；对于一台转子组件的有上万种零件选配组合，利用步骤2的方法计算在每种零件组合方式下各级零件采用不同的周向安装角度进行装配时的转子组件同轴度，每级转子零件周向安装角度的变化将会导致转子组件装配同轴度的变换，计算在所有组合装配角度下的转子组件同轴度，比较同轴度的大小得到该组合下最佳的装配同轴度及相对应的各级零件周向安装角度；最后将所有零件组合下的最佳装配同轴度进行大小比较，得到装配同轴度最小的一种零件组合方式以及该组合下的各级转子零件安装角度，完成零件选配；其中：