航发转子螺栓-止口连接界面均匀性分析及工艺调控研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vkw74
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本文以航空发动机转子中的典型螺栓-止口连接结构为研究对象,以提高转子连接界面接触均匀性为目标,首先分析了含有止口结构的弹性相互作用机理,然后利用有限元仿真软件对造成转子连接界面接触不均匀的影响因素进行了分析,进而从工艺调控角度研究了拧紧工艺、预压工艺等对装配质量的影响,分别针对模拟件与某真实航发转子开展了相关的工艺试验,并借助预紧力测试系统和界面刚度测试系统对结果进行了测试与分析,对现有装配工艺进行了改进并对新工艺进行了试验验证。本文的主要研究内容如下:首先,结合现有的螺栓间弹性相互作用模型,同时考虑到止口结构对螺栓组预紧力变化的影响,建立了考虑止口结构影响的螺栓-止口连接结构的弹性相互作用理论模型。基于梁弯曲理论对装配过程中止口的弯曲变形进行分析,建立含止口结构的法兰弯曲变形模型。其次,针对航发转子典型的螺栓-止口连接结构,基于有限元仿真技术分析影响连接界面贴合性的因素,考虑装配过程中的热/力复杂载荷,进一步分析了模拟转子安装边连接界面贴合度均匀性的形成机理,提出了施加预压力的设想,并用仿真进行了验证。再次,以模拟件转子为试验对象,分别研究了拧紧工艺与预压工艺对连接界面接触均匀性的影响。结果表明对于螺栓组拧紧来说,采用十字交叉拧紧更容易使预紧力分散性减小,得到均匀的连接界面贴合度,而止口结构的存在造成了螺栓预紧力能量的损失,因此得到了螺栓预紧力普遍减小的现象,为了改善这个现象,设计了压板均压工艺试验,对含有止口的试件采用均压工艺以后,含有止口的试验件的螺栓组预紧力均值有了明显的提高,改善了连接界面接触的均匀性。最后,利用某型真实航发转子开展工艺调控试验,在止口热装完成后螺栓拧紧前采用多螺栓预压工艺使界面提前贴合,减小止口不均匀接触对后续装配工艺的影响,并利用预紧力、界面刚度测试系统对装配结果进行测试,试验结果表明,增加预压工艺后,不论是螺栓预紧力或是连接界面刚度,均值增大,标准差减小,说明连接界面贴合状态均匀;同时试验结果显示当扭矩增大到一定值以后,界面刚度有达到饱和的趋势,不再随着拧紧扭矩的增加而明显增大。
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