[發明專利]一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法

在審

• 申請號: 202111448748.4
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114329816A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 周建華;馬同玲;毛善斌;楊明遠;李伊
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/02;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明公開了一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法，包括以下步驟：步驟一、理論計算轉子系統軸端螺母的螺紋預緊力；步驟二、對轉子系統軸端螺母的預緊力變化規律進行仿真；步驟三、通過在每個溫度取值點求解螺母預緊力的理論計算值和仿真值的平均值，對螺母預緊力模型進行修正；步驟四、基于步驟三的結果計算熱變形下轉子系統軸端螺母預緊力可靠度；步驟五：基于步驟四的結果，不斷調整預緊力指標上下限的值，直至使轉子系統工作過程中軸端螺母預緊力滿足實際的工作要求。

技術領域

本發明涉及熱力機械技術領域，具體涉及一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法。

背景技術

某型渦扇發動機是熱、力、電、磁等惡劣環境條件下長期反復使用的熱力機械，其中轉子系統是發動機的重要組成部分，轉子系統的質量特性對發動機的性能具有重要的影響。轉子系統的軸端螺母的預緊力是轉子系統裝配的一個重要質量指標。軸端螺母的作用是將三個渦輪壓緊在轉子的旋轉軸上。過大的預緊力使得螺母材料的蠕變過程加快，從而導致螺紋的斷裂。過小的預緊力會在發動機振動的情況下直接導致螺母的松動，進而造成發動機轉、靜件碰磨損傷。

轉子系統極端惡劣的工作環境會導致軸端螺母預緊力在使用過程中發生變化，特別是溫度變化對其影響尤其明顯。發動機工作時，轉子系統高速旋轉，流道內流通高溫高壓空氣和燃氣，轉子受熱變形。當轉子系統軸端螺母預緊力動態量值超過預緊力指標邊界時，將出現轉子系統松動、碰磨等問題，導致發動機結構出現損傷故障。因此，為解決某型渦扇發動機轉子系統松動、碰磨等問題，研究轉子系統熱變形與軸端螺母預緊力的關系，保證轉子系統工作時，軸端螺母預緊力滿足工作要求，是提升轉子系統裝配可靠性的重要技術基礎工作。

目前，轉子系統和軸端螺母的裝配過程中，預緊力通過控制螺母的擰緊力矩來實現，沒有考慮熱變形的影響。

發動機工作過程中，在熱載荷和振動的綜合作用下，轉子系統軸端螺母預緊力會發生變化，尤其對于在研發動機地面試驗中要經歷多次的起動-停車工作循環，也容易造成螺母預緊力變化，可能引起轉子產生松動、碰磨等問題，導致發動機結構出現損傷故障。

針對上述問題，在現有預緊力控制的基礎上，有必要研究一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法，能夠提高轉子系統軸端螺母連接的可靠性，保證發動機工作時轉子系統預緊力滿足要求。

本發明的技術方案為：一種考慮熱變形影響的轉子系統軸端螺母預緊力優化方法，包括以下步驟：

步驟一、理論計算轉子系統軸端螺母的螺紋預緊力；

步驟二、對轉子系統軸端螺母的預緊力變化規律進行仿真；

步驟三、通過在每個溫度取值點求解螺母預緊力的理論計算值和仿真值的平均值，對螺母預緊力模型進行修正；

步驟四、基于步驟三的結果計算熱變形下轉子系統軸端螺母預緊力可靠度；

步驟五：基于步驟四的結果，不斷調整預緊力指標上下限的值，直至使轉子系統工作過程中軸端螺母預緊力滿足實際的工作要求。

優選地，所述步驟一中，未受熱時螺紋預緊力的解析算法為：

在轉子軸和螺母的螺紋聯結體中，施加在螺母上的擰緊力矩T等于螺紋副間的摩擦阻力矩T₁和螺母環形端面與被聯接件/墊圈支承面間的摩擦阻力矩T₂之和，即：

T＝T₁+T₂ (1)