航空发动机转子结构的装配偏差建模分析与工艺优化

【类型】学位论文

【作者】单福平 

【关键词】 航空发动机转子 装配偏差建模 工艺优化 概率分布

【摘要】装配是航空发动机制造过程中的重要环节,其工作量占到全机生产工作的一半以上,装配精度的控制是航空发动机制造的关键技术之一。航空发动机转子的工作环境温度高压强大,且伴随着高速旋转,若装配完成后转子的同心度不合格,会造成转子的不平衡,在运行过程中导致不必要的振动以及产生转静子的碰磨,轻则降低推进效率,重则产生故障。因此航空发动机转子的装配精度对整机性能有很大的影响。目前,我国在航空发动机转子结构设计阶段往往只考虑尺寸公差对装配精度的影响,认为偏差均服从正态分布,采用手算的方式对尺寸链进行校核,使用的求解方法也仅限于极值法和方和根法。这种设计方法不仅效率低而且忽略了形位公差以及实际制造过程中偏差的非正态分布对装配精度的影响,导致实际装配过程中合格率较低,经常需要反复拆装调试。针对上述航空发动机转子在设计阶段装配质量难以控制的问题,本文通过三个方面来解决。在设计初期,还没有三维实体造型的情况下,建立了包含尺寸公差和形位公差的二维刚性尺寸链模型,研究各偏差在不同的概率分布模型下对最终装配质量的影响,使用matlab进行仿真计算;在详细设计阶段,利用商用装配偏差分析软件visvsa建立三维装配偏差模型,对影响装配偏差的各个因素进行研究;在优化阶段,结合实际制造过程,对各个影响因素进行优化,并归纳总结出一套优化设计流程,最终实现对装配质量的控制。本文的主要研究工作如下:(1)航空发动机转子的结构及装配特点详细介绍了航空发动机转子的总体结构以及涡轮转子和压气机转子的结构特点;对典型转子零件的装配特点以及精度控制要求进行了描述;并针对某型航空发动机的设计图纸,介绍了其尺寸链传递关系,公差标注以及测量要求,该图纸为后续章节研究的输入。(2)航空发动机转子二维尺寸链建模及分析针对航空发动机转子零件的止口装配结构,建立了包含尺寸公差和形位公差的刚性尺寸链模型;结合皮尔逊分布族,研究了各偏差在不同的概率分布模型下对最终装配质量的影响,使用蒙特卡罗模拟法对模型进行了验证。(3)航空发动机转子三维尺寸链建模及分析采用商用装配偏差分析软件visvsa建立了航空发动机转子结构的三维装配偏差传递模型;通过装配合格率以及贡献度的计算,研究了公差带大小、概率分布类型、装配基准、测量基准、装配顺序等因素对转子结构装配质量的影响规律。(4)面向制造的航空发动机转子设计优化根据前一部分的研究结果,归纳总结出一套针对航空发动机转子结构的优化设计流程,对设计图纸中的八个测点进行了优化,证明了该流程的有效性;并采用遗传算法对转子件的安装角度进行优化,该方法能够有效地指导实际装配过程。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】上海交通大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李志敏，金隼

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