[发明专利]一种考虑接触变形的计算转子装配位姿的有限元分析方法

说明书

本发明提供了一种考虑接触变形的计算转子装配位姿的有限元分析方法，在考虑配合面接触变形的情况下，用有限元分析的方法计算端面跳动与倾斜量的关系。本分析方法考虑这样一种理想壳体堆叠模型，两壳体初始建模装配时相接触部分为3D曲线相切接触，这两圈3D曲线为根据实测的端跳数据拟合而成的曲线，可以充分反映接合面端跳形貌。本发明提出的壳体堆叠模型是基于有限元分析方法，考虑了装配过程中的弹性变形，比算法更为准确地预测轴线偏斜。本方法提出的壳体模型相对一般有限元分析模型，计算效率相对更高，且有限元模型可以不断进行优化，减少分析的时间，做到兼顾分析效率和准确度。

技术领域

本发明通过有限元分析的方法来预测航空发动机高压转子装配之后的轴线偏斜角度及方向，提出一种壳体堆叠模型，相对于一般有限元分析模型计算效率更高，且考虑了结合面的弹性变形，可以实现使用高效的有限元分析模型来准确预测转子偏斜。

背景技术

装配是机械产品制造中一个重要的环节，装配质量的好坏对产品的性能与可靠性有着重要的影响。对于高精度的航空发动机组件的装配而言，同轴度是一个重要的评价标准。为了提高转子类组件的装配精度，提高一次装配的成功率，装配相位的准确预测与优化就显得很重要。

目前航空发动机的装配方法中，通过算法来预测装配后的偏斜是一种国内外普遍采用的且具有一定可靠度的方法。这些算法考虑了装配过程中的误差传递以及实际接合面的形貌特征，测量装配前转子各级组件的径向跳动与端面跳动两个参数，以这两个参数为输入量，以拟合平面法或预测实际装配轴线的方法为理论基础来开发算法。

这些预测算法的一个普遍的缺陷是采用刚性堆叠作为假设，没有考虑实际接触变形。实际配合中，由于两接触面的接触不可能是理想接触，配合面多尺度的形貌特征会使微凸体先接触，配合面之间发生接触变形后逐渐达到稳定接触。而算法的输入量采用装配前自由状态下的测量数据，这些形貌数据会在接触过程中发生改变，降低了算法预测的准确度。

为了更准确地预测转子的偏斜，本方法考虑装配中弹性变形的问题，基于有限元接触分析技术与实际配合面建模技术，提出一种壳体堆叠模型，在有限元分析中计算效率相对更高，且提高了转子轴线偏斜预测的准确性，从而可以很好的反映装配同轴度，更好的实现转子装配相位的预测与优化。

发明内容

为了提高航空发动机装配过程中偏斜预测的准确程度，本发明采用单级转子端面跳动初始数据，运用根据形貌逆向建模技术，提出一种壳体堆叠模型，在有限元分析过程中计算效率相对更高，并考虑配合面弹性变形情况，提出一种基于有限元模型分析的计算转子装配轴线偏斜的方法，可以实现使用相对高效的有限元分析模型来准确预测转子偏斜。

本方法的理论原理如下：

在考虑配合面接触变形的情况下，用有限元分析的方法计算端面跳动与倾斜量的关系。本方案考虑这样一种理想壳体堆叠模型，两壳体初始建模装配时相接触部分为3D曲线相切接触，这两圈3D曲线为根据实测的端跳数据拟合而成的曲线，可以充分反映接合面端跳形貌。

需要指出的是，机械加工过程使得零件的表面形貌具有“宏观连续性”的特征——虽然相邻测点测得的跳动值是离散的，但在小范围内的各测点波动较小，在较大尺度上来看是连续的特征——因而有限元分析得到的单元体变形可以反映结合面的连续变形。

如图1所示的堆叠示意图，在有限元分析时，将转子B的上端面设置为刚性，就是不发生受力变形的刚性面，这样转子B上端面的偏斜只由结合面受力变形所产生，提取其变形进行计算即可得到端面变形。

根据端面的变形结果计算两级壳体堆叠模型的轴线偏斜量，这样做的依据是：有限元分析时在法兰面上施加垂直方向的力，由于法兰高度不足以造成壳体较大的挠曲变形，故整个壳体面依然可以视为刚体结构，且转子B上端面也为刚性面，这样由中间接触面弹性变形所引起的整个转子的轴线偏斜只反映在转子B上端面的偏斜上，可以将其偏斜计算出来，作为整体轴线装配偏斜。

本发明的技术方案：