[发明专利]基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法

说明书

本发明提出了基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。本发明依据多级转子传递关系，获得各级转子间接触面的偏移量，根据同轴度公式计算出同轴度；计算出接触面的截面惯性矩，依据抗弯刚度公式，获得抗弯刚度；根据转子误差传递关系，获得转子不平衡量；采用蒙特卡洛法进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子几何同轴度、不平衡量、刚度的概率关系，实现航空发动机多级转子公差分配和抗弯刚度的优化。

技术领域

本发明属于机械装配技术领域，特别是涉及基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。

背景技术

多级转子是航空发动机核心机主要装配测试对象，在部件加工精度满足要求的条件下，最终检验靠装配精度保证。发动机压气机由多级转子堆叠组成，如A380飞机配备的大型发动机遄达900工作时的高速旋转速度大于12500rpm，整机装配不同轴、不平衡量过大、整机刚度低必然会造成涡轮盘中心偏离发动机转动轴线，在这样的条件下会产生非常大的离心力，进而引起发动机强烈振动，因而保证多级转子同轴度、不平衡量和整机刚度是装配的重点和难点。

目前现有方法存在的问题为仅单独进行了刚度和同轴度的单目标优化，没有考虑不平衡参数，且未建立刚度、同轴度、不平衡量综合测量模型，不能做到综合刚度、同轴度、不平衡量三个参数的三目标优化。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的技术问题，提供了基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。本发明所述方法解决了航空发动机转子刚度、同轴度、不平衡量三个参数公差合理分配的问题，改善了发动机性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法，

多级转子装配中，单级转子定位、定向误差会进行传递与累积，影响多级转子装配后的单级转子的累积偏移量，其中，n级转子装配后第k级转子累积偏移量可表示为：

式中dx_0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在X轴方向上的累积偏移量；dy_0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏移量；p_i为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量；dp_i为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量；S_ri为第i级转子绕Z轴旋转θ_ri角度的旋转矩阵；S_r1为单位矩阵；S_xj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θ_xj-1角度的旋转矩阵；S_yj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θ_yj-1角度的旋转矩阵，S_rj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θ_rj-1角度的旋转矩阵；

依据同轴度的ISO标准定义，n级转子装配后同轴度的表达式为：

装配后转子间装配接触面的截面惯性矩I为：

式中R为接触面外直径，r为接触面内直径，偏心量偏心角dθ＝arctan(dy_0-k/dx_0-k)，转子抗弯刚度为EI，其中E为材料的弹性模量，得到抗弯刚度目标函数；

多级转子装配中，单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积，影响多级转子装配后的不平衡量，其中，由各级转子定位、定向误差引起的第n级转子不平衡量表示为：