[发明专利]一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法

权利要求书

1.一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：简化航空发动机机匣装配工艺，使影响机匣装配质量的因素包括止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差，然后采用等刚度法建立机匣简化模型，简化后的机匣为带止口的筒形件；

S2：获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式，包括如下过程：

将两段机匣简化模型在装配工装上通过止口螺栓配合连接在一起后，求出单工位下，止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差和螺栓预紧力大小各因素对径向跳动测点和端面跳动测点的偏差值，最后加上机匣零件制造偏差，获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式；

S3：建立机匣多工位装配偏差传递模型，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，包括如下过程：

当两段机匣组成的机匣装配体与第三段机匣装配时，所述机匣装配体被当作一个机匣，其对应的机匣零件制造偏差为所述机匣装配体的装配偏差，按照柔性机匣零件的装配过程，第三段机匣通过止口过盈配合和所述机匣装配体的机匣后止口贴合，然后将第三段机匣和所述机匣装配体通过止口螺栓配合连接在一起，按照步骤S2中所述方法，获得三段机匣的装配偏差，之后，以同样的方法，完成所有机匣的装配，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式；

S4：将机匣止口柱面的几何偏差与尺寸偏差、止口端面的几何偏差、工装定位偏差、螺栓预紧力大小数据，代入步骤S3中获得的航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，得到机匣假装完成后端面跳动测点值与径向跳动测点值，实现航空发动机机匣假装质量预测；

步骤S2具体包括如下子步骤：

S21:建立单工位下止口过盈配合量大小对装配质量的影响模型，止口过盈配合量由机匣止口柱面的尺寸偏差产生，建模方法如下：

建立第一机匣和第二机匣单位过盈量的三维模型，进行有限元计算，两机匣过盈配合完成后，在第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n上产生的偏差为在第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m上产生的偏差为n表示相邻两机匣的端面贴合点个数；m表示相邻两机匣的柱面贴合点个数；当第一机匣和第二机匣两机匣段配合的止口柱面的尺寸偏差过盈量为l₂时，在第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n产生的偏差为径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m产生的偏差为

S22:建立止口过盈配合量不均匀度对装配质量的影响模型，止口过盈配合量不均匀度由机匣止口柱面的几何偏差产生，建模方法如下：

通过单位力响应法求出第一机匣的柱面贴合点CP₁₁,CP₁₂,…,CP_1m和第二机匣的柱面贴合点CP₂₁,CP₂₂,…,CP_2m的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：

第一机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m上产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,m表示由第一机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的径向跳动测点MP_2i上的径向产生的偏差；j＝1,2,...,m为在第一机匣的柱面贴合点CP_1j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP_2i在径向上的位移响应；为第一机匣的柱面贴合点CP_1i点上的实际偏差；为两机匣装配体的径向跳动测点偏差对第一机匣的柱面贴合点CP₁₁,CP₁₂,…,CP_1m偏差的敏感度矩阵；为第一机匣的柱面贴合点CP₁₁,CP₁₂,…,CP_1m的实际偏差组成的向量；r表示测点在径向的偏差；

第一机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n上产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由第一机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的端面跳动测点NP_2i的轴向上产生的偏差；i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第一机匣的柱面贴合点CP_1j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP_2i在轴向上的位移响应；为装配体端面跳动测点偏差对第一机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；x表示测点在轴向的偏差；

第二机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m上产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,m表示由第二机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的径向跳动测点MP_2i上的径向产生的偏差；i,j＝1,2,...,m为在第二机匣的柱面贴合点CP_2j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP_2i在径向上的位移响应；为第二机匣的柱面贴合点CP_2i点上的实际偏差；为装配体径向跳动测点偏差对第二机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；为第二机匣的柱面贴合点CP₂₁,CP₂₂,…,CP_2m的实际偏差组成的向量；

第二机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n上产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由第二机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的端面跳动测点NP_2i的轴向上产生的偏差；i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第二机匣的柱面贴合点CP_2j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP_2i在轴向上产生的位移响应；为装配体端面跳动测点偏差对第二机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；

S23:建立螺栓连接对装配质量的影响模型，建模方法如下；

通过单位力响应法求出第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n和第二机匣的端面贴合点JP₂₁,JP₂₂,…,JP_2n的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：

第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n的偏差对第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,m表示由第一机匣的止口端面偏差在第二机匣的径向跳动测点MP_2i上的径向产生的偏差；i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,n为在第一机匣的端面贴合点JP_1j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP_2i在径向上的位移响应；为第一机匣的端面贴合点JP_1j上的实际偏差；为装配体径向跳动测点偏差对第一机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；为第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n的实际偏差组成的向量；

第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n偏差对第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由第一机匣的止口端面偏差在第二机匣的端面跳动测点NP_2i的轴向上产生的偏差；i，j＝1,2,...,n为在第一机匣的端面贴合点JP_1j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP_2i在轴向上的位移响应；为装配体端面跳动测点偏差对第一机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；

第二机匣的端面贴合点JP₂₁,JP₂₂,…,JP_2n偏差对第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m产生的偏差为

其中，i＝1,2,...,m表示由第二机匣的止口端面偏差在第二机匣的径向跳动测点MP_2i上的径向产生的偏差；i＝1,2,...,m,j＝,2,...,n为在第二机匣的端面贴合点JP_2j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP_2i在径向上的位移响应；为第二机匣的端面贴合点JP_2j上的实际偏差；为装配体径向跳动测点偏差对第二机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；为第二机匣的端面贴合点JP₂₁,JP₂₂,…,JP_2n的实际偏差组成的向量；

第二机匣的端面贴合点JP₂₁,JP₂₂,…,JP_2n偏差对第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由第二机匣的止口端面偏差在第二机匣的端面跳动测点NP_2i的轴向上产生的偏差；i，j＝1,2,...,m为在第二机匣的端面贴合点JP_2j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP_2i在轴向上的位移响应；为装配体端面跳动测点偏差对第二机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；

S24:建立装配工装定位偏差对装配质量的影响模型，定位点LP₁₁,LP₁₂,…,LP_1l的偏差不会直接对测点偏差产生影响，l表示定位点个数，而是先把偏差传递到第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n，再通过止口过盈配合传递到第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n与径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m，从而引起测点偏差，机匣装配工装存在的偏差为则机匣定位后，得到第一机匣的端面贴合点JP₁₁,JP₁₂,…,JP_1n由于装配工装定位偏差产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由第一机匣的定位点偏差在其端面贴合点JP_1i的轴向上产生的偏差；i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第一机匣的定位点LP_1j上产生单位位移时，第一机匣的端面贴合点JP_1i在轴向上的位移响应；i＝1,2,...,l为第一机匣的定位点LP_1i点上的实际偏差；为第一机匣端面贴合点偏差对夹具定位偏差的敏感度矩阵；为第一机匣的定位点LP₁₁,LP₁₂,…,LP_1l的实际偏差组成的向量，

装配完成后，在第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n产生的装配偏差为在径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m产生的装配偏差为

S25:建立螺旋预紧力对装配质量的影响模型；

在第j，j＝1,2,...,n处螺栓连接施加预紧力，然后进行有限元计算，得到第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n的位移变化量{e_1j,e_2j,…,e_nj}^T，在所有螺栓连接处均依次施加大小F_2j的预紧力，则由螺栓预紧力在第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n处产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,n表示由螺栓预紧力在第二机匣的端面跳动测点NP_2i的轴向上产生的偏差；i，j＝1,2,...,n为在第j处螺栓施加单位预紧力时，第二机匣的端面跳动测点NP_2i在轴向上的位移响应；F_2j,j＝1,2,...,n表示第j处螺栓预紧力实际大小；为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n产生的偏差矩阵；{F₂}为预紧力的大小组成的向量；

同理，由螺栓预紧力在第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m处产生的偏差为：

其中，i＝1,2,...,m表示由螺栓预紧力在第二机匣的径向跳动测点MP_2i的径向上产生的偏差；i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,n为在第j处螺栓施加单位预紧力时，第二机匣的径向跳动测点MP_2i在径向上的位移响应；为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m产生的偏差矩阵；

S26:建立单工位下止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差对综合装配质量的影响模型，得到：

当第一机匣和第二机匣两段机匣装配时，第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m的装配偏差{U_MP,2}的综合表达式为：

其中，为第二机匣的径向跳动测点MP₂₁,MP₂₂,…,MP_2m的制造偏差；

第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n的装配偏差的综合表达式为：

其中，为第二机匣的端面跳动测点NP₂₁,NP₂₂,…,NP_2n的制造偏差。