基于轴向预载的转子装配方法研究

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1、硕士学位论文基于轴向预载的转子装配方法研究RESEARCHONROTORASSEMBLYMETHODBASEDONAXIALCOMPRESSION李泽林哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V465学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于轴向预载的转子装配方法研究硕士研究生：李泽林导师：刘永猛教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V465U.D.C.:621D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONROTORASSEMBLYMETHODBASEDONAXIALCOMPRESSIONCandidate：LiZelinSupervisor：Prof.LiuYongmengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：DepartmentofAutomaticMe

3、asurementandControlDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要航空发动机被称为“工业皇冠上的明珠”。高压压气机是航空发动机的核心部件，高压压气机转子的装配质量直接影响航空发动机的工作性能。高压压气机转子的装配通过止口配合和螺栓紧固，螺栓孔个数较多，环形接触面直径大，接触面几何误差对装配质量影响显著，导致法兰螺栓结构装配质量不稳定。因此，亟待开

4、展航空发动机转子螺栓装配新方法研究以提升装配质量。本论文提出基于轴向预载的转子装配方法以提高航空发动机转子装配质量。该装配方法通过对转子上端面施加轴向载荷，在加载状态下按照十字奇偶的拧紧顺序对转子螺栓进行紧固，提高转子刚度的均匀性，减小转子螺栓连接界面和上端面的变形。本文对法兰螺栓转子的接触质量、轴向预载装配方法、螺栓拧紧工艺进行深入研究，并试验验证装配工艺。主要研究内容包括：首先，基于法兰螺栓连接结构研究航空发动机转子装配。建立航空发动机法兰螺栓连接结构转子模型，分析转子加工几何误差表面的弹性接触对转子装配

5、质量的影响。建立微凸体接触模型拟合转子表面几何误差，采用ANSYS仿真分析微凸体的布置和数量与几何误差的关系。其次，基于微凸体接触模型研究转子轴向预载装配方法。考虑转子加工几何误差对转子装配质量的影响，提出轴向预载装配方法，建立螺栓拧紧单元的力学模型，定量研究轴向预载和螺栓预紧力的关系，推导螺栓组预紧力和轴向预载的数学关系。基于实测转子结合面跳动数据，建立微凸体接触模型，通过仿真分析，确定各级转子装配所需的轴向预载力。再次，基于弹性相互作用研究螺栓组拧紧工艺。研究转子材料属性、拧紧方法、工作状态对螺栓预紧力的

6、影响。基于螺栓弹性相互作用关系，通过理论推导和仿真分析研究螺栓分步拧紧和螺栓拧紧顺序对螺栓预紧力的均匀性和转子变形的影响。仿真结果表明，螺栓分两步进行拧紧时，每步拧紧目标预紧力值的50%，螺栓预紧力损失较小，转子表面变形较小。螺栓组采用十字奇偶拧紧顺序进行拧紧时，转子表面变形较小。最后，开展法兰螺栓连接转子装配工艺试验验证。研制轴向预载的转子装配试验台，搭建转子跳动误差测量系统和转子刚度均匀性测量系统。控制轴向预载力的大小和螺栓装配顺序，检测转子表面跳动和转子刚度均匀性。试验表明：在施加30000N的轴向预载

7、，采用同一拧紧顺序进行拧紧时，转子上端面跳动减小42.3%，螺栓连接界面跳动减小7.9%，平均应变减小34.2%；采用十字奇偶拧紧顺序进行拧紧时，转子上端面跳动减小32.1%，螺栓连接界面的跳-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文动减小43.6%，平均应变减小18.8%。基于轴向预载的装配方法有效提升转子装配质量。关键词：航空发动机；轴向预载；螺栓紧固；装配质量-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAircraftengineiscalled"acrownjewel"inthehigh-endm

8、anufacturingindustry.High-pressurecompressorisacorepartofaircraftengine,theassemblyqualityofhigh-pressurecompressorrotordirectlyaffectstheworkingperformanceoftheaircraftengine.Therotorsofhigh-pressurec