圆弧端齿对涡轮螺栓连接影响的数值研究

《圆弧端齿对涡轮螺栓连接影响的数值研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第42卷第4期2016年8月航空发动机AeroengineV01．42No．4Aug．2016圆弧端齿对涡轮螺栓连接影响的数值研究罗莉，施一长，李杰，王克菲，陈亚龙(中航商用航空发动机有限责任公司，上海201108)摘要：为验证某型民用航空发动机涡轮总体设计方案的可行性和安全性，以该型航空发动机涡轮的圆弧端齿连接结构为研究对象，利用有限元数值模拟方法研究了涡轮第1级盘与前轴之间采用圆弧端齿连接的设计对结构强度和疲劳失效的影响，分析了在高温及不同预紧力载荷工况下对圆弧端齿连接强度、疲劳等性能的影响规律。研究表明：该设计存在涡轮第1级盘与高

2、压涡轮轴连接的外端齿分离而导致振动的风险，而增大预紧力可以提高螺栓连接传递荷载的能力，但螺栓孔边存在局部高应力问题。研究结果为圆弧端齿的设计方案提供了有效理论支撑和参考。关键词：圆弧端齿；预紧力；强度；疲劳；螺栓；涡轮；航空发动机中图分类号：V232．7文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．04．012NumericalStudyontheInfluenceofCurvicCouplingsonTurbineBoltConnectionLUOLi，SHIYi—chang，LIJie，WAN

3、GKe—fei，CHENYa—long(AVICCommercialAircra丘EngineCo．，Ltd，Shanghai201108，China)Abstract：Inordertoverifythefeasibilityandsafetyofacertaintypeofcivilaviationturbineen西neoveralldesignscheme，turbinecurviccouplingssyndetonintheaeroengineWassetupastheresearchobject．Usingfiniteele

4、mentnumericalsimulationmethod，theinfluenceofthecurviccouplingsonstructurestrengthandfatiguefailureWascarriedout,andtheinfluencelawofthestrengthandfatiguepropertiesofthecurviccouplingsunderhightemperatureanddifferentpretighteningforceloadwereanalyzedbetweenthefirststagetu

5、rbinediskandthefrontaxle．Resultsshowthattheendofthetoothofthefirststageturbinediscconnectedtothehigh-pressureturbineshaftmayseparateandthencauseriskofvibration，andthepreloadincreasingimprovestheabilityoftheboltconnectionofloadtransfer,butlocalhighstressproblemsoccuronthe

6、boltholes．Theresultalsoprovideaneffectivetheoreticalsupportandreferenceforthedesignofthecurviccouplings．Keywords：curviccouplings；pretension；strength；fatigue；bolt；turbine；aeroengine0引言航空发动机涡轮转子的盘、轴连接结构直接影响涡轮转子的性能和可靠性㈣。圆弧端齿连接具有精度高、自动定位、装拆方便等优点㈣，广泛应用于航空发动机、地面燃气轮机、铁路机车驱动系统等领

7、域㈣。国内外研究人员对圆弧端齿连接结构应用于航空发动机涡轮转子的盘、轴连接开展了一些基础研究睁141，如尹泽勇提出综合考虑多因素的轴向预紧力确定准则并由此建立了预紧力优化的数学模型等。但总体上圆弧端齿连接应用于航空发动机的技术累积较为薄弱，在航空发动机领域内开展针对圆弧端齿强度分析以及优化改进的研究报道较少【151。本文以某型民用航空发动机涡轮的圆弧端齿连接结构为研究对象，采用有限元方法对圆弧端齿连接结构在不同预紧力工况下进行热结构耦合计算，分析不同预紧力载荷变化对圆弧端齿连接强度、疲劳等性能的影响规律，并提出设计改进意见。1物理模型某

8、型航空发动机高压涡轮盘与高压涡轮轴采用圆弧端齿连接结构，共30个端齿、20组螺栓紧固件。收稿Et期：2016—01—21作者简介：罗莉(1983)，女，工程师，主要从事航空发动机涡轮强度分析工作；E—mai