本文關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的裝配偏差建模分析與工藝優(yōu)化

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【摘要】：裝配是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中的重要環(huán)節(jié),其工作量占到全機(jī)生產(chǎn)工作的一半以上,裝配精度的控制是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境溫度高壓強(qiáng)大,且伴隨著高速旋轉(zhuǎn),若裝配完成后轉(zhuǎn)子的同心度不合格,會(huì)造成轉(zhuǎn)子的不平衡,在運(yùn)行過程中導(dǎo)致不必要的振動(dòng)以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)靜子的碰磨,輕則降低推進(jìn)效率,重則產(chǎn)生故障。因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的裝配精度對(duì)整機(jī)性能有很大的影響。目前,我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段往往只考慮尺寸公差對(duì)裝配精度的影響,認(rèn)為偏差均服從正態(tài)分布,采用手算的方式對(duì)尺寸鏈進(jìn)行校核,使用的求解方法也僅限于極值法和方和根法。這種設(shè)計(jì)方法不僅效率低而且忽略了形位公差以及實(shí)際制造過程中偏差的非正態(tài)分布對(duì)裝配精度的影響,導(dǎo)致實(shí)際裝配過程中合格率較低,經(jīng)常需要反復(fù)拆裝調(diào)試。針對(duì)上述航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)階段裝配質(zhì)量難以控制的問題,本文通過三個(gè)方面來解決。在設(shè)計(jì)初期,還沒有三維實(shí)體造型的情況下,建立了包含尺寸公差和形位公差的二維剛性尺寸鏈模型,研究各偏差在不同的概率分布模型下對(duì)最終裝配質(zhì)量的影響,使用matlab進(jìn)行仿真計(jì)算;在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,利用商用裝配偏差分析軟件visvsa建立三維裝配偏差模型,對(duì)影響裝配偏差的各個(gè)因素進(jìn)行研究;在優(yōu)化階段,結(jié)合實(shí)際制造過程,對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行優(yōu)化,并歸納總結(jié)出一套優(yōu)化設(shè)計(jì)流程,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配質(zhì)量的控制。本文的主要研究工作如下:(1)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及裝配特點(diǎn)詳細(xì)介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的總體結(jié)構(gòu)以及渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);對(duì)典型轉(zhuǎn)子零件的裝配特點(diǎn)以及精度控制要求進(jìn)行了描述;并針對(duì)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙,介紹了其尺寸鏈傳遞關(guān)系,公差標(biāo)注以及測(cè)量要求,該圖紙為后續(xù)章節(jié)研究的輸入。(2)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子二維尺寸鏈建模及分析針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子零件的止口裝配結(jié)構(gòu),建立了包含尺寸公差和形位公差的剛性尺寸鏈模型;結(jié)合皮爾遜分布族,研究了各偏差在不同的概率分布模型下對(duì)最終裝配質(zhì)量的影響,使用蒙特卡羅模擬法對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。(3)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子三維尺寸鏈建模及分析采用商用裝配偏差分析軟件visvsa建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三維裝配偏差傳遞模型;通過裝配合格率以及貢獻(xiàn)度的計(jì)算,研究了公差帶大小、概率分布類型、裝配基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、裝配順序等因素對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)裝配質(zhì)量的影響規(guī)律。(4)面向制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)優(yōu)化根據(jù)前一部分的研究結(jié)果,歸納總結(jié)出一套針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程,對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中的八個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化,證明了該流程的有效性;并采用遺傳算法對(duì)轉(zhuǎn)子件的安裝角度進(jìn)行優(yōu)化,該方法能夠有效地指導(dǎo)實(shí)際裝配過程。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V263.2

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