本文關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機轉(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)動機制造過程中的重要環(huán)節(jié),其工作量占到全機生產(chǎn)工作的一半以上,裝配精度的控制是航空發(fā)動機制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境溫度高壓強大,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,會造成轉(zhuǎn)子的不平衡,在運行過程中導致不必要的振動以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)靜子的碰磨,輕則降低推進效率,重則產(chǎn)生故障。因此航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的裝配精度對整機性能有很大的影響。目前,我國在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設計階段往往只考慮尺寸公差對裝配精度的影響,認為偏差均服從正態(tài)分布,采用手算的方式對尺寸鏈進行校核,使用的求解方法也僅限于極值法和方和根法。這種設計方法不僅效率低而且忽略了形位公差以及實際制造過程中偏差的非正態(tài)分布對裝配精度的影響,導致實際裝配過程中合格率較低,經(jīng)常需要反復拆裝調(diào)試。針對上述航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子在設計階段裝配質(zhì)量難以控制的問題,本文通過三個方面來解決。在設計初期,還沒有三維實體造型的情況下,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最終裝配質(zhì)量的影響,使用matlab進行仿真計算;在詳細設計階段,利用商用裝配偏差分析軟件visvsa建立三維裝配偏差模型,對影響裝配偏差的各個因素進行研究;在優(yōu)化階段,結(jié)合實際制造過程,對各個影響因素進行優(yōu)化,并歸納總結(jié)出一套優(yōu)化設計流程,最終實現(xiàn)對裝配質(zhì)量的控制。本文的主要研究工作如下:(1)航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及裝配特點詳細介紹了航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的總體結(jié)構(gòu)以及渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點;對典型轉(zhuǎn)子零件的裝配特點以及精度控制要求進行了描述;并針對某型航空發(fā)動機的設計圖紙,介紹了其尺寸鏈傳遞關(guān)系,公差標注以及測量要求,該圖紙為后續(xù)章節(jié)研究的輸入。(2)航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子二維尺寸鏈建模及分析針對航空發(fā)動機轉(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最終裝配質(zhì)量的影響,使用蒙特卡羅模擬法對模型進行了驗證。(3)航空發(fā)動機轉(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)動機轉(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度的計算,研究了公差帶大小、概率分布類型、裝配基準、測量基準、裝配順序等因素對轉(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)動機轉(zhuǎn)子設計優(yōu)化根據(jù)前一部分的研究結(jié)果,歸納總結(jié)出一套針對航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計流程,對設計圖紙中的八個測點進行了優(yōu)化,證明了該流程的有效性;并采用遺傳算法對轉(zhuǎn)子件的安裝角度進行優(yōu)化,該方法能夠有效地指導實際裝配過程。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V263.2

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