【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械装配领域，特别涉及了一种紧固试验用航空发动机低压涡轮轴分体化试件及其设计方法。
技术介绍
航空发动机低压涡轮是将低压涡轮盘的动力传递给风扇的一种结构，由于它的工作转速高，传递扭矩值大。低压涡轮轴盘的装配工作主要由螺栓拧紧操作组成，拧紧力大小、拧紧顺序、拧紧次数等紧固工艺参数对于轴-盘连接界面接触应力、盘面变形及低压涡轮轴同轴度、低压涡轮轴盘动刚度及动力学稳定性等具有显著影响，不合理的紧固工艺将降低航空发动机低压涡轮轴运行可靠性。为确定合理的低压涡轮轴盘紧固工艺参数，针对新型低压涡轮轴盘结构需要进行大量紧固工艺试验，紧固试验后结合面及盘面将产生变形，重用后结合状态将与真实结构存在较大差异，因此低压涡轮轴盘紧固工艺试验过程需要大量试件。低压涡轮轴试件的材料为钛合金，同时对其加工精度要求较高，所以材料、制造费用较高，如何降低样件材料/加工费用是低压涡轮轴盘紧固工艺试验过程需要解决的问题。紧固过程中低压涡轮轴变形在弹性范围，因此虽然需要多个轴端法兰盘，但低压涡轮轴是可重用的，如果能将紧固工艺用低压涡轮轴盘试件设计为分体化分体结构，将低压涡轮轴与轴端法兰结构拆分开，将大大降低试件成本。进行低压涡轮轴盘紧固工艺试件分体化设计、制造的关键在于“保证分体试件与整体化试件的等价性”，即根据分体试件试验数据获取同样加载条件下的整体试件数据。低压涡轮轴盘紧固试验中关注的性能可以分为两方面：(1)与法兰连接结构相关的性能，如轴-盘连接界面接触应力、盘面变形、低压涡轮轴盘静动刚度等；(2)与低压涡轮轴相关的性能，主要为预紧前后的同轴度偏差。由于不断替换分体式紧固...
【技术保护点】
一种紧固试验用航空发动机低压涡轮轴分体化试件，其特征在于：包括低压涡轮轴圆柱轴体、轴端法兰和连接垫片，所述连接垫片的两端均设有定位圆柱，所述连接垫片一端上的定位圆柱与所述低压涡轮轴圆柱轴体上的中心定位孔配合，所述连接垫片另一端上的定位圆柱与所述轴端法兰上的中心定位孔配合，所述连接垫片通过四个内六角圆柱头螺钉与所述低压涡轮轴圆柱轴体连接，所述连接垫片通过四个双头螺柱与所述轴端法兰连接，所述四个内六角圆柱头螺钉和所述四个双头螺柱的轴线交替、等间距的排列在同一圆上，所述低压涡轮轴圆柱轴体的轴线穿过所述圆的圆心，所述双头螺柱通过螺母与所述轴端法兰固定连接。
【技术特征摘要】
1.一种紧固试验用航空发动机低压涡轮轴分体化试件，其特征在于：包括低压涡轮轴圆柱轴体、轴端法兰和连接垫片，所述连接垫片的两端均设有定位圆柱，所述连接垫片一端上的定位圆柱与所述低压涡轮轴圆柱轴体上的中心定位孔配合，所述连接垫片另一端上的定位圆柱与所述轴端法兰上的中心定位孔配合，所述连接垫片通过四个内六角圆柱头螺钉与所述低压涡轮轴圆柱轴体连接，所述连接垫片通过四个双头螺柱与所述轴端法兰连接，所述四个内六角圆柱头螺钉和所述四个双头螺柱的轴线交替、等间距的排列在同一圆上，所述低压涡轮轴圆柱轴体的轴线穿过所述圆的圆心，所述双头螺柱通过螺母与所述轴端法兰固定连接。2.一种紧固试验用航空发动机低压涡轮轴分体化试件的设计方法，其特征在于具有如下步骤：S1、推导分体化试件测试点处应力值与原整体试件轴线偏转量之间的函数关系：将分体化试件的结构进行等效：将所述低压涡轮轴圆柱轴体的夹持固定处到所述连接垫片靠近所述低压涡轮轴圆柱轴体的端面之间的长度等效为轴段一；将所述连接垫片等效为轴段二；将所述连接垫片靠近所述轴端法兰的端面到所述轴端法兰上的测试点之间的长度等效为轴段三；将所述双头螺柱处等效为弹簧一；将所述内六角圆柱头螺钉处等效为弹簧二；在弯矩M′的作用下，等效之后的分体化试件会发生弯曲，转角θ总＝θ1+θ2+θ3，式中，θ总是所述分体化试件在弯矩M′的作用下整体偏转的角度；θ1是所述轴段一在弯矩M′的作用下偏转的角度，θ2是所述轴段二在弯矩M′的作用下偏转的角度，θ2＝θ21+θ22，其中，θ21是所述弹簧一在弯矩M′的作用下产生的偏角，θ22是所述弹簧二在弯矩M′的作用下产生的偏角，θ3是所述轴段三在弯矩M′的作用下偏转的角度；以所述双头螺柱处为例进行分析：四个所述弹簧一在弯矩M′的作用下产生的作用力分别为F1,F2,F3,F4产生的变形分别是z1，z2，z3，z4，根据受力关系，则有F1＝z1kn＝-F4＝-z4kn＝-knz2，由几何关系有z2＝z4，z1＝z3得： F 2 = z 1 tanθ 21 k n = - F 4 = - z 1 tanθ 21 k n , ]]>根据四个所述弹簧一关于弯矩M′所在的平面力矩平衡有，其中，r为所述圆的半径，由几何关系可知，所述弹簧二的轴线和所述弹簧一的轴线与所述圆的圆心的夹角相差45°，根据四个所述弹簧二关于弯矩M′所在的平面力矩平衡和所述双头螺柱处等效的所述弹簧一的受力推导过程有， M ′ = 2 z 1 c o s ( θ M ′ - π 4 ) cosθ M ′ k n r sin - 1 ( θ M ′ - π 4 ) , ]]>在进行结构等效时，测试点处的最大应力值相同，σ′max＝σmax，原整体试件与分体化试件在测试点面处的弯矩相等，M′＝M，其中，σ'max为分体化试件测试点处的最大应力值；σmax为原整体试件测试点处的最大应力值；M为原整体试件在测试点面处的弯矩，M′是分体化试件在测试点面处的弯矩，设所述低压涡轮轴圆柱轴体的夹持固定处到所述轴端法兰上的测试点之间的距离为L总，有L总＝L1+L2+L3，其中，L1为所述轴段一的长度；L2为所述轴段二的长度；L3为所述轴段三的长度；又有，其中，Iz等效是分体化试件测试点处的截面惯性矩，E为原整体试件的弹性模量，由几何结构有，由于可以得到：同理，因为θ21很小，所以有tanθ21＝θ21，可得：有：综合上述各式，可得：则有，在分体化试件测试点处，有：又有：由于分体化试件的直径与原整体试件的轴径一样，则d等效＝d，Iz等效＝Iz，Iz是原整体试件测试点处的截面惯性矩，其中，L总＝L,L是原整体试件圆柱轴体的夹持固定处到所述轴端法兰上的测试点之间的距离，得：整理得：又因为：因为有： σ max ′ = 32 ( EI z θ L ) 1 4 ( 64 L 2 π E θ ( L 1 + L 3 + EI z tanθ M k n r 2 ) ) - 3 4 = 3.34 EL - 7 4 I z 1 4 θ ( L ...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙清超，黄伟强，孙志勇，姜英杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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