【技术实现步骤摘要】
一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法
[0001]本专利技术涉及热力机械
，具体涉及一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法。
技术介绍
[0002]某型涡扇发动机是热、力、电、磁等恶劣环境条件下长期反复使用的热力机械，其中转子系统是发动机的重要组成部分，转子系统的质量特性对发动机的性能具有重要的影响。转子系统的轴端螺母的预紧力是转子系统装配的一个重要质量指标。轴端螺母的作用是将三个涡轮压紧在转子的旋转轴上。过大的预紧力使得螺母材料的蠕变过程加快，从而导致螺纹的断裂。过小的预紧力会在发动机振动的情况下直接导致螺母的松动，进而造成发动机转、静件碰磨损伤。
[0003]转子系统极端恶劣的工作环境会导致轴端螺母预紧力在使用过程中发生变化，特别是温度变化对其影响尤其明显。发动机工作时，转子系统高速旋转，流道内流通高温高压空气和燃气，转子受热变形。当转子系统轴端螺母预紧力动态量值超过预紧力指标边界时，将出现转子系统松动、碰磨等问题，导致发动机结构出现损伤故障。因此，为解决某型涡扇发动机转子系统松动...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、理论计算转子系统轴端螺母的螺纹预紧力；步骤二、对转子系统轴端螺母的预紧力变化规律进行仿真；步骤三、通过在每个温度取值点求解螺母预紧力的理论计算值和仿真值的平均值，对螺母预紧力模型进行修正；步骤四、基于步骤三的结果计算热变形下转子系统轴端螺母预紧力可靠度；步骤五：基于步骤四的结果，不断调整预紧力指标上下限的值，直至使转子系统工作过程中轴端螺母预紧力满足实际的工作要求。2.如权利要求1所述的考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法，其特征在于，所述步骤一中，未受热时螺纹预紧力的解析算法为：在转子轴和螺母的螺纹联结体中，施加在螺母上的拧紧力矩T等于螺纹副间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与被联接件/垫圈支承面间的摩擦阻力矩T2之和，即：T＝T1+T2ꢀꢀꢀꢀ
(1)将螺纹副力学分析简化为斜楔力学计算，将螺母看作是绕在转子轴上的斜楔块；当预紧时，螺母受到的轴向力为F
b
，切向力为U
f
，螺母拧紧过程中，根据力学平衡的关系可得：U
f cosβ
‑
F
b sinβ＝μ
s
(U
f sinβ+F
b cosβ)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，β为螺纹升角，摩擦系数为μ
s
；由式(2)可得下式：其中，ρ为螺纹面摩擦角；螺母的松动过程中，将式(3)中β的符号换为负号，即可得：U
f
＝F
b tan(ρ
‑
β)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)设螺纹的中径为d
p
，则拧紧螺纹副时的扭矩T1为：当螺母与联接结构件接触时，由于摩擦力产生，螺母继续拧动需要克服螺母支撑面的摩擦力矩，T2表达式如下：其中，μ
w
为螺母支撑面间的摩擦系数，d
w
为螺母的公称直径，F
f
为压紧力；当螺母支撑面压力均匀分布时，支撑面的面积为以螺母对边距离B为直径的圆面积，设螺纹孔直径为D，则有：由此得螺母与支撑面间的摩擦力矩为：
将式(5)和式(8)代入式(1)得：其中，F为螺纹预紧力，F＝F
b
＝F
f
；由式(9)可得：3.如权利要求2所述的考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法，其特征在于，所述步骤一中，受热后螺纹预紧力的解析算法为：转子系统各部分的预紧力变化量来自于两个部分，即：转子系统各零件受拉或受压导致的零件伸长或缩短量以及温度升高导致的零件膨胀量；在仅承受螺纹预紧力F的情况下，转子轴的伸长量由下式计算：其中，ΔL
y
为转子轴在仅承受预紧力情况下的伸长量，L为转子轴的有效长度，s为转子轴的应力面积，E为转子轴的弹性模量；此时在转子轴上所安装的零件也受到螺纹预紧力F的作用而压缩，所产生的总的压缩变形量为：式中，ΔL
yi
为各零件在预紧力作用下的压缩变形量，L
i
为各零件的有效长度，s
i
为各零件的受力面积，E
i
为转子轴各安装零件的弹性模量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，马同玲，毛善斌，杨明远，李伊，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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