CN113158334B - 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法 - Google Patents

一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113158334B
CN113158334B CN202110358678.7A CN202110358678A CN113158334B CN 113158334 B CN113158334 B CN 113158334B CN 202110358678 A CN202110358678 A CN 202110358678A CN 113158334 B CN113158334 B CN 113158334B
Authority
CN
China
Prior art keywords
casing
deviation
measuring point
point
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110358678.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113158334A (zh
Inventor
李小强
李兆宇
孟庆阔
赵罡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202110358678.7A priority Critical patent/CN113158334B/zh
Publication of CN113158334A publication Critical patent/CN113158334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113158334B publication Critical patent/CN113158334B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

本发明一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，首先通过简化航空发动机机匣装配工艺，使影响机匣装配质量的因素包括止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差；然后将两段机匣简化模型在装配工装上通过止口螺栓配合连接在一起后，求出单工位下，上述各因素对径向跳动测点和端面跳动测点的偏差值，最后加上机匣零件制造偏差，获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式；建立机匣多工位装配偏差传递模型，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，即可得到机匣假装完成后，测点的端面跳动与径向跳动值，实现航空发动机机匣假装质量预测。

Description

一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法
技术领域
本发明属于航空发动机装配领域，涉及一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，可用于机匣假装过程中端面跳动量和径向跳动量大小的预测，以评价航空发动机机匣的装配质量。
背景技术
航空发动机的机匣是连接发动机转子和发动机其他部件的主要承力结构。在装配过程中，由于每个机匣零件的偏差分布是随机的，其装配后的发动机机匣结构特性具有分散度，其最终结果是对整机性能产生影响。此外，航空发动机机匣装配具有典型的弱刚性易变形的特点，影响装配质量的因素除装配过程中的刚性运动外，还有机匣装配过程中产生的变形，这极大地增加了发动机零部件装配过程的精准调控难度。
目前对于机匣装配质量的掌握主要通过机匣的“假装”，机匣“假装”是对机匣在气浮转台上进行预装配，然后测量机匣的装配质量，合格后进行拆解，费时费力。
发明内容
航空发动机机匣装配具有典型的弱刚性易变形的特点，影响装配质量的因素除装配过程中的刚性运动外，还有机匣装配过程中产生的变形，这极大地增加了发动机零部件装配过程的精准调控难度。因此合理有效的数字化假装分析对于提前预测机匣装配质量，减少甚至取消机匣实际生产中的“假装”环节，节省装配时间和成本，具有重要意义。基于此，本发明提供了一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，可用于机匣假装过程中端面跳动和径向跳动量大小的预测，以评价航空发动机机匣的装配质量。
本发明提供了一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，包括如下步骤：
S1：简化航空发动机机匣装配工艺，使影响机匣装配质量的因素包括止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差，然后采用等刚度法建立机匣简化模型，简化后的机匣为带止口的筒形件；
S2：获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式，包括如下过程：
将两段机匣简化模型在装配工装上通过止口螺栓配合连接在一起后，求出单工位下，止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差和螺栓预紧力大小各因素对径向跳动测点和端面跳动测点的偏差值，最后加上机匣零件制造偏差，获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式；
S3：建立机匣多工位装配偏差传递模型，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，包括如下过程：
当两段机匣组成的机匣装配体与第三段机匣装配时，所述机匣装配体被当作一个机匣，其对应的机匣零件制造偏差为所述机匣装配体的装配偏差，按照柔性机匣零件的装配过程，第三段机匣通过止口过盈配合和所述机匣装配体的机匣后止口贴合，然后将第三段机匣和所述机匣装配体通过止口螺栓配合连接在一起，按照步骤S2中所述方法，获得三段机匣的装配偏差，之后，以同样的方法，完成所有机匣的装配，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式；
S4：将机匣止口柱面的几何偏差与尺寸偏差、止口端面的几何偏差、工装定位偏差、螺栓预紧力大小数据，代入步骤S3中获得的航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，得到机匣假装完成后端面跳动测点值与径向跳动测点值，实现航空发动机机匣假装质量预测。
进一步，步骤S1中将航空发动机机匣装配工艺简化等效为如下步骤：
a)将机匣1放到装配工装上按照自身定位方式进行定位；
b)通过止口过盈配合将机匣1与机匣2进行配合连接，保证两机匣的止口柱面处于贴合状态；
c)施加夹紧力，保证两机匣的止口端面处于贴合状态；
d)进行螺栓连接，螺母刚好拧到和两机匣相接触但没有拧紧，螺栓预紧力恰好为0，此时螺栓仅实现物理连接，螺栓和两机匣都不受力，无螺栓连接变形；
e)释放夹紧力，两机匣组成的装配体产生回弹；
f)施加螺栓预紧力，完成螺栓拧紧操作，螺栓连接引起变形，形成两机匣的最终装配偏差。
进一步，步骤S2具体包括如下子步骤：
S21:建立单工位下止口过盈配合量大小对装配质量的影响模型，止口过盈配合量由机匣止口柱面的尺寸偏差产生，建模方法如下：
建立机匣1和机匣2单位过盈量的三维模型，进行有限元计算，两机匣过盈配合完成后，在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000031
在机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000032
n表示相邻两机匣的端面贴合点个数；m表示相邻两机匣的柱面贴合点个数；当机匣1和机匣2两机匣配合的止口柱面的尺寸偏差过盈量为l2时，在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000033
径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000034
S22:建立止口过盈配合量不均匀度对装配质量的影响模型，止口过盈配合量不均匀度由机匣止口柱面的几何偏差产生，建模方法如下：
通过单位力响应法求出机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m和机匣2的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP2m的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：
机匣1的止口柱面的几何偏差对机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差
Figure BDA0003004627170000041
为：
Figure BDA0003004627170000042
其中，
Figure BDA0003004627170000043
表示由机匣1的止口柱面的几何偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000044
为在机匣1的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000045
为机匣1的柱面贴合点CP1i点上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000046
为两机匣装配体的径向跳动测点偏差对机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000047
为机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m的实际偏差组成的向量；r表示测点在径向的偏差；
机匣1的止口柱面的几何偏差对机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差
Figure BDA0003004627170000048
为：
Figure BDA0003004627170000049
其中，
Figure BDA00030046271700000410
表示由机匣1的止口柱面的几何偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700000411
为在机匣1的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA00030046271700000412
为装配体端面跳动测点偏差对机匣1的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；x表示测点在轴向的偏差；
机匣2的止口柱面的几何偏差对机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差
Figure BDA0003004627170000051
为：
Figure BDA0003004627170000052
其中，
Figure BDA0003004627170000053
表示由机匣2的止口柱面的几何偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000054
为在机匣2的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000055
为机匣2的柱面贴合点CP2i点上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000056
为装配体径向跳动测点偏差对机匣2的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000057
为机匣2的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP2m的实际偏差组成的向量；
机匣2的止口柱面的几何偏差对机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差
Figure BDA0003004627170000058
为：
Figure BDA0003004627170000059
其中，
Figure BDA00030046271700000510
表示由机匣2的止口柱面的几何偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700000511
为在机匣2的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上产生的位移响应；
Figure BDA00030046271700000512
为装配体端面跳动测点偏差对机匣2的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；
S23:建立螺栓连接对装配质量的影响模型，建模方法如下；
通过单位力响应法求出机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n和机匣2的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：
机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n的偏差对机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差
Figure BDA0003004627170000061
为：
Figure BDA0003004627170000062
其中，
Figure BDA0003004627170000063
表示由机匣1的止口端面偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000064
为在机匣1的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000065
为机匣1的端面贴合点JP1j上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000066
为装配体径向跳动测点偏差对机匣1的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000067
为机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n的实际偏差组成的向量；
机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n偏差对机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差
Figure BDA0003004627170000068
为：
Figure BDA0003004627170000069
其中，
Figure BDA00030046271700000610
表示由机匣1的止口端面偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700000611
为在机匣1的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA00030046271700000612
为装配体端面跳动测点偏差对机匣1的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
机匣2的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n偏差对机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差
Figure BDA00030046271700000613
为
Figure BDA0003004627170000071
其中，
Figure BDA0003004627170000072
表示由机匣2的止口端面偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000073
为在机匣2的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000074
为机匣2的端面贴合点JP2j上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000075
为装配体径向跳动测点偏差对机匣2的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000076
为机匣2的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n的实际偏差组成的向量；
机匣2的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n偏差对机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差
Figure BDA0003004627170000077
为：
Figure BDA0003004627170000078
其中，
Figure BDA0003004627170000079
表示由机匣2的止口端面偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700000710
为在机匣2的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA00030046271700000711
为装配体端面跳动测点偏差对机匣2的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
S24:建立装配工装定位偏差对装配质量的影响模型，定位点LP11,LP12,…,LP1l的偏差不会直接对测点偏差产生影响，l表示定位点个数，而是先把偏差传递到机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n，再通过止口过盈配合传递到机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n与径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m，从而引起测点偏差，机匣装配工装存在的偏差为
Figure BDA00030046271700000712
则机匣定位后，得到机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n由于装配工装定位偏差产生的偏差
Figure BDA0003004627170000081
为：
Figure BDA0003004627170000082
其中，
Figure BDA0003004627170000083
表示由机匣1的定位点偏差在其端面贴合点JP1i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000084
为在机匣1的定位点LP1j上产生单位位移时，机匣1的端面贴合点JP1i在轴向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000085
为机匣1的定位点LP1i点上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000086
为机匣1端面贴合点偏差对夹具定位偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000087
为机匣1的定位点LP11,LP12,…,LP1l的实际偏差组成的向量，
装配完成后，在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的装配偏差为
Figure BDA0003004627170000088
在径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的装配偏差为
Figure BDA0003004627170000089
S25:建立螺旋预紧力对装配质量的影响模型；
在第j，j＝1,2,...,n处螺栓连接施加预紧力，然后进行有限元计算，得到机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的位移变化量{e1j,e2j,…,enj}T，在所有螺栓连接处均依次施加大小F2j的预紧力，则由螺栓预紧力在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n处产生的偏差
Figure BDA00030046271700000810
为：
Figure BDA00030046271700000811
其中，
Figure BDA00030046271700000812
表示由螺栓预紧力在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700000813
为在第j处螺栓施加单位预紧力时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；F2j,j＝1,2,...,n表示第j处螺栓预紧力实际大小；
Figure BDA0003004627170000091
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差矩阵；{F2}为预紧力的大小组成的向量；
同理，由螺栓预紧力在机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m处产生的偏差
Figure BDA0003004627170000092
为：
Figure BDA0003004627170000093
其中，
Figure BDA0003004627170000094
表示由螺栓预紧力在机匣2的径向跳动测点MP2i的径向上产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000095
为在第j处螺栓施加单位预紧力时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000096
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差矩阵；
S26:建立单工位下止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差对综合装配质量的影响模型，得到：
当机匣1和机匣2两段机匣装配时，机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的装配偏差{UMP,2}的综合表达式为：
Figure BDA0003004627170000097
其中，
Figure BDA0003004627170000098
为机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的制造偏差；
机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的装配偏差的综合表达式为：
Figure BDA0003004627170000099
其中，
Figure BDA00030046271700000910
为机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的制造偏差。
进一步，步骤S3具体过程如下：
当机匣1和机匣2两机匣组成的装配体与机匣3装配时，机匣3的径向跳动测点MP31,MP32,…,MP3m的装配偏差{UMP,3}的表达式为：
Figure BDA0003004627170000101
其中，
Figure BDA0003004627170000102
为机匣3的径向跳动测点的制造偏差；l3为装配机匣3的过盈量；
Figure BDA0003004627170000103
为单位过盈量在机匣3的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000104
为机匣1和机匣2装配完成后，机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的偏差对机匣3的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000105
为机匣3的柱面几何偏差对其径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000106
为机匣1和机匣2完成后，机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的偏差对机匣3的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000107
为机匣3的端面贴合点偏差对机匣3的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000108
为螺栓预紧力大小对机匣3的径向跳动测点产生的偏差；
机匣3的端面跳动测点NP31,NP32,…,NP3n的装配偏差{UNP,3}的表达式为：
Figure BDA0003004627170000109
其中，
Figure BDA00030046271700001010
为机匣3的端面跳动测点的制造偏差；
Figure BDA00030046271700001011
为单位过盈量在机匣3的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001012
为机匣1和机匣2装配完成后，机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的偏差对机匣3端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001013
为机匣3的柱面几何偏差对机匣3的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001014
为机匣1和机匣2装配完成后，机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n偏差对机匣3的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001015
为机匣3的端面贴合点偏差对机匣3的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001016
为螺栓预紧力大小对机匣3的端面跳动测点产生的偏差；
完成z段机匣的总装配过程后，形成最终的径向跳动测点的装配偏差{UMP,z}的表达式为：
Figure BDA0003004627170000111
其中，
Figure BDA0003004627170000112
为机匣z的径向跳动测点的制造偏差；lz为装配机匣z的过盈量；
Figure BDA0003004627170000113
为单位过盈量在机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000114
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的径向跳动测点对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000115
为机匣z的柱面几何偏差对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000116
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的端面跳动测点偏差对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000117
为机匣z的端面贴合点偏差对机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000118
为螺栓预紧力大小对机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
最终的端面跳动测点的装配偏差{UNP,z}的表达式为：
Figure BDA0003004627170000119
其中，
Figure BDA00030046271700001110
为机匣z的端面跳动测点的制造偏差；
Figure BDA00030046271700001111
为单位过盈量在机匣z的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001112
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的径向跳动测点偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001113
为机匣z的柱面几何偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001114
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的端面跳动测点偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700001115
为机匣z的端面贴合点偏差对机匣z的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001116
为螺栓预紧力大小对机匣z的端面跳动测点产生的偏差。
本发明的有益效果：
对于同一种型号的机匣，本发明所述方法中的敏感度矩阵只需求解一次，减少计算过程；本方法可以对机匣的装配质量进行预测，输入机匣零件的制造偏差、工装定位偏差、螺栓预紧力大小，就可以计算可得出机匣的端面跳动和径向跳动数据，进而可以反映机匣的装配质量，计算效率高，节约成本。
附图说明
图1为本发明实施例的两段机匣零件简化模型装配图；
图2为本发明实施例的机匣1的定位点及测点图；
图3为本发明实施例的机匣2的定位点及测点图；
图4为机匣零件实际止口柱面截面图。
附图中：
1-机匣1；2-机匣2；3-装配工装；4-螺栓；5-螺母；6-机匣止口柱面的名义尺寸；7-机匣止口柱面的尺寸偏差；8-机匣止口柱面的几何偏差；
LP11,LP12,…,LP17,LP18为机匣1上的定位点；
JP11,JP12,…,JP17,JP18为机匣1上与机匣2止口配合的端面贴合点，简称机匣1的端面贴合点；
JP21,JP22,…,JP27,JP28为机匣2上与机匣1止口配合的端面贴合点，简称机匣2的端面贴合点；；
CP11,CP12,…,CP17,CP18为机匣1上与机匣2柱面止口配合的柱面贴合点，简称机匣1的柱面贴合点；；
CP21,CP22,…,CP27,CP28为机匣2上与机匣1柱面止口配合的柱面贴合点，简称机匣2的柱面贴合点；；
MP21,MP22,…,MP27,MP28为装配完成后机匣2的径向跳动测点；
NP21,NP22,…,NP27,NP28为装配完成后机匣2的端面跳动测点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。在本实施例中，相邻两机匣的端面贴合点个数、相邻两机匣的柱面贴合点个数以及定位点个数均为8。具体地，本发明实施例提供的一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，包括如下步骤：
S1：简化航空发动机机匣装配工艺，使影响机匣装配质量的因素包括止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差，然后在保证结构力学关系不变的前提下，采用等刚度法对航空发动机机匣模型进行局部简化，保留其参与承力的主要结构元素，重点关注机匣零件之间的配合面。简化完成的机匣为带止口的筒形件，如图1-4所示。
将机匣的装配过程可以简化等效为以下六个步骤：
a)将一机匣放到工装上按照自身定位方式进行定位；
b)通过止口过盈配合将该机匣与另一机匣进行配合连接，保证两机匣的止口柱面处于贴合状态；
c)施加夹紧力，保证两机匣的止口端面处于贴合状态；
d)进行螺栓连接，螺母刚好拧到和两机匣相接触但没有拧紧，螺栓预紧力恰好为0，此时螺栓仅实现物理连接，螺栓和两机匣都不受力，无螺栓连接变形；
e)释放夹紧力，两机匣组成的装配体产生回弹；
f)施加螺栓预紧力，完成螺栓拧紧操作，螺栓连接引起变形，形成两机匣的最终装配偏差。
根据上述装配工艺，影响装配质量的因素包括止口过盈配合量大小及不均匀程度、工装定位偏差、零件制造偏差、螺栓预紧力大小。
S2：单工位下两段机匣的装配质量预测，即将机匣1和机匣2在装配工装上通过止口螺栓配合连接在一起后，获得机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28和端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28的偏差值。具体包括如下步骤：
S21：建立单工位下止口过盈配合量大小对装配质量的影响模型
止口过盈配合量是由尺寸偏差7产生的。建立机匣1和机匣2单位过盈量的三维模型，进行有限元计算，过盈配合完成后在机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28上产生偏差记为
Figure BDA0003004627170000141
在径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的偏差记为
Figure BDA0003004627170000142
当两机匣配合的尺寸偏差产生的过盈量为l2时，由于l2是小过盈量，符合线性关系，在测点上实际产生的偏差应为上述偏差的l2倍，即在端面跳动测点产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000143
在径向跳动测点产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000144
S22：建立止口过盈配合量不均匀度对装配质量的影响模型
止口过盈配合量不均匀度由止口柱面的几何偏差8产生，止口柱面几何偏差8对装配偏差的影响可以通过影响系数法求解。关键在于得到装配测点偏差与零件柱面贴合点几何偏差的线性关系，该关系可以用敏感度矩阵表示。具体方法是通过单位力响应法求出端面贴合点的位移响应向量组成的柔度矩阵。对柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵。最后通过单位位移响应法求出在机匣柱面贴合点产生单位偏差时，装配体测点产生的偏差即为敏感度矩阵。以机匣1的止口柱面几何偏差对装配体测点偏差的影响为例(机匣2与之类似)，介绍分析方法。
机匣止口过盈配合完成后，机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP17,CP18与机匣2的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP27,CP28贴合，在机匣1的一个柱面贴合点上施加一个沿半径方向的单位力，进行有限元仿真计算，得出所有柱面贴合点在半径方向的位移响应。可以写成一个1×8的向量，在所有贴合点均依次施加单位力，则在柱面贴合点的位移响应向量可以组成一个8×8的矩阵[D]。对矩阵[D]进行逆转换，可求解出刚度矩阵[K]。
将刚度矩阵第j列向量对应的力施加在柱面贴合点上，即当机匣1的某个柱面贴合点CP1j产生沿半径方向的单位偏差时，通过有限元模拟仿真，可得到机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28在半径方向的偏差为
Figure BDA0003004627170000151
若柱面贴合点CP1j的偏差为
Figure BDA0003004627170000152
则引起机匣装配体柱面跳动测点的装配偏差为：
Figure BDA0003004627170000153
测点处的偏差是各个贴合点引起偏差源的叠加和，因此当机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP17,CP18的实际偏差为
Figure BDA0003004627170000154
时，机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的偏差为：
Figure BDA0003004627170000155
其中，
Figure BDA0003004627170000156
表示由机匣1的止口柱面的几何偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000157
为在机匣1的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000158
为机匣1的柱面贴合点CP1i点上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000159
为两机匣装配体的径向跳动测点偏差对机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP17,CP18偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA00030046271700001510
为机匣1的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP17,CP18的实际偏差组成的向量；r表示测点径向的偏差。
同理可得，机匣1的止口柱面几何偏差对机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28产生的偏差为：
Figure BDA00030046271700001511
其中，
Figure BDA00030046271700001512
表示由机匣1的止口柱面的几何偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001513
为在机匣1的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000161
为装配体端面跳动测点偏差对机匣1的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；x表示测点轴向的偏差。
机匣2的止口柱面的几何偏差对其径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的偏差为：
Figure BDA0003004627170000162
其中，
Figure BDA0003004627170000163
表示由机匣2的止口柱面的几何偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000164
为在机匣2的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000165
为机匣2的柱面贴合点CP2i点上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000166
为装配体径向跳动测点偏差对机匣2的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000167
为机匣2的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP27,CP28的实际偏差组成的向量。
机匣2的止口柱面的几何偏差对端面跳动测点NP21、NP22、…、NP27、NP28产生的偏差为：
Figure BDA0003004627170000168
其中，
Figure BDA0003004627170000169
表示由机匣2的止口柱面的几何偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001610
为在机匣2的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上产生的位移响应；
Figure BDA00030046271700001611
为装配体端面跳动测点偏差对机匣2的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵。
S23：螺栓连接对装配质量的建模方法
螺栓连接对装配偏差的建模，主要是两机匣配合部位，端面贴合点JP11,JP12,…,JP17,JP18与JP21,JP22,…,JP27,JP28的端面偏差对最终装配偏差的影响。要建立螺栓连接对测点装配偏差的模型，关键在于求解出柔性件装配测点偏差与零件过盈配合端面贴合点输入偏差的线性关系，同步骤S22类似，也是通过单位力响应法求出端面贴合点的位移响应向量组成的柔度矩阵。对柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵.最后通过单位位移响应法求出：
机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP17,JP18偏差对径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的偏差
Figure BDA0003004627170000171
为：
Figure BDA0003004627170000172
其中，
Figure BDA0003004627170000173
表示由机匣1的止口端面偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000174
为在机匣1的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000175
为机匣1的端面贴合点JP1j上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000176
为装配体径向跳动测点偏差对机匣1的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000177
为机匣1的端面贴合点的实际偏差组成的向量。
机匣1的端面贴合点JP11,JP12,…,JP17,JP18偏差对端面跳动测点NP21、NP22、…、NP27、NP28产生的偏差
Figure BDA0003004627170000178
为：
Figure BDA0003004627170000179
其中，
Figure BDA00030046271700001710
表示由机匣1的止口端面偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001711
为在机匣1的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000181
为装配体端面跳动测点偏差对机匣1的端面贴合点偏差的敏感度矩阵。
机匣2的端面贴合点偏差JP21,JP22,…,JP27,JP28对径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的偏差
Figure BDA0003004627170000182
为
Figure BDA0003004627170000183
其中，
Figure BDA0003004627170000184
表示由机匣2的止口端面偏差在机匣2的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000185
为在机匣2的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，机匣2的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure BDA0003004627170000186
为机匣2的端面贴合点JP2j上的实际偏差；
Figure BDA0003004627170000187
为装配体径向跳动测点偏差对机匣2的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure BDA0003004627170000188
为机匣2的端面贴合点的实际偏差组成的向量。
机匣2的端面贴合点JP21,JP22,…,JP27,JP28偏差对端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28产生的偏差
Figure BDA0003004627170000189
为：
Figure BDA00030046271700001810
其中，
Figure BDA00030046271700001811
表示由机匣2的止口端面偏差在机匣2的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure BDA00030046271700001812
为在机匣2的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，机匣2的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure BDA00030046271700001813
为装配体端面跳动测点偏差对机匣2的端面贴合点偏差的敏感度矩阵。
S24：建立工装定位偏差对装配质量的影响模型
装配工装定位点LP11,LP12,…,LP17,LP18偏差不会直接对测点偏差产生影响，而是先传递到与机匣2配合的端面贴合点JP11、JP12、…、JP17、JP18与柱面贴合点CP11,CP12,…,CP17,CP18，再通过止口过盈配合传递到径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28与端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28，从而引起测点偏差。因此先通过影响系数法得出在止口端面贴合点与柱面贴合点产生的偏差，再分别代入步骤S22和S23，即可得到装配完成后，工装定位偏差在测点产生的装配偏差。定义机匣定位工装存在的偏差为
Figure BDA0003004627170000191
则柔性机匣零件经过定位后，可以得到机匣1端面贴合点由于夹具定位偏差产生的偏差为
Figure BDA0003004627170000192
(其中
Figure BDA0003004627170000193
求解方法与步骤S22中一致)。
装配完成后在端面测点NP21,NP22,…,NP27,NP28产生的装配偏差为
Figure BDA0003004627170000194
在径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28产生的装配偏差为
Figure BDA0003004627170000195
S25：建立螺栓预紧力对装配质量的影响模型
在第j处螺栓连接施加一个1KN的预紧力，然后进行有限元计算，得到端面跳动测点的位移变化量，可以写成一个向量：{e1j,e2j,…,e7j,e8j}T，
在所有螺栓连接处均依次施加大小为F2j(j＝1,2,…,8)的预紧力，则由螺栓预紧力在端面跳动测点处产生的偏差为：
Figure BDA0003004627170000196
其中，
Figure BDA0003004627170000197
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在径向跳动测点产生的偏差矩阵，{F2}为预紧力的大小。
同理可得由螺栓预紧力在径向跳动测点处产生的偏差为：
Figure BDA0003004627170000198
其中，
Figure BDA0003004627170000199
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在端面跳动测点产生的偏差矩阵。
S6：建立单工位下各因素综合对装配质量的影响模型
在柔性机匣件装配完成后，测点的偏差除了受止口过盈配合、螺栓连接和夹具定位偏差和螺栓预紧力的影响外，还受到测点自身的制造偏差影响。综合前面的步骤，可以得出当两段机匣装配时，柱面径向跳动测点MP21,MP22,…,MP27,MP28的装配偏差的综合表达式为：
Figure BDA0003004627170000201
其中，
Figure BDA0003004627170000202
为机匣2的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的制造偏差。
机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP27,NP28的装配偏差的综合表达式为：
Figure BDA0003004627170000203
其中，
Figure BDA0003004627170000204
为机匣2的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的制造偏差。
S3：机匣零件多工位装配偏差传递建模
当两段机匣组成的装配体与第三段机匣装配时，该装配体被当作一个零件，此时零件的制造偏差为该装配体的装配偏差。按照柔性机匣零件的装配过程，第三段机匣零件通过止口过盈配合和装配好的机匣的后止口贴合，然后通过螺栓连接方式将机匣零件连接在一起，分析过程与两段机匣装配类似，可以得到径向跳动测点MP31,MP32,…,MP37,MP38的装配偏差的表达式为：
Figure BDA0003004627170000205
端面跳动测点NP31,NP32,…,NP37,NP38的装配偏差的表达式为：
Figure BDA0003004627170000206
同样的，z-1段机匣装配完成后，当继续装配第z段机匣时，把z-1段机匣组成的装配体当做一个零件，该零件的制造偏差为z-1个零件的装配偏差，完成与第z段机匣的装配过程后，形成最终的径向跳动测点的装配偏差的表达式为：
Figure BDA0003004627170000211
其中，
Figure BDA0003004627170000212
为机匣z的径向跳动测点的制造偏差；lz为装配机匣z的过盈量；
Figure BDA0003004627170000213
为单位过盈量在机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000214
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的径向跳动测点对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000215
为机匣z的柱面几何偏差对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000216
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的端面跳动测点偏差对机匣z的径向跳动测点的装配偏差；
Figure BDA0003004627170000217
为机匣z的端面贴合点偏差对机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
Figure BDA0003004627170000218
为螺栓预紧力大小对机匣z的径向跳动测点产生的偏差；
最终的端面跳动测点的装配偏差{UNP,z}的表达式为：
Figure BDA0003004627170000219
其中，
Figure BDA00030046271700002110
为机匣z的端面跳动测点的制造偏差；
Figure BDA00030046271700002111
为单位过盈量在机匣z的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700002112
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的径向跳动测点偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700002113
为机匣z的柱面几何偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700002114
为前z-1段机匣装配完成后，机匣z-1的端面跳动测点偏差对机匣z的端面跳动测点的装配偏差；
Figure BDA00030046271700002115
为机匣z的端面贴合点偏差对机匣z的端面跳动测点产生的偏差；
Figure BDA00030046271700002116
为螺栓预紧力大小对机匣z的端面跳动测点产生的偏差。
S4：输入机匣的零件的制造偏差(包括止口柱面的几何偏差与尺寸偏差、止口端面的几何偏差)、工装定位偏差、螺栓预紧力大小数据，代入步骤三中的最终表达式，即可得到机匣“假装”完成后，测点的端面跳动与径向跳动值，用于评估机匣的装配质量。
本发明可用于机匣的装配中，可以不通过现有的“假装”阶段，就能得出机匣的关键特征尺寸的大小，进而推断出现有零件装配完成后，产品是否合格，由此大大节省时间和成本，提高效率。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例作出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：简化航空发动机机匣装配工艺，使影响机匣装配质量的因素包括止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差，然后采用等刚度法建立机匣简化模型，简化后的机匣为带止口的筒形件；
S2：获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式，包括如下过程：
将两段机匣简化模型在装配工装上通过止口螺栓配合连接在一起后，求出单工位下，止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差和螺栓预紧力大小各因素对径向跳动测点和端面跳动测点的偏差值，最后加上机匣零件制造偏差，获得单工位下两段机匣的装配总偏差表达式；
S3：建立机匣多工位装配偏差传递模型，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，包括如下过程：
当两段机匣组成的机匣装配体与第三段机匣装配时，所述机匣装配体被当作一个机匣，其对应的机匣零件制造偏差为所述机匣装配体的装配偏差，按照柔性机匣零件的装配过程，第三段机匣通过止口过盈配合和所述机匣装配体的机匣后止口贴合，然后将第三段机匣和所述机匣装配体通过止口螺栓配合连接在一起，按照步骤S2中所述方法，获得三段机匣的装配偏差，之后，以同样的方法，完成所有机匣的装配，获得航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式；
S4：将机匣止口柱面的几何偏差与尺寸偏差、止口端面的几何偏差、工装定位偏差、螺栓预紧力大小数据，代入步骤S3中获得的航空发动机机匣多工位装配总偏差表达式，得到机匣假装完成后端面跳动测点值与径向跳动测点值，实现航空发动机机匣假装质量预测；
步骤S2具体包括如下子步骤：
S21:建立单工位下止口过盈配合量大小对装配质量的影响模型，止口过盈配合量由机匣止口柱面的尺寸偏差产生，建模方法如下：
建立第一机匣和第二机匣单位过盈量的三维模型，进行有限元计算，两机匣过盈配合完成后，在第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差为
Figure FDA0003873507740000021
在第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差为
Figure FDA0003873507740000022
n表示相邻两机匣的端面贴合点个数；m表示相邻两机匣的柱面贴合点个数；当第一机匣和第二机匣两机匣段配合的止口柱面的尺寸偏差过盈量为l2时，在第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差为
Figure FDA0003873507740000023
径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差为
Figure FDA0003873507740000024
S22:建立止口过盈配合量不均匀度对装配质量的影响模型，止口过盈配合量不均匀度由机匣止口柱面的几何偏差产生，建模方法如下：
通过单位力响应法求出第一机匣的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m和第二机匣的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP2m的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：
第一机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差
Figure FDA0003873507740000025
为：
Figure FDA0003873507740000026
其中，
Figure FDA0003873507740000027
i＝1,2,...,m表示由第一机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000028
j＝1,2,...,m为在第一机匣的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure FDA0003873507740000031
为第一机匣的柱面贴合点CP1i点上的实际偏差；
Figure FDA0003873507740000032
为两机匣装配体的径向跳动测点偏差对第一机匣的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m偏差的敏感度矩阵；
Figure FDA0003873507740000033
为第一机匣的柱面贴合点CP11,CP12,…,CP1m的实际偏差组成的向量；r表示测点在径向的偏差；
第一机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差
Figure FDA0003873507740000034
为：
Figure FDA0003873507740000035
其中，
Figure FDA0003873507740000036
i＝1,2,...,n表示由第一机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000037
i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第一机匣的柱面贴合点CP1j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure FDA0003873507740000038
为装配体端面跳动测点偏差对第一机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；x表示测点在轴向的偏差；
第二机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m上产生的偏差
Figure FDA0003873507740000039
为：
Figure FDA00038735077400000310
其中，
Figure FDA00038735077400000311
i＝1,2,...,m表示由第二机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000312
i,j＝1,2,...,m为在第二机匣的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure FDA00038735077400000313
为第二机匣的柱面贴合点CP2i点上的实际偏差；
Figure FDA00038735077400000314
为装配体径向跳动测点偏差对第二机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure FDA0003873507740000041
为第二机匣的柱面贴合点CP21,CP22,…,CP2m的实际偏差组成的向量；
第二机匣的止口柱面的几何偏差对第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n上产生的偏差
Figure FDA0003873507740000042
为：
Figure FDA0003873507740000043
其中，
Figure FDA0003873507740000044
i＝1,2,...,n表示由第二机匣的止口柱面的几何偏差在第二机匣的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000045
i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第二机匣的柱面贴合点CP2j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP2i在轴向上产生的位移响应；
Figure FDA0003873507740000046
为装配体端面跳动测点偏差对第二机匣的柱面贴合点偏差的敏感度矩阵；
S23:建立螺栓连接对装配质量的影响模型，建模方法如下；
通过单位力响应法求出第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n和第二机匣的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n的位移响应向量组成的柔度矩阵；对该柔度矩阵进行逆转换，得出刚度矩阵；最后通过单位位移响应法求出：
第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n的偏差对第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差
Figure FDA0003873507740000047
为：
Figure FDA0003873507740000048
其中，
Figure FDA0003873507740000049
i＝1,2,...,m表示由第一机匣的止口端面偏差在第二机匣的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000410
i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,n为在第一机匣的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure FDA00038735077400000411
为第一机匣的端面贴合点JP1j上的实际偏差；
Figure FDA00038735077400000412
为装配体径向跳动测点偏差对第一机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure FDA0003873507740000051
为第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n的实际偏差组成的向量；
第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n偏差对第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差
Figure FDA0003873507740000052
为：
Figure FDA0003873507740000053
其中，
Figure FDA0003873507740000054
i＝1,2,...,n表示由第一机匣的止口端面偏差在第二机匣的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000055
i，j＝1,2,...,n为在第一机匣的端面贴合点JP1j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure FDA0003873507740000056
为装配体端面跳动测点偏差对第一机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
第二机匣的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n偏差对第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差
Figure FDA0003873507740000057
为
Figure FDA0003873507740000058
其中，
Figure FDA0003873507740000059
i＝1,2,...,m表示由第二机匣的止口端面偏差在第二机匣的径向跳动测点MP2i上的径向产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000510
i＝1,2,...,m,j＝,2,...,n为在第二机匣的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，第二机匣的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure FDA00038735077400000511
为第二机匣的端面贴合点JP2j上的实际偏差；
Figure FDA00038735077400000512
为装配体径向跳动测点偏差对第二机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
Figure FDA00038735077400000513
为第二机匣的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n的实际偏差组成的向量；
第二机匣的端面贴合点JP21,JP22,…,JP2n偏差对第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差
Figure FDA0003873507740000061
为：
Figure FDA0003873507740000062
其中，
Figure FDA0003873507740000063
i＝1,2,...,n表示由第二机匣的止口端面偏差在第二机匣的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000064
i，j＝1,2,...,m为在第二机匣的端面贴合点JP2j上产生单位位移时，第二机匣的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；
Figure FDA0003873507740000065
为装配体端面跳动测点偏差对第二机匣的端面贴合点偏差的敏感度矩阵；
S24:建立装配工装定位偏差对装配质量的影响模型，定位点LP11,LP12,…,LP1l的偏差不会直接对测点偏差产生影响，l表示定位点个数，而是先把偏差传递到第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n，再通过止口过盈配合传递到第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n与径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m，从而引起测点偏差，机匣装配工装存在的偏差为
Figure FDA0003873507740000066
则机匣定位后，得到第一机匣的端面贴合点JP11,JP12,…,JP1n由于装配工装定位偏差产生的偏差
Figure FDA0003873507740000067
为：
Figure FDA0003873507740000068
其中，
Figure FDA0003873507740000069
i＝1,2,...,n表示由第一机匣的定位点偏差在其端面贴合点JP1i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000610
i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m为在第一机匣的定位点LP1j上产生单位位移时，第一机匣的端面贴合点JP1i在轴向上的位移响应；
Figure FDA00038735077400000611
i＝1,2,...,l为第一机匣的定位点LP1i点上的实际偏差；
Figure FDA00038735077400000612
为第一机匣端面贴合点偏差对夹具定位偏差的敏感度矩阵；
Figure FDA00038735077400000613
为第一机匣的定位点LP11,LP12,…,LP1l的实际偏差组成的向量，
装配完成后，在第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的装配偏差为
Figure FDA0003873507740000071
在径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的装配偏差为
Figure FDA0003873507740000072
S25:建立螺旋预紧力对装配质量的影响模型；
在第j，j＝1,2,...,n处螺栓连接施加预紧力，然后进行有限元计算，得到第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的位移变化量{e1j,e2j,…,enj}T，在所有螺栓连接处均依次施加大小F2j的预紧力，则由螺栓预紧力在第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n处产生的偏差
Figure FDA0003873507740000073
为：
Figure FDA0003873507740000074
其中，
Figure FDA0003873507740000075
i＝1,2,...,n表示由螺栓预紧力在第二机匣的端面跳动测点NP2i的轴向上产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000076
i，j＝1,2,...,n为在第j处螺栓施加单位预紧力时，第二机匣的端面跳动测点NP2i在轴向上的位移响应；F2j,j＝1,2,...,n表示第j处螺栓预紧力实际大小；
Figure FDA0003873507740000077
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n产生的偏差矩阵；{F2}为预紧力的大小组成的向量；
同理，由螺栓预紧力在第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m处产生的偏差
Figure FDA0003873507740000078
为：
Figure FDA0003873507740000079
其中，
Figure FDA00038735077400000710
i＝1,2,...,m表示由螺栓预紧力在第二机匣的径向跳动测点MP2i的径向上产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000711
i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,n为在第j处螺栓施加单位预紧力时，第二机匣的径向跳动测点MP2i在径向上的位移响应；
Figure FDA0003873507740000081
为由各螺栓连接点施加单位预紧力时，在第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m产生的偏差矩阵；
S26:建立单工位下止口过盈配合量大小、止口过盈配合量不均匀程度、工装定位偏差、螺栓预紧力大小和机匣零件制造偏差对综合装配质量的影响模型，得到：
当第一机匣和第二机匣两段机匣装配时，第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的装配偏差{UMP,2}的综合表达式为：
Figure FDA0003873507740000082
其中，
Figure FDA0003873507740000083
为第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的制造偏差；
第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的装配偏差的综合表达式为：
Figure FDA0003873507740000084
其中，
Figure FDA0003873507740000085
为第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的制造偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述的简化航空发动机机匣装配工艺具体包括如下步骤：
a)将第一机匣放到装配工装上按照自身定位方式进行定位；
b)通过止口过盈配合将第一机匣与第二机匣进行配合连接，保证两机匣的止口柱面处于贴合状态；
c)施加夹紧力，保证两机匣的止口端面处于贴合状态；
d)进行螺栓连接，螺母刚好拧到和两机匣相接触但没有拧紧，螺栓预紧力恰好为0，此时螺栓仅实现物理连接，螺栓和两机匣都不受力，无螺栓连接变形；
e)释放夹紧力，两机匣组成的装配体产生回弹；
f)施加螺栓预紧力，完成螺栓拧紧操作，螺栓连接引起变形，形成两机匣的最终装配偏差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体过程如下：
当第一机匣和第二机匣两机匣组成的装配体与第三机匣装配时，第三机匣的径向跳动测点MP31,MP32,…,MP3m的装配偏差{UMP,3}的表达式为：
Figure FDA0003873507740000091
其中，
Figure FDA0003873507740000092
为第三机匣的径向跳动测点的制造偏差；l3为装配第三机匣的过盈量；
Figure FDA0003873507740000093
为单位过盈量在第三机匣的径向跳动测点产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000094
为第一机匣和第二机匣装配完成后，第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的偏差对第三机匣的径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000095
为第三机匣的柱面几何偏差对其径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000096
为第一机匣和第二机匣完成后，第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n的偏差对第三机匣的径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000097
为第三机匣的端面贴合点偏差对第三机匣的径向跳动测点产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000098
为螺栓预紧力大小对第三机匣的径向跳动测点产生的偏差；
第三机匣的端面跳动测点NP31,NP32,…,NP3n的装配偏差{UNP,3}的表达式为：
Figure FDA0003873507740000099
其中，
Figure FDA00038735077400000910
为第三机匣的端面跳动测点的制造偏差；
Figure FDA00038735077400000911
为单位过盈量在第三机匣的端面跳动测点产生的偏差；
Figure FDA00038735077400000912
为第一机匣和第二机匣装配完成后，第二机匣的径向跳动测点MP21,MP22,…,MP2m的偏差对第三机匣端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA00038735077400000913
为第三机匣的柱面几何偏差对第三机匣的端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA00038735077400000914
为第一机匣和第二机匣装配完成后，第二机匣的端面跳动测点NP21,NP22,…,NP2n偏差对第三机匣的端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000101
为第三机匣的端面贴合点偏差对第三机匣的端面跳动测点产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000102
为螺栓预紧力大小对第三机匣的端面跳动测点产生的偏差；
完成z段机匣的总装配过程后，形成最终的径向跳动测点的装配偏差{UMP,z}的表达式为：
Figure FDA0003873507740000103
其中，
Figure FDA0003873507740000104
为第z机匣的径向跳动测点的制造偏差；lz为装配第z机匣的过盈量；
Figure FDA0003873507740000105
为单位过盈量在第z机匣的径向跳动测点产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000106
为前z-1段机匣装配完成后，第z-1机匣的径向跳动测点对第z机匣的径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000107
为第z机匣的柱面几何偏差对第z机匣的径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000108
为前z-1段机匣装配完成后，第z-1机匣的端面跳动测点偏差对第z机匣的径向跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000109
为第z机匣的端面贴合点偏差对第z机匣的径向跳动测点产生的偏差；
Figure FDA00038735077400001010
为螺栓预紧力大小对第z机匣的径向跳动测点产生的偏差；
最终的端面跳动测点的装配偏差{UNP,z}的表达式为：
Figure FDA00038735077400001011
其中，
Figure FDA00038735077400001012
为第z机匣的端面跳动测点的制造偏差；
Figure FDA00038735077400001013
为单位过盈量在第z机匣的端面跳动测点产生的偏差；
Figure FDA00038735077400001014
为前z-1段机匣装配完成后，第z-1机匣的径向跳动测点偏差对第z机匣的端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA00038735077400001015
为第z机匣的柱面几何偏差对第z机匣的端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA00038735077400001016
为前z-1段机匣装配完成后，第z-1机匣的端面跳动测点偏差对第z机匣的端面跳动测点的装配偏差；
Figure FDA0003873507740000111
为第z机匣的端面贴合点偏差对第z机匣的端面跳动测点产生的偏差；
Figure FDA0003873507740000112
为螺栓预紧力大小对第z机匣的端面跳动测点产生的偏差。
CN202110358678.7A 2021-04-02 2021-04-02 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法 Active CN113158334B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110358678.7A CN113158334B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110358678.7A CN113158334B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113158334A CN113158334A (zh) 2021-07-23
CN113158334B true CN113158334B (zh) 2022-11-11

Family

ID=76886222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110358678.7A Active CN113158334B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113158334B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116562106B (zh) * 2023-07-04 2023-10-03 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种航空发动机压气机转子止口紧度设计方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107116337A (zh) * 2017-06-16 2017-09-01 中国人民解放军第五七九工厂 一种航空发动机风扇单元体同轴度调整方法
CN111241609A (zh) * 2020-01-20 2020-06-05 西北工业大学 一种航空发动机转静子装配叶尖间隙的预测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201518641D0 (en) * 2015-10-21 2015-12-02 Rolls Royce Plc A system and method
US10814388B2 (en) * 2018-01-24 2020-10-27 General Electric Company Heated gas circulation system for an additive manufacturing machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107116337A (zh) * 2017-06-16 2017-09-01 中国人民解放军第五七九工厂 一种航空发动机风扇单元体同轴度调整方法
CN111241609A (zh) * 2020-01-20 2020-06-05 西北工业大学 一种航空发动机转静子装配叶尖间隙的预测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
某型核心机试验件整机形位公差分析;孟祥海等;《制造业自动化》;20180125(第01期);84-88 *
航空航天复杂产品装配仿真实施方案研究;李兆宇;《航天制造技术》;20190225(第1期);60-65 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113158334A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113158334B (zh) 一种航空发动机机匣数字化假装质量预测方法
Ding et al. Design evaluation of multi-station assembly processes by using state space approach
CN107563072B (zh) 基于汽车疲劳仿真的焊接螺母有限元建模方法
CN107609227B (zh) 一种基于最大熵理论的装配工艺优化方法
Yu et al. A modal expansion method for displacement and strain field reconstruction of a thin-wall component during machining
Cheng et al. Efficient method of positioning error analysis for aeronautical thin-walled structures multi-state riveting
Cheng et al. Propagation analysis of variation for fuselage structures in multi-station aircraft assembly
CN113239476B (zh) 基于二项Mooney-Rivlin模型橡胶衬套本构参数逆向标定方法
Saadat et al. Prediction of geometrical variations in Airbus wingbox assembly
US20240005053A1 (en) Magazine assembly deviation modeling method
Zhuang et al. A novel identification technique of machine tool support stiffness under the variance of structural weight
Huang et al. Dynamic finite element model validation of an assembled aero-engine casing
Zhang et al. Simulational and experimental study of stress in bolts work-piece
Fritzsche et al. Automatic adjustment of car body fixtures using artificial intelligence
Yi et al. Multi-objective genetic algorithms based structural optimization and experimental investigation of the planet carrier in wind turbine gearbox
CN113432816B (zh) 一种航空发动机转子联接刚度不均匀度测试与控制方法
Meng et al. Intelligent layout optimization of reconfigurable flexible fixture for assembling multiple aircraft panels
CN113886984B (zh) 一种螺栓实体网格建模与加载方法
CN114996877A (zh) 一种风力发电机组主轴承滚动体受力的计算方法及装置
Bolotov et al. Investigation of parts assembly error, taking into account the deviation of the shape of their surfaces
CN115310235B (zh) 一种获取机床主轴关键参数的仿真分析耦合方法
Qu et al. Parameters identification of constitutive models of rubber bushing
Guo et al. A Fatigue Life Estimation Technique for Body Mount Joints
Du et al. Digital Twin Modeling Method for Assembly Quality Control of Complex Products
Xu et al. Compliant assembly deviation analysis of large-scale thin-walled structures in different clamping schemes via ANCF

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant