基于改进雅克比–旋量模型的航空发动机转子–叶片结构装配精度分析

转子–叶片是航空发动机的核心部件,具有装配结构复杂、装配难度大等特点,在高温高压条件下,转子–叶片装配误差被催化放大,容易导致疲劳裂纹等故障,严重影响整机安全性和可靠性。针对转子–叶片结构,传统的装配偏差分析方法常采用多特征并联结构中的一条支链作为单一主链来建立偏差传递模型,难以综合考虑转子–叶片复杂定位结构和局部并联关系。本文提出了基于改进的雅可比–旋量(Jacobian–Torsor,J–T)模型的转子–叶片装配偏差分析方法。首先分析了转子–叶片多级回转结构、止口定位结构和榫头榫槽结构,建立了考虑转子–叶片多特征局部并联关系的整机装配尺寸链;然后采用不完全定位策略将转子–叶片装配结合面表达为基于点接触形式的偏差旋量,建立了基于定位点系统的转子–叶片联合定位基准方案;最后提出转子–叶片装配精度指标及基于改进的雅克比–旋量模型的求解方法。以某航空发动机转子–叶片的径向、轴向和周向装配偏差分析为例,将传统雅克比–旋量模型、基于蒙特卡洛法的仿真模型、改进雅克比–旋量模型及实测结果进行了对比分析。结果表明,本文方法相较其他方法预测精度更高,与实测结果误差率不超过9%,提出了榫头榫槽更合理的装配连接方式。

数控机床几何误差的雅克比旋量建模

几何误差是影响数控机床精度的重要因素。由于几何误差是结果项,并非输入项,缺乏零部件误差与几何误差映射关系的理论指导,无法对几何误差进行源头追溯与量化处理。针对机床设计时对零部件公差赋值科学性不强,缺乏几何误差参数化建模与来源分析的难题,基于雅可比旋量模型建立了机床几何误差描述方程,构造几何误差的参数化表达。最后,通过实验验证,证明了基于雅克比旋量模型的几何误差参数化建模的有效性,为机床几何误差设计与调整提供了理论指导。

考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法研究

燕尾榫是航空发动机中重要的连接结构,其装配精度直接影响整机的性能和稳定性.然而,叶盘燕尾榫结构服役于高温高压高转速的极端工作环境,其装配界面会发生弹性或塑性接触变形影响几何偏差的传递.为探究燕尾榫界面接触对结构偏差传递的影响机制,首先,本文简要介绍了基于雅克比旋量模型的串联结构偏差传递分析方法.其次,基于奇异积分方程的数值解法实现了非对称平压头接触的界面接触力学分析,构建了界面传递等效旋量.在此基础上,利用最小势能原理将界面接触变形纳入偏差分析中,提出了考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法.最后,以燕尾榫结构为例,将提出的方法与传统方法进行对比,验证了提出方法的可行性和准确性,并研究了不同转速和风压下界面接触对燕尾榫偏差传递的影响.研究结果证明了燕尾榫界面接触变形对结构偏差传递的显著影响,并为其他机构的偏差传递分析提供了一种可行方法.

基于粒子群算法的装配公差组合优化

现有装配公差设计方法分别考虑各特征参数对装配误差的影响,忽视了特征参数间的耦合关系,需对各特征参数进行联合优化。为此,以手术机器人为例,基于每种特征参数,分析小位移旋量平动和转动矢量边界约束,提出雅克比旋量最值模型,并基于此建立装配末端累积误差优化模型。设计改进粒子群算法,引入交叉和变异算子促进粒子间信息共享;设置罚函数动态调整交叉和变异概率;引入反向学习策略更新机制,深挖参数之间的关联性。实验结果显示,求解30次末端误差均为0.063 3 mm,算法运行时间在1 s以内,证明了所提出算法具有较好的收敛性,比常规蒙特卡洛法运算更快、所求解更优。