Разработка методики и моделей для повышения технологических характеристик процесса сборки при ремонте ротора компрессора высокого давления ГТД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Грачев Илья Александрович

• Грачев Илья Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Грачев Илья Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Проблемы и пути повышения точности сборочных параметров ремонтных роторов барабанно-дискового типа

1.1 Объект исследования

1.2 Анализ проблем технологии сборки ротора КВД при его ремонте

1.3 Способы обеспечения сборочных параметров при ремонте роторов барабанно-дискового типа

1.4 Обзор моделей расчёта сборочных параметров изделий

1.5 Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2 Разработка методики и моделей для повышения точности сборки при ремонте ротора КВД

2.1 Методика оценки точности и определения условий выполнения при сборке ротора КВД

2.2 Обработка результатов измерений и математическое представление геометрии поверхностей деталей

2.3 Конечно-элементное моделирование сборки ротора КВД

2.3.1 Цифровая модель сборки ротора КВД

2.3.2 Теоретические исследования сборочных параметров ротора КВД

2.3.3 Модель оценки торцевых биений ротора КВД с параллельными связями деталей

2.4 Модель определения условий выполнения ремонта и сборки ротора ГТД

2.5 Теоретические исследования точности сборки ротора КВД

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3 Методики исследования геометрической точности ротора компрессора высокого давления ГТД

3.1 Методика исследования точности сборки роторов КВД в условиях лаборатории

3.1.1 Последовательность проведения исследований

3.1.2 Проведение исследований

3.1.3 Результаты исследований

3.2 Методика исследования точности сборки роторов КВД в цеховых условиях

3.2.1 Проведение исследований

3.2.2 Результаты исследований

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4 Практическое использование результатов диссертационного исследования на предприятиях отрасли

4.1 Программное приложение для определения условий сборки ротора КВД при ремонте на основе измерения геометрических параметров его деталей

4.2 Технологическая инструкция по сборке ротора КВД при его ремонте на основе использования программного приложения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ З Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ И Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ К Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Л Патент на изобретение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики и моделей для повышения технологических характеристик процесса сборки при ремонте ротора компрессора высокого давления ГТД»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Одним из наиболее ответственных и важнейших этапов изготовления авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) является этап сборки, оказывающий существенное влияние на геометрическую точность ротора компрессора высокого давления (КВД). Требуемая точность узлов достигается методами: неполной и групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования. Используются предварительные сборки узла ротора КВД для определения условий выполнения сборочных операций в ходе его ремонта. В контексте данной работы под условиями выполнения сборки (УВС) понимается: требования к относительным угловым положениям деталей в узле; требования к размерам компенсационных деталей; выявление деталей, требующих замены или ремонта. Предварительные сборки узла приводят к увеличению трудоёмкости технологических операций и ухудшению качества деталей (появлению локального смятия, задиров, отклонений формы и расположения поверхностей). Исключение предварительных сборок узлов является резервом улучшения технологии сборки ГТД. Добиться этого возможно за счет оценки геометрии узлов по результатам измерений его деталей и принятия решений о корректировке технологического процесса сборки. К сборочным параметрам ротора ГТД относятся линейные размеры, радиальные и торцевые биения деталей, осевые, радиальные зазоры и др. Основным показателем точности геометрической оси ротора является значение его торцевых биений. Важным этапом является оценка сборочных параметров по результатам измерений. Особенностью ротора КВД является наличие в нём маложестких деталей и наличие параллельных размерных связей деталей по торцевым поверхностям. В роторах барабанно-дискового типа параллельные размерные связи ротора образованы сопряжением его деталей по нескольким торцевым поверхностям в осевом направлении. Данные обстоятельства существенно затрудняют разработку моделей, позволяющих оценивать сборочные параметры узлов ротора с необходимой достоверностью. Под технологическими характеристиками понимается трудоёмкость и точность сборки узлов. Актуальной

задачей является разработка математических моделей оценки сборочных параметров узлов, позволяющих учитывать геометрию и жесткость деталей, а также наличие параллельных размерных связей в роторе.

В связи с этим тема диссертационной работы - повышение технологических характеристик процесса сборки при ремонте ротора КВД ГТД на основе разработки методики и моделей определения условий выполнения его ремонта является актуальной для современного авиадвигателестроения и соответствует заявленной специальности.

Степень разработанности темы.

Проблемами оценки и обеспечения точности технологического процесса сборки роторов ГТД занимались: Ф.И. Демин, А.С. Шевелев, И.А. Иващенко, В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина, А.Н. Семенов, Е.В. Тимофеева, В.П. Тимофеева, А.А. Гарькавый, Ю.В. Ерошкова, В.А. Захарова, Е.А. Майорова, В.А. Иванов, K.W. Chase, X. Yan, A. Ballu, E. Boyer, J.A. Clementa и другие.

Представленными авторами сформирован существенный теоретический и практический задел в данной области исследований. Обзор опубликованных работ позволяет выделить ряд перспективных направлений в решении рассматриваемой проблемы: 1) учёт геометрических отклонений поверхностей деталей при выполнении размерных расчётов; 2) оценка сборочных параметров узлов роторов с учетом параллельных связей деталей по их торцевым поверхностям; 3) определение рациональных условий сборки роторов, исходя из минимизации погрешностей его сборочных параметров; 4) адаптация разработанных методик и моделей с целью их использования в цеховых условиях на предприятиях.

Исследование указанных направлений связано с необходимостью решения следующих задач: 1) разработка методики управления технологическим процессом ремонта ротора КВД на основе результатов измерений его деталей; 2) разработка моделей, позволяющих определять геометрические сборочные параметры ротора КВД на основе измерений их деталей; 3) разработка моделей для определения УВС при ремонте ротора КВД.

Цель диссертационной работы. Снижение трудоёмкости и повышение точности сборки ротора КВД за счёт разработки методики и моделей, позволяющих рассчитывать торцевые биения, определять рациональные угловые положения деталей в узле, а также выявлять детали, требующие ремонта или замены.

Задачи исследования.

1. Разработать методику оценки точности и определения УВС при ремонте ротора КВД.

2. Разработать параметризованную конечно-элементную модель (КЭМ) сборки ротора КВД с параллельными размерными связями деталей.

3. Разработать модель оценки торцевых биений ротора КВД и реализовать ее в виде программного приложения.

4. Разработать модель определения УВС при ремонте ротора КВД и реализовать её в виде программного приложения.

5. Выполнить исследования влияния геометрических отклонений деталей на торцевые биения при ремонте ротора КВД.

6. Разработать технологическую инструкцию по сборке ремонтного ротора КВД на основе использования программного приложения.

Объект исследований. Технологический процесс сборки ремонтного ротора КВД ГТД.

Предмет исследований. Определение условий выполнения сборки ротора КВД в ходе его ремонта.

Методы и средства исследований. Решение поставленных задач выполнялось посредством математического и цифрового моделирования процесса сборки узла ротора КВД. При выполнении теоретических исследований использовался метод конечных элементов, метод регрессионного анализа с применением цифровой модели, теории вероятностей и математической статистики, теории подобия, линейной алгебры и аналитической геометрии, имитационного моделирования размерных цепей, метода Монте-Карло. Реализация разработанных моделей и алгоритмов выполнялась в системе MATLAB и МХ. Выполнение экспериментальных исследований проводилось с

использованием разработанного программного приложения, координатно-измерительной машины и специализированной оснастки на ремонтных роторах авиационных двигателей.

Научная новизна.

1. Предложена методика оценки точности и определения УВС при ремонте ротора КВД, отличительная особенность которой заключается в подготовке и использовании регрессионных моделей, описывающих взаимосвязь между отклонениями торцевых и цилиндрических поверхностей деталей и торцевыми биениями ротора.

2. Разработана модель оценки торцевых биений ротора КВД, отличающаяся от существующих учётом параллельных размерных связей деталей и сопряжений по нескольким торцевым поверхностям в осевом направлении.

3. Разработана модель определения УВС при ремонте ротора КВД, отличительная особенность, которой заключается в определении рациональных угловых положений деталей в узле и конкретных деталей, требующих доработки с целью обеспечения заданных величин торцевых биений.

4. Предложен обобщённый коэффициент, по величине которого принимается решение о ремонте или замене деталей комплекта узла, отличительной особенностью которого является учёт влияния их геометрических отклонений на торцевые биения узла ротора КВД.

Теоретическая значимость работы заключается в разработанной методике оценки точности и определения УВС при ремонте ротора КВД, а также в предложенных моделях: «Оценки торцевых биений ротора КВД» и «Определения условий выполнения сборки».

Практическая значимость результатов работы заключается в разработанной технологической инструкции, позволяющей снизить трудоёмкость и повысить точность технологического процесса сборки ротора КВД за счёт использования разработанного программного приложения в цеховых условиях.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности 05.07.05 -Тепловые, электроракетные двигатели и энергетические установки

летательных аппаратов. Соответствует п. 9 - Теоретические основы и технологические процессы изготовления деталей двигателей и агрегатов летательных аппаратов, включая технологическую подготовку производства, в том числе автоматизированные системы проектирования и управления, технологические процессы и специальное оборудование для формообразования и обработки деталей двигателей, их защита. Работа направлена на совершенствование технологического процесса сборки КВД ГТД за счёт расчёта торцевых биений и определения условий выполнения его сборки и ремонта. Предложена методика и модели для реализации программной системы, позволяющей формировать рекомендации по сборке ротора на основе измеренных сопрягаемых поверхностей его деталей. Теоретические и практические результаты работы могут быть использованы в цеховых условиях при ремонте ротора КВД для определения условий его сборки и достижения заданной точности. Полученные практические результаты позволяют повысить точность и снизить трудоемкость технологического процесса сборки при ремонте ротора КВД ГТД.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика оценки точности и определения условий выполнения сборки при ремонте ротора КВД.

2. Параметризованная КЭ модель сборки ротора КВД с параллельными размерными связями деталей.

3. Модель оценки торцевых биений ротора КВД на основе результатов измерения деталей, реализованная в программном приложении.

4. Модель определения УВС при ремонте ротора КВД, реализованная в программном приложении.

5. Обобщённый коэффициент, учитывающий влияние геометрических отклонений деталей на величину торцевого биения узла ротора КВД, по величине которого принимается решение о ремонте или замене комплекта деталей.

Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью принятых допущений в математических моделях; применением известных и проверенных численных методов, обладающих высокой точностью, при проведении

вычислительных экспериментов; использованием в процессе исследований поверенного метрологического оборудования и сертифицированного программного обеспечения; высокой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на всероссийских и международных конференциях, в том числе: на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники», г. Самара, Самарский университет, с 30 сентября по 03 октября 2019г.; на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии и нанотехнологии» ИТНТ-2019 и ИТНТ-2020, г. Самара, Самарский университет, 21-24 мая 2019г. и 26-29 мая 2020г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева, г. Красноярск 11-15 ноября 2019г.; на Международной мультидисциплинарной конференции по промышленному инжинирингу и современным технологиям FarEastCon-2019 и FarEastCon-2020, г. Владивосток, Дальневосточный федеральный университет, остров Русский, 1-4 октября 2019г. и 6-9 октября 2020г.; на Международной конференции MIST: Aerospace-III 2020 (Передовые технологии в аэрокосмической отрасли, машиностроении и автоматизации), г. Красноярск, Красноярский Дом Науки и Техники, 20-21 ноября 2020г.; на Международной конференции MIP: Engineering-II 2020 (Модернизация, Инновации, Прогресс: Передовые технологии в материаловедении, машиностроении и автоматизации) г. Красноярск, Красноярский Дом Науки и Техники, 16-18 апреля 2020г. Получены документы: свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ «Программное обеспечение для повышения качества изделий посредством создания и использования их цифровых двойников» №2020618796 от 4 августа 2020 г., «Программный модуль для расчета параметров сопряжения реальных поверхностей собираемых деталей», №2020618835 от 05 августа 2020 г. и «Программный модуль для формирования действительных поверхностей деталей», №2020662039 от 07 июля 2020 г.; патент на изобретение «Устройство для

автоматизированного контроля соосности и центровки механических конструкций» №2639993 от 25.12.2017 г.

Реализация результатов работы. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-38-90263.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 2 статей в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК России, и 9 статей в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (включающего 125 наименований) и одиннадцать приложений. Общий объём диссертации составляет 169 страниц, 67 рисунков и 1 9 таблиц.

ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ СБОРОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕМОНТНЫХ РОТОРОВ БАРАБАННО-ДИСКОВОГО ТИПА

1.1 Объект исследования

Ротор КВД включает в себя с 9-ой по 15-ую ступень компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). По конструктивному исполнению ротор КВД относится к барабанно-дисковому типу [1]. Ротор КВД опирается на шариковый подшипник в средней опоре и на роликовый подшипник качения, находящийся в опоре турбины. Осевые усилия, действующие на ротор, воспринимаются передним шарикоподшипником. Крутящий момент на ротор КВД от турбины передается через вал, соединенный с фланцем последнего промежуточного кольца (ПК) ротора. Воздух в КВД поступает через каналы, образованные ребрами средней опоры, после сжатия в компрессоре среднего давления. Конструкция ротора КВД представлена на рисунке 1.1, в него входят: передний вал - 1, проставка - 2, ПК - 3, семь рабочих колес - 4 и трактовые кольца ТК - 5.

5

Рисунок 1.1 - Ротор КВД авиационного двигателя

Соединение рабочих колес 4 и ПК (3) между собой осуществляется призонными болтами, которые также передают крутящий момент. Большинство основных деталей ротора изготовлены из жаропрочных сплавов. Из сплава на основе титана изготовлены три первых диска, два первых ПК, два первых ТК 5 между ободьями дисков и лопатки девятой ступени. Передний вал 1 ротора центрируется по буртику диска одиннадцатой ступени и крепится к его фланцу. Вал имеет резьбу для гайки крепления пакета деталей шарикоподшипника и шлицы, передающие крутящий момент на шестерню привода агрегатов, а также отверстия в конической части для прохода воздуха внутрь ротора.

Рабочие колеса состоят из дисков и установленных в них лопаток. Осевая фиксация лопаток в колесах осуществляется торцами ТК (5), расположенных между ободьями дисков, а лопатки девятой, тринадцатой и пятнадцатой ступеней дополнительно фиксируются пластинчатыми контровками. Каждый диск имеет центральную часть (ступицу), диафрагму с фланцами и обод, в котором выполнены пазы типа «ласточкин хвост» для лопаток. Диск одиннадцатой ступени имеет два фланца, а на диске пятнадцатой ступени выполнены три выступа с лабиринтными гребешками. Каждая рабочая лопатка имеет перо и хвостовик типа «ласточкин хвост», посредством которого она закрепляется в диске. Рабочие лопатки девятой ступени имеют бандажные полки, служащие для уменьшения резонансных напряжений в перьях лопаток.

К кольцевым деталям ротора относятся ПК (6) и ТК (5). ПК крепятся к фланцам дисков, через них передается вращающий момент и другие нагрузки. К заднему фланцу последнего ПК крепится фланец вала турбины. ТК (5) между ободьями дисков центрируются по буртикам и установлены с радиальным натягом, увеличивающим жесткость дисков в осевом направлении. Кольца представляют собой две оболочки, соединенные рядом ребер, расположенных параллельно оси ротора. Наружная поверхность колец образует втулочный тракт проточной части компрессора.

Отличительной особенностью ротора КВД авиационного двигателя является наличие в нём параллельных размерных связей деталей, которые образованы

сопряжением его деталей по нескольким торцевым поверхностям в осевом направлении [1-3]. Рассмотрим узел ротора КВД авиационного двигателя, в котором присутствуют параллельные размерные связи деталей и который включает в себя следующие детали с присвоенными номерами (по ступеням):

1. Диск 11-ой ступени - 1, проставка - 3, ПК - 4; ТК - 5, относятся к 11-ой ступени ротора КВД;

2. Диск - 12-ой ступени - 2, относится к 12-ой ступени ротора КВД.

На рисунке 1.2а, приведен эскиз, содержащий размерные связи следующих деталей: диска (1) и (2), проставки (3), ПК (4), ТК (5).

а б

Рисунок 1.2 - Параллельные размерные связи деталей узла ротора КВД:

а) сборочный узел с размерами деталей; б) размерные цепи узла

Рисунок 1.2, б содержит сборочные размерные цепи узла ротора КВД. В процессе сборки рассматриваемого узла между ПК (4) и проставкой (3) возникает зазор Z1, а между проставкой (3) и диском №2 зазор Z2. Величина этих зазоров зависит от геометрических размеров деталей рассматриваемого узла. Размерные цепи А и В имеют общие звенья: А = В, А = В, А = В. Изменение величин общих звеньев оказывает непропорциональное влияние на замыкающие зазоры (^, Z2) размерных цепей узла, как видно из рисунка 1.2, б. Данные цепи нельзя рассматривать отдельно. Таким образом, образуются две параллельные цепи размерных связей в узле ротора КВД ГТД.

В ходе сборки узла ротора его детали стягиваются под действием осевых усилий от болтовых соединений на диаметрах Д и Д. Таким образом, формируется силовой контур, приведенный на рисунке 1. 2, а. Наличие силового контура приводит к деформациям собираемого узла. Обозначенные деформации имеют сложный характер и возникают по ряду причин. Например, наличие тонкостенных деталей, которые в свободном состоянии имеют отклонения формы поверхностей и только в собранном положении приобретают геометрическую форму, которая приближена к номинально заданной форме. Деформации возникают вследствие влияния двух причин:

1) отклонения линейных размеров собираемых деталей от номинально заданных величин;

2) малая жёсткость и значительная осевая протяженность собираемых деталей.

Названные причины деформаций приводят к повышению торцевых биений Тб контрольных поверхностей собираемого узла. Характер зависимостей биений контрольных поверхностей ротора от амплитуд отклонений формы сопрягаемых поверхностей деталей и их углового положения в узле недостаточно исследован.

Рассмотрим особенности существующей технологии сборки ротора КВД с точки зрения обеспечения его заданной геометрической точности.

1.2 Анализ проблем технологии сборки ротора КВД при его ремонте

В жизненном цикле авиационного двигателя, присутствует этап капитального ремонта. Двигатель выработавший свой ресурс отправляется на завод изготовитель или ремонтное предприятие, для дальнейшего ремонта. Процесс ремонта авиационного двигателя состоит из следующих основных этапов:

1. Разборка двигателя на отдельные детали и сборочные единицы;

2. Очистка и осмотр деталей и сборочных единиц с целью их дефектации;

3. Входной контроль (измерение ответственных деталей двигателя);

4. Ремонт или замена деталей, у которых величина геометрических отклонений превышает заданные границы допусков, указанных в конструкторской документации;

5. Частичная сборка ротора КВД с замером сборочных параметров;

6. Замена деталей;

7. Окончательная сборка.

Рассмотрим существующую технологию сборки КВД при ремонте авиационного двигателя. Номер детали совпадает с номером ступени узла ротора КВД. Последовательность выполнения сборки ротора КВД при ремонте состоит из шести основных этапов:

1. На первом этапе выполняется сборка узла №1, включающего диск (9), диск (10), ТК (9), ПК (9) и (10). Эскиз узла №1 представлен на рисунке 1.3, а.

2. Второй этап включает сборку узла №2, который состоит из узла №1, ТК (10), диска №11, вала, проставки, ПК (11). Измеряются биения по торцевой поверхности проставки (11). Эскиз узла №2 представлен на рисунке 1.3, б.

3. На третьем этапе выполняется сборка узла №3, включающего узлы №1 и №2, диск (12), ТК (11) и ПК (12). Измеряются биения по торцевой поверхности (12). Эскиз узла №3 представлен на рисунке 1.3, в.

4. Четвертый этап включает сборку узла №4, который состоит из узлов №1-№3, диска (13), ТК (12), ПК (13). Измеряются биения по торцевой поверхности ПК (13). Эскиз узла №4 представлен на рисунке 1.3, г.

5. На пятом этапе выполняется сборка узла №5, включающего узлы №1-№4, диск (14), ТК (13), ПК (14). Измеряются биения по торцевой поверхности ПК (14). Эскиз узла №5 представлен на рисунке 1.3, д.

6. Шестой этап включает сборку узла №6, который состоит из узлов №1-№5, диска 15, ТК (14), ПК (15). Измеряются биения по торцевой поверхности ПК (15). Эскиз узла №6 представлен на рисунке 1.3, е.

е

Рисунок 1.3 - Схема сборки ротора КВД дискового типа

Контролируемыми сборочными параметрами ротора КВД после его сборки являются следующие параметры:

1. Линейные размеры «С» и «Т» (см. рисунок 1.3, е) после сборки ротора КВД должны быть равны величине С+0,4 и т^6;

2. Биение поверхности «А» допускается не более 0,1 мм на длине 35 мм, относительно базовых «К» и «Ж»;

3. Биение торцевой поверхности «Б» должно быть не более 0,03 мм относительно базовых «К» и «Ж»;

4. Биение торцевых поверхностей «M», «№>, «П», к^» промежуточных колец допускается не более 0,05 мм при сборке ротора КВД;

5. Биение по гребешкам лабиринтов диска 15-ой ступени и ПК (15) допускается не более 0,1 мм;

6. Биение поверхности «Ж» должно быть не более 0,05 мм относительно базовых «К» и «А»;

7. Биение поверхности «Б» должно быть не более 0,03 мм относительно базовых «К» и «Ж»;

8. Натяг по цилиндрическим поверхностям с «А» по «У» должен составлять от 0,04 до 0,13 мм (см. рисунок 1.3, е);

9. Натяг по цилиндрической поверхности «К» должен составлять от 0,04 до 0,13 мм (см. рисунок 1.3, е);

10. Натяг по цилиндрическим поверхностям и должен составлять от 0,03 до 0,13 мм (см. рисунок 1.3, е).

Особое внимание в ходе сборки ротора КВД уделяется обеспечению заданной точности (торцевых и радиальных биений) поверхностей ПК. Обеспечение точности линейных размеров ротора КВД выполняется с использованием сборочных размерных цепей. Точность радиальных и торцевых биений деталей ротора КВД достигается путём применения предварительных сборок узла. Способ предварительных сборок заключается в определении углового положения детали (или сборочной единицы), при котором компенсируются их геометрические отклонения [1]. Использование предварительных сборок приводит

к увеличению трудоёмкости технологических операций и ухудшению качества сопрягаемых поверхностей деталей (появлению на них наклепа, задиров, отклонений формы и расположения поверхностей).

Следует отметить, что допуски на сборочные параметры ротора составляют 0,05 мм, что сопоставимо с заданной точностью их изготовления. Величины отклонений формы и расположения сопрягаемых поверхностей деталей увеличиваются в процессе предварительных сборок от следующих факторов:

1. Осевых усилий, вызванных болтовым соединением;

2. Деформациями маложестких деталей ротора КВД;

3. Множественных сборок и разборок узла при экспериментальном поиске рациональных угловых положений его деталей;

4. Влиянием параллельных размерных связей деталей, которые образованы по их торцевым поверхностям.

С целью определения проблем, встречающихся в ходе сборки ротора КВД, выполнили анализ производственной статистики. В ходе анализа выявлены: 1) наименования деталей, которые чаще всего требуют ремонта или замены на новые; 2) детали, изменение углового положения которых в роторе позволяет снизить торцевые биения; 3) время, затрачиваемое на экспериментальный поиск рациональных угловых положений деталей.

Сборка ремонтных роторов КВД зачастую сопровождается ремонтом или заменой на новые следующих деталей: ПК, ТК, Диск 13.

В ходе сборочных работ наибольший эффект достигается путём изменения угловых положений следующих деталей: ПК (11), Проставка, ПК (12), Диск 13, ПК (13), Диск 14, ПК (14).

Время выполнения сборочных операций при ремонте ротора КВД составляет 4-5 часов, если геометрические отклонения деталей минимальны и не требуют использования предварительных сборок узла. Зачастую для обеспечения заданной точности сборочных параметров ротора КВД требуется ремонт или замена деталей на новые и определение их углового положения в узле. В таком случае сборка ротора КВД выполняется за 10-14 часов. В связи с этим выполнение сборочных

работ с использованием предварительных сборок узла характеризуется высокой трудоемкостью. Снижение трудоёмкости сборочных работ возможно за счёт разработки моделей, которые позволяют рассчитывать рациональные условия сборки ротора КВД на основе результатов измерения геометрических параметров его деталей.

В следующем подразделе рассмотрим существующие способы и методы обеспечения заданной точности при сборке роторов.

1.3 Способы обеспечения сборочных параметров при ремонте роторов

барабанно-дискового типа

Сборка - завершающий, трудоемкий и дорогостоящий технологический процесс, во многом определяющий эксплуатационные характеристики, себестоимость изготовления и конкурентоспособность любого изделия, а тем более авиационной техники [2-4]. Проблема улучшения качества выпускаемых изделий, снижения затрат на их изготовление и сокращения сроков подготовки серийного производства особенно актуально проявляется на современном этапе развития авиационной техники. Необходимость обеспечения постоянной конкурентоспособности на насыщенном мировом рынке диктует частую смену продукции авиастроения. Это требует разработки и применения самых современных технологических процессов сборки, наиболее совершенного оборудования и оснастки, жесткого сквозного контроля, рационального решения вопросов обеспечения точности и взаимозаменяемости при непрерывно сокращаемых сроках подготовки производства новых изделий. В области технологии сборочных процессов основополагающее значение имеют работы ведущих отечественных и зарубежных ученых технологов: Б.М. Арпентьева и Н.К. Резниченко [5], Б.С. Балакшина [6], А.М. Дальского, А.И.Карташова, З.Г. Кулешова [7], И.В. Дунина-Барковского, А.И. Карташова [8], И.М. Колесова [9], А.А. Маталина [10], П.П. Мельничука, А.И. Боровика, П.А. Линчевского, Ю.В

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Грачев Илья Александрович, 2022 год

- 269 с.

13. Сборка и монтаж изделий машиностроения: Справочник. В 2-х т. М.: Машиностроение. 1983. Т. 1. Сборка изделий машиностроения / Под ред. B.C. Корсакова, В.К. Замятина, 1983. - 480 с.

14. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. - М.

- Л.: Машгиз, 1955. - 515 с.

15. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 656 с.

16. К.С. Колесников, Г.Ф. Баландин, А.М. Дальский Технологические основы обеспечения качества машин / Под общ. ред. К.С. Колесникова. - М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

17. В.Ф. Безъязычный, Б.Н. Леонов, В.В. Непомилуев, В.Ю. Ерошков Перспективный путь повышения качества сборки роторов ГТД / Журнал «Полет» №10, 2001. - 204 с.

18. В.Ф. Безъязычный, В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина Управление качеством сборки изделия с помощью информационной модели / Труды Международной научно-технической интернет - конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения», «Технология - 2002», 2002.

19. В.Ф. Безъязычный, В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина Моделирование на ЭВМ процесса сборки ротора газотурбинного двигателя / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2001. - 2-5 с.

20. В.Ф. Безъязычный, А.Н. Семенов Научные и методические основы сборки. Состояние теории / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2004.

- 3-7 с.

21. В.Н. Брюханов, М.Г. Косов Предпосылки к созданию виртуальной технологии. СТИН № 6, 1999. - 16-20 с.

22. А.А. Гарькавый Сборка авиационных двигателей: [Учебник для авиац. техникумов] - М.: Машиностроение, 1981. - 223 с.

23. В.Ю. Ерошков Разработка методологии комплектования деталей в роторных пакетах газотурбинных двигателей / Дис. ... канд. техн. наук. -Рыбинск: РГАТА, 1999. - 201 с.

24. В.А. Захаров Пути достижения заданного качества при сборке ГТД: Учеб. пособие - Куйбышев: КуАИ, 1988. - 67 с.

25. М.Е. Ильина Разработка метода управления технологическим процессом сборки ротора ГТД дискового типа на основе компьютерного моделирования / автореф. дис. канд. техн. наук: 05.02.08. Рыбинск: Рыб. гос. авиац. технол. акад. им. П. А. Соловьева, 2004. - 18 с.

26. А.М. Кац, М.М. Иванова, Г.С. Коняфиев, А.А. Федоров Автоматизированная система управления сборочным производством АСУ «РАПОРТ СБ СИ» / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2004.

27. Е.В. Кожевникова, В.В. Непомилуев Методика оптимизации углового положения деталей роторного пакета / Труды Международной научно-технической интернет - конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения», «Технология - 2002», 2002.

28. В.В. Непомилуев Возможные пути повышения качества сборки роторов ГТД/Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении», 2003. - 5-7 с.

29. В.В. Непомилуев Разработка технологических основ обеспечения качества сборки высокоточных узлов газотурбинных двигателей: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.07.05 - Рыбинск: РГАТА, 2000. - 36 с.

30. В.В. Непомилуев Разработка технологических основ обеспечения качества сборки высокоточных узлов газотурбинных двигателей / Дисс. . докт. техн. наук: 05.07.05 - Рыбинск: РГАТА, 2000. - 356 с.

31. В.В. Непомилуев Технология виртуальной сборки - способ автоматизации индивидуального подбора деталей / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2000. - 31-35 с.

32. В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина Исследование влияния показателей качества деталей на точность размеров ротора ГТД дискового типа / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2002. - 2-5 с.

33. В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина Исследование размерных цепей роторов ГТД методом имитационного моделирования / Труды Международной

научно-технической интернет - конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения», «Технология - 2001», 2001.

34. В.В. Непомилуев, М.Е. Ильина Процессный подход к управлению качеством сборки / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2002. - 37-39 с.

35. В.В. Непомилуев, Е.В. Кононова Система обеспечения качества сборки путем индивидуального подбора деталей / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» №1, 2003. - 10-11 с.

36. В.В. Непомилуев, Е.А. Майорова Исследование возможности повышения качества изготовления высокоточных изделий машиностроения путем учета компенсирующей способности деталей при использовании метода индивидуального подбора / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» № 9, 2009. - 11-14 с.

37. В.В. Непомилуев, А.А. Федоров Виртуальная сборка ротора как способ снижения статического дисбаланса ротора / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» № 7, 2003 - 14-17 с.

38. В.П. Тимофеев Условия компенсации дисбалансов гибкого ротора сборкой по расчетным данным / Технология авиационного производства: Сб. науч. трудов под ред. П.Н. Белянина - М.: НИАТ, 1981. - 146-150 с.

39. Е.В. Тимофеева Исследование влияния параметров качества изготовления деталей на качество сборки ротора ГТД / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» № 11, 2003. - 7-9 с.

40. А.А. Федоров Виртуальная сборка как способ снижения себестоимости / Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003. - 16-18 с.

41. РТМ 1.4.775-80. Сборка и балансировка роторов ГТД: Руководящий технологический материал - М.: НИАТ, 1981. - 127 с.

42. ОСТ 1-42074-80 «Сборка газотурбинных двигателей. Термины и определения», 1980. - 101 с.

43. ОСТ 1-42322-86 «Система стандартов безопасности труда. Сборка газотурбинных двигателей. Типовые операции сборки. Требования безопасности», 1986. - 51 с.

44. ОСТ 1.41185-72. Ротор компрессора с дисками, имеющие торцевые зубья: Типовой технологический процесс сборки ротора компрессора - М.: НИАТ, 1972. - 12 с.

45. ОСТ 1-76086-71 «Прибор для определения оптимального положения дисков при сборке ротора компрессора», 1971.

46. ОСТ 1-11031-81 Соединения лопаток с дисками типа "ласточкин хвост" для газотурбинных двигателей. Конструкция и размеры, 1981.

47. ОСТ 1.41672-77. Статическая балансировка колес роторов ГТД путем распределения лопаток в дисках: Метод анализа. - М.: МАП, 1977. - 50 с.

48. ОСТ 1-11138-73 Двигатели газотурбинные. Соединение дисков компрессора торцовыми зубьями (шлицами). Конструкция и размеры, 1973. - 11 с.

49. ОСТ 1-11139-73 Двигатели газотурбинные. Соединение дисков компрессора фланцевое. Конструкция и размеры, 1973. - 12 с.

50. ОСТ 1-11140-73 Двигатели газотурбинные. Соединение дисков компрессора радиальными штифтами. Конструкция и размеры, 1973. - 6 с.

51. H. Chen, S. Jin, Z. Li A comprehensive study of three dimensional tolerance analysis methods / Computer-Aided Design. Т. 53, 2014. - 1-13 c.

52. J.Y. Dantan, N. Gayton, A. Etienne, A.J. Qureshi Mathematical issues in mechanical tolerance analysis. - 2012.

53. K.W. Chase, W.H. Greenwood Design issues in mechanical tolerance analysis / Manufacturing Review - Т. 1, 1988. - 50-59 c.

54. A.J. Qureshi, J.Y. Dantan, V. Sabri, P. Beaucaire, N. Gayton A statistical tolerance analysis approach for over-constrained mechanism based on optimization and Monte Carlo simulation / Computer-Aided Design - Т. 44, 2012. - 132-142 c.

55. G. Ameta Statistical tolerance analysis and allocation for assemblies using Tolerance-Maps - ProQuest, 2006.

56. S.D. Nigam, J.U. Turner Review of statistical approaches to tolerance analysis / Computer-Aided Design - Т. 27, 1995. - 6-15 c.

57. L. Homri, D. Teissandier, A. Ballu Tolerance analysis by polytopes: Taking into account degrees of freedom with cap half-spaces / Computer-Aided Design - Т. 62, 2015. - 112-130 c.

58. R.S. Pierce, D. Rosen A method for integrating form errors into geometric tolerance analysis / Journal of mechanical design - T. 130, 2008.

59. P.A. Adragna, H. Favreliere, S. Samper Statistical Assemblies with form Errors - A 2D Example / International Precision Assembly Seminar - Springer, Boston, MA, 2008. - 23-33 c.

60. J. Grandjean, Y. Ledoux, S. Samper On the role of form defects in assemblies subject to local deformations and mechanical loads / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 65, 2013. - 1769-1778 c.

61. B. Schleich, N. Anwer, L. Mathieu, S. Wartzack Contact and mobility simulation for mechanical assemblies based on skin model shapes / Journal of Computing and Information Science in Engineering - T. 15, 2015.

62. C. Evans Precision engineering: an evolutionary view / Bedford: Cranfield Press, 1989.

63. F. Charpentier, A. Ballu, J. Pailhes A scientific point of view of a simple industrial tolerancing process / Procedia Engineering, 2011. - 10 c.

64. P. Bourdet, A. Clement Controlling a complex surface with a 3 axis measuring machine / Annals of the CIRP - T. 25, 1976. - 359-361 c.

65. A.A. Requicha, Toward a theory of geometric tolerancing / The International Journal of Robotics Research - T. 2, 1983. - 45-60 c.

66. A. Wirtz Vectorial tolerancing a basic element for quality control / Proc. of 3rd CIRP Seminars on Computer Aided Tolerancing, 1993. - 115-128 c.

67. J. Gao, K.W. Chase, S.P. Magleby Generalized 3-D tolerance analysis of mechanical assemblies with small kinematic adjustments / IIE transactions - T. 30, 1998. - 367-377 c.

68. A. Desrochers, A. Clement A dimensioning and tolerancing assistance model for CAD/CAM systems / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 9, 1994. - 352-361 c.

69. D. Teissandier Operations on polytopes: application to tolerance analysis / Global Consistency of Tolerances: Proceedings of the 6th CIRP International Seminar on Computer-Aided Tolerancing, University of Twente, Enschede, The Netherlands, 22-24 March, 1999. - Springer Science & Business Media, 2013. - 425 c.

70. S. Arroyave-Tobon, D. Teissandier, V. Delos Applying screw theory for summing sets of constraints in geometric tolerancing / Mechanism and Machine Theory - T. 112, 2017. - 255-271 c.

71. D. Gouyou, Y. Ledoux, D. Teissandier, V. Delos Tolerance analysis of overconstrained and flexible assemblies by polytopes and finite element computations: application to a flange / Research in Engineering Design - T. 29, 2018. - 55-66 c.

72. J.K. Davidson, A. Mujezinovic, J.J. Shah A new mathematical model for geometric tolerances as applied to round faces / J. Mech. Des - T. 124, 2002. - 609-622 c.

73. B. Alex, J. Antoine, D. Philippe Experimental evaluation of convex difference surface for planar joint study, 2010.

74. H.N. Le, Y. Ledoux, A. Ballu Experimental and theoretical investigations of mechanical joints with form defects //Journal of Computing and Information Science in Engineering - T. 14, 2014.

75. B.F. Bihlmaier Tolerance analysis of flexible assemblies using finite element and spectral analysis: gnc. - Brigham Young University. Department of Mechanical Engineering, 1999.

76. W. Huang, D. Ceglarek decomposition Mode-based off share form error by discrete-cosine-transform with implementation to assembly and stamping system with compliant shares /Ann. CIRP - T. 51, 2002. - 21-26 c.

77. F. Formosa, S. Samper Modal expression of form defects / Models for computer aided tolerancing in design and manufacturing - Springer, Dordrecht, 2007. - 13-22 c.

78. S. Samper, F. Formosa Form defects tolerancing by natural modes analysis,

2007.

79. P. Franciosa, S. Gerbino, S. Patalano Simulation of variational compliant assemblies with shape errors based on morphing mesh approach / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 53, 2011. - 47-61 c.

80. M. Chang, D.C. Gossard Modeling the assembly of compliant, non-ideal parts / Computer-aided design - T. 29, 1997. - 701-708 c.

81. J. Ni, W.C. Tang, M. Pan, X. Qiu, Y. Xing Assembly sequence optimization for minimizing the riveting path and overall dimensional error / Proceedings of the

Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture - T. 232, 2018. - 2605-2615 c.

82. H. Falgarone, F. Thiebaut, J. Coloos, L. Mathieu Variation simulation during assembly of non-rigid components. Realistic assembly simulation with ANATOLEFLEX software / Procedia Cirp. - T. 43, 2016. - 202-207 c.

83. A.J. Mortensen An integrated methodology for statistical tolerance analysis of flexible assemblies: gnc. - Brigham Young University. Department of Mechanical Engineering, 2002.

84. C. Yanlong, L. Bo, Y. Xuefeng, G. Jiayan, Y. Jiangxin Geometrical simulation of multiscale toleranced surface with consideration of the tolerancing principle / Journal of Computing and Information Science in Engineering - T. 15, 2015.

85. G. Le Goi'c, M. Bigerelle, S. Samper, H. Favreliere, M. Pillet Multiscale roughness analysis of engineering surfaces: A comparison of methods for the investigation of functional correlations / Mechanical Systems and Signal Processing -T. 66, 2016. - 437-457 c.

86. Y. Cao, T. Liu, J. Yang A comprehensive review of tolerance analysis models / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 97, 2018. - 3055-3085 c.

87. A. Corrado, W. Polini Manufacturing signature in variational and vector-loop models for tolerance analysis of rigid parts / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 88, 2017. - 2153-2161 c.

88. Y. Liu, S. Gao, Z. Wu, J. Yang Hierarchical representation model and its realization of tolerance based on feature / Jixie Gongcheng Xuebao (Chinese Journal of Mechanical Engineering) (China) - T. 39, 2003. - 1-7 c.

89. X. You GapSpace multi-dimensional assembly analysis: gnc. - The University of North Carolina at Charlotte, 2008.

90. K. Jiang, J.K. Davidson, J.J. Shah, J. Liu Using tolerance-maps to transfer datum plane from design tolerancing to machining tolerancing / International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference - American Society of Mechanical Engineers, 2013.

91. P. A. Adragna, S. Samper, H. Favreliere How form errors impact on 2D precision assembly with clearance? / International Precision Assembly Seminar -Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 50-59 c.

92. S. Arroyave-Tobon, D. Teissandier, V. Delos Applying screw theory for summing sets of constraints in geometric tolerancing / Mechanism and Machine Theory - T. 112, 2017. - 255-271 c.

93. D. Teissandier, Y. Couetard, A. Gerard A computer aided tolerancing model: proportioned assembly clearance volume / Computer-Aided Design - T. 31, 1999. - 805-817 c.

94. H. Li, H. Zhu, X. Zhou, P. Li, Z. Yu A new computer-aided tolerance analysis and optimization framework for assembling processes using DP-SDT theory / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 86, 2016. -1299-1310 c.

95. A. Corrado, W. Polini Manufacturing signature in jacobian and torsor models for tolerance analysis of rigid parts / Robotics and Computer-Integrated Manufacturing - T. 46, 2017. - 15-24 c.

96. W. Zeng, Y. Rao, P. Wang, W. Yi A solution of worst-case tolerance analysis for partial parallel chains based on the Unified Jacobian-Torsor model / Precision Engineering - T. 47, 2017. - 276-291 c.

97. B. Schleich, N. Anwer, L. Mathieu, S. Wartzack Skin Model Shapes: A new paradigm shift for geometric variations modelling in mechanical engineering / Computer-Aided Design - T. 50, 2014. - 1-15 c.

98. A. Desrochers, A. Clement A dimensioning and tolerancing assistance model for CAD/CAM systems / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology -T. 9, 1994. - 352-361 c.

99. A. Desrochers, R. Maranzana Constrained dimensioning and tolerancing assistance for mechanisms / Computer-aided tolerancing - Springer, Dordrecht, 1996. - 17-30 c.

100. A. Clement, A. Riviere, P. Serre, C. Valade The TTRSs: 13 constraints for dimensioning and tolerancing / Geometric design tolerancing: theories, standards and applications - Springer, Boston, MA, 1998. - 122-131 c.

101. A. Desrochers, S. Verheul A three dimensional tolerance transfer methodology / Global Consistency of Tolerances - Springer, Dordrecht, 1999. - 83-92 c.

102. O.W. Salomons, R.E. Begelinger, E. Post, F. J. A. M. van Houten Application of TTRS method in industrial practice tolerance specification for industrial cooling water pumps / Global Consistency of Tolerances - Springer, Dordrecht, 1999. - 251-260 c.

103. A. Desrochers, A. Rivière A matrix approach to the representation of tolerance zones and clearances / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - T. 13, 1997. - 630-636 c.

104. W. Polini Geometric tolerance analysis / Geometric tolerances - Springer, London, 2011. - 39-68 c.

105. W. Polini Taxonomy of models for tolerance analysis in assembling / International Journal of Production Research - T. 50, 2012. - 2014-2029 c.

106. C. Hua A new approach of constraints establishment and optimization for matrix tolerance model / J Mech Eng. - T. 52, 2016.

107. K.W. Chase, J. Gao, S.P. Magleby General 2-D tolerance analysis of mechanical assemblies with small kinematic adjustments / Journal of Design and Manufacturing - T. 5, 1995. - 263-274 c.

108. J. Gao, K.W. Chase, S.P. Magleby Generalized 3-D tolerance analysis of mechanical assemblies with small kinematic adjustments / IIE transactions - T. 30, 1998. - 367-377 c.

109. K.W. Chase, J. Gao, S.P. Magleby, C.D. Sorensen Including geometric feature variations in tolerance analysis of mechanical assemblies / IIE transactions. -T. 28, 1996. - 795-807 c.

110. S. Bhide, J.K. Davidson, J.J. Shah A new mathematical model for geometric tolerances as applied to axes / International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference - T. 37009, 2003. - 329-337 c.

111. L. Laperrière, P. Lafond Tolerance analysis and synthesis using virtual joints / Global Consistency of Tolerances - Springer, Dordrecht, 1999. - 405-414 c.

112. E.P. Morse Models, representations, and analyses of toleranced one-dimensional assemblies - Cornell University, 2000.

113. E.P. Morse, X. You Implementation of GapSpace analysis / ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition - Т. 42150, 2005. -329-333 c.

114. M. Zhang, N. Anwer, L. Mathieu, H. Zhao A discrete geometry framework for geometrical product specifications / Proceedings of the 21st CIRP Design Conference, Kaist, MK Thompson, ed., Paper №. 20, 2011.

115. M. Zhang Discrete shape modeling for geometrical product specification: contributions and applications to skin model simulation: дис. - École normale supérieure de Cachan-ENS - Cachan, 2011.

116. M. Zhang, N. Anwer, A. Stockinger, L. Mathieu, S. Wartzack Discrete shape modeling for skin model representation / Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture - Т. 227, 2013. -672-680 c.

117. B. Schleich, M. Walter, S. Wartzack, N. Anwer, L. Mathieu A comprehensive framework for skin model simulation / Engineering Systems Design and Analysis. - American Society of Mechanical Engineers - Т. 44861, 2012. - 567576 c.

118. N. Anwer, A. Ballu, L. Mathieu The skin model, a comprehensive geometric model for engineering design / CIRP Annals - Т. 62, 2013. - 143-146 c.

119. B. Schleich, S. Wartzack Evaluation of geometric tolerances and generation of variational part representatives for tolerance analysis / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - Т. 79, 2015. - 959-983 c.

120. E.E. Lin, H.C. Zhang Theoretical tolerance stackup analysis based on tolerance zone analysis / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - Т. 17, 2001. - 257-262 c.

121. B. Schleich, N. Anwer, Z. Zhu, L. Qiao, L. Mathieu, S. Wartzack A comparative study on tolerance analysis approaches / International Symposium on Robust Design - ISoRD14, 2014.

122. Е.Г. Якубовский Исследование решения уравнения Навье - Стокса / Научное обозрение. Реферативный журнал - Т. 1, 2016. - 46-80 с.

123. В.В. Подиновский, В.Д. Ногин Парето-оптимальные решения многокритериальных задач - Физматлит, 2007.

124. А.И. Орлов Вероятностно-статистические модели корреляции и регрессии / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета №. 160, 2020.

125. В.А. Печенин Повышение точности и производительности измерений при изготовлении лопаток компрессора ГТД на основе разработки методик, обеспечивающих увеличение информативности и оптимизацию метрологического процесса: дис. ...канд. техн. наук: 05.07.05 / В.А. Печенин -Самара, 2017. - 191 с.

На рисунках А.1-А.5 представлены схемы замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей деталей ротора КВД авиационного двигателя.

б

Рисунок А.1 - Схема замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей: а) вала;

б) диска 9-ой ступени

а

б

Рисунок А.2 - Схема замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей диска:

а) 10-ой ступени; б) 11-ой ступени

а б

Рисунок А.3 - Схема замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей диска:

а) 12-ой ступени; б) 13-ой ступени

Рисунок А.4 - Схема замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей диска:

а) 14-ой ступени; б) 15-ой ступени

КГТ9-3

а

б

в г

Рисунок А. 5 - Схема замеров контрольных и сопрягаемых поверхностей деталей

ротора КВД: а) промежуточное кольцо с 10-ой-14-ую ступень; б) проставка;

в) кольцо трактовое с 9 по 15 ступень

Исследование геометрических отклонений сопрягаемых поверхностей деталей

ротора КВД авиационного двигателя

Выполнены измерения сопрягаемых поверхностей деталей ротора КВД:

1. Вала переднего в количестве 5 штук;

2. Дисков с 10-ой по 13-ую ступень в количестве 20 штук;

3. Проставок №11 в количестве 5 штук;

4. Промежуточных колец с 10-ой по 14-ую ступень в количестве 20 штук;

5. Трактовых колец с 10-ой по 13-ую ступень в количестве 15 штук.

Измерение деталей выполнялось в лабораторных условиях на координатно-

измерительной машине (КИМ) DEA Global, согласно схемам измерений, представленным в Приложении А. Выполнены обработка и анализ результатов измерений деталей с целью определения:

1. Максимальных и минимальных величин параметров, описывающих геометрические отклонения торцевых и цилиндрических поверхностей деталей ротора КВД;

2. Характера отклонений формы сопрягаемых торцевых и цилиндрических поверхностей деталей ротора КВД.

Основными параметрам, описывающими геометрические отклонения сопрягаемых поверхностей деталей, являются:

A j - амплитуда отклонения формы поверхности детали, мм;

дT - отклонения от непараллельности торцевой поверхности относительно базовой, мм;

дR - отклонение от круглости цилиндрической поверхности детали, мм;

<Pij - угол наклона сопрягаемой поверхности относительно оси X локальной системы координат детали, град.;

Ь] - угол наклона сопрягаемой поверхности относительно оси Y локальной

системы координат детали, град.

Величины отклонений формы и расположения торцевых поверхностей деталей ротора КВД представлены в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Величины отклонений формы и расположения деталей ротора

Параметр Деталь

Вал Диски Проставка 11 ПК ТК

А ., мм. 0.01-0.02 0.01-0.03 0.01-0.05 0.01-0.05 0.01-0.09

Дг., мм. ', 1' 0.01-0.01 0.01-0.02 0.01-0.03 0.01-0.03 0.01-0.03

Д, мм. ', 1' 0.01-0.02 0.01-0.02 0.01-0.03 0.01-0.03 0.01-0.03

<р1,1, град. 0.001 0.002 0.0015 0.002 0.002

ь,1, град. 0.0015 0.0015 0.0015 0.0025 0.002

На рисунке Б.1 представлен характер отклонений формы поверхностей деталей ротора КВД, полученных с помощью программного обеспечения РС ВМГБ и КИМ.

а б

Рисунок Б.1 - Вид отклонения формы поверхностей деталей ротора КВД

На рисунке Б.2 представлен упрощенный вид отклонения формы поверхностей измеренных деталей.

Рисунок Б.2 - Упрощенный вид отклонения формы поверхностей деталей

ротора КВД

Анализ геометрических отклонений деталей ротора КВД показал, что отклонения формы могут быть представлены в виде синусоидальной функции (рисунок Б.2), которая описывается двумя параметрами А и к. А - величина отклонения формы, а к - коэффициент, описывающий её вид. Выявлено, что к изменяется в диапазоне от 1.75 до 2.25. На рисунке Б.3 представлены типовые отклонения формы и расположения торцевых поверхностей деталей ротора КВД.

/Ырркнкггь с атпат** фары

ныл*«*'п&р'нрс'ъ _____ПоС&мхть самютташня

а б

Рисунок Б.3 - Отклонения формы и расположения поверхностей у исследуемых деталей: а) отклонение от плоскостности; б) наклон торцевой поверхности

Расчет отклонений формы с помощью рядов Фурье. Для описания отклонения формы подбирался гармонический ряд, при помощи которого можно с достаточной точностью описать дискретный ряд данных отклонения формы,

8ф(х) = IА «Кк ■ (2-кх!% + вк) + 1 + (-1)к)-к/2), (Б.1)

к=1

где Ак - набор амплитуд членов гармонического ряда; 9к - фазы членов гармонического ряда; к - частоты членов гармонического ряда; % - период функции (длина кривой);

х - текущая длина кривой, ограниченной начальной и текущей точками (угол).

Получение параметров ряда выполнялось с использованием дискретного преобразования Фурье. Используя полученный ряд Фурье можно определить амплитуды и фазы конкретных длин волн, отвечающих за различные виды погрешностей имеющих периодический характер. На основе полученной информации с помощью разложения Фурье рассчитывалась спектральная плотность мощности СПМ(f) = Дх. (/)|2, задающая распределение мощности сигнала по

п

частотам. В результате получается график, показанный на рисунке Б.4.

Рисунок Б.4 - Распределение спектральной плотности мощности для отверстия вала заднего

Амплитуды Ак членов ряда вычисляется по формуле:

к = Ь/Л, (1.13)

где Л - длина волны, град;

Ь - длина массива по оси абсцисс, Ь =360°.

Фазы каждой из компонент 0к вычисляются с использованием обратного преобразования Фурье для соответствующей длины волны спектра рисунка Б.4.

На рисунке Б.5 приведены отклонения формы двух цилиндрических поверхностей, восстановленных при помощи гармонического ряда (Б.1).

100 190 »0 2Я0 Поюрмый угол, грц[

Рисунок Б.5 - Отклонение формы цилиндрических поверхностей, описанных

гармоническим рядом

Количество членов ряда Б. 1 выбирается исходя из максимальной величины отклонения точек, заданных по формуле (Б. 1).

Коэффициенты для расчёта торцевых биений для диска

0.0959 ' 0.4828 -0.0806 0.0381 -0.0616 0.3169 -0.1207 0.1045

ь0 = 0.009 ;

К0 =

Ка =

№10 ротора КВД: " -0.9245 -0.1910 1.8714 -0.3335 0.8757 0.2659 2.2209 -0.4201

КА =

-0.1595 0.1820 0 0 0 0 0 0

-0.1452 0.2697 0.2124 0 0 0 0 0

-0.0806 0.0959 0.4828 -0.0486 0 0 0 0

-0.0451 -0.0719 -0.0451 -0.0719 -0.0719 0 0 0

-0.0587 0.0550 -0.0587 0.0550 -0.0587 0.0550 0 0

-0.1519 -0.3496 0.0661 0.0060 0.2722 -0.0073 -0.1519 0

-0.0860 -0.1546 0.2670 0.1345 -0.1554 0.1054 0.0129 -0.1546

-0.4201 0.2182 0.2006 0.1835 -0.0385 -0.0445 0.0067 -0.0632

Коэффициенты для расчёта торцевых биений для диска №11 ротора КВД:

Ьп = 0.0084 ;

К0 =

0.1732 0.4238 -0.0563 -0.0221 0.0518 0.2997 -0.0441 0.0495

Ка =

-0.5839 -0.1983 0.1091 -0.3126 0.7292 -0.2091 2.2784 -0.3560

-0.2785 0.3092 0 0 0 0 0 0

-0.1181 0.1770 0.2530 0 0 0 0 0

-0.0563 0.1732 0.4238 -0.0562 0 0 0 0

-0.0761 -0.0563 -0.0761 -0.0563 -0.0563 0 0 0

-0.0504 0.0505 -0.0504 0.0505 -0.0504 0.0505 0 0

-0.1754 -0.2675 0.1621 -0.0259 0.2829 -0.1088 -0.1754 0

-0.0979 -0.1839 0.2931 0.1323 -0.1067 0.0778 0.0354 -0.1839

-0.3560 0.1635 0.1479 0.1552 0.0384 0.0352 -0.0822 -0.0561

Ь = 0.0034 ;

К0 =

-0.3208 0.6360 -0.2154 -0.3817 0.4534 1.6280 0.4688 -0.0247

К =

-0.0398 -0.1076 -0.7781 -0.3997 0.5377 -0.1301 -0.4646 -0.2742

КА =

0.0864 -0.3719 0 0 0 0 0 0

-0.8154 0.2221 0.1891 0 0 0 0 0

-0.2154 -0.3208 0.6360 0.1404 0 0 0 0

-0.0550 -0.0357 -0.0550 -0.0357 -0.0357 0 0 0

-0.0685 0.0850 -0.0685 0.0850 -0.0685 0.0850 0 0

-0.1094 0.2878 -0.4121 -0.0540 0.5391 -0.0513 -0.1094 0

-0.6065 0.0401 0.1783 0.3963 0.2248 0.1256 -0.3665 0.0401

-0.2742 -0.0184 0.4585 0.0075 0.1171 0.2512 -0.2173 -0.5044

Коэффициенты для расчёта торцевых биений для диска

-0.3643 0.5866 -0.1949 -0.5210 0.3018 1.8662 0.4969 -0.1126

Ь = 0.0176 ;

К0 =

Ка =

№13 ротора КВД: " 0.0389 ' -0.0618 -0.4893 -0.3854 0.4694 -0.0981 -0.3158 -0.1218

КА =

-0.0459 -0.1499 0 0 0 0 0 0

-0.9088 0.2761 0.2298 0 0 0 0 0

-0.1949 -0.3643 0.5866 0.1614 0 0 0 0

-0.0044 -0.0620 -0.0044 -0.0620 -0.0620 0 0 0

-0.0540 0.0706 -0.0540 0.0706 -0.0540 0.0706 0 0

-0.0979 0.2634 -0.3732 0.1537 0.5098 0.0695 -0.0979 0

-0.6564 -0.0555 0.3373 0.4069 0.0158 0.2536 -0.2388 -0.0555

-0.1218 0.0235 0.3719 -0.0859 0.0493 0.1525 -0.2093 -0.4056

-0.0914" 0.6216 0.0689 0.5740 -0.1860 0.0307 -0.1271 0.2762

Ь = 0.0065 ;

К0 =

Ка =

0.0926

-0.1930

-0.7104

-0.1900

1.2184

-0.4764

1.5866

-0.6109

КА =

-0.1610 -0.0118 0 0 0 0 0 0

-0.1305 0.4658 0.0766 0 0 0 0 0

0.0689 -0.0914 0.6216 0.0193 0 0 0 0

-0.1500 -0.0176 -0.1500 -0.0176 -0.0176 0 0 0

-0.0425 0.0271 -0.0425 0.0271 -0.0425 0.0271 0 0

0.0654 -0.2272 -0.2658 -0.0977 0.0354 0.1033 0.0654 0

-0.3100 0.0505 0.1015 0.1203 -0.0602 0.1137 -0.0168 0.0505

-0.6109 0.1796 0.4759 0.1528 -0.1326 -0.1906 0.1292 -0.0212

Коэффициенты для расчёта торцевых биений для промежуточного кольца №11 ротора КВД:

-0.0947" 0.6364 0.0903 0.5529 -0.1620 -0.0516 -0.0128 0.2035

Ь = 0.0071 ;

К0 =

Ка =

0.3935 -0.1017 -0.3468 -0.2473 1.6539 -0.5245 0.7694 -0.5144

-0.0956 -0.0432 0 0 0 0 0 0

-0.1512 0.5201 0.0180 0 0 0 0 0

0.0903 -0.0947 0.6364 0.0605 0 0 0 0

-0.1928 -0.0196 -0.1928 -0.0196 -0.0196 0 0 0

-0.0510 0.0348 -0.0510 0.0348 -0.0510 0.0348 0 0

0.0460 -0.3383 -0.2108 -0.1114 0.1701 0.0358 0.0460 0

-0.3043 0.0521 0.0948 0.1176 -0.0366 0.0790 -0.0224 0.0521

-0.5144 0.2196 0.2944 0.0115 -0.0701 -0.1764 0.1848 -0.0175

" -0.1894" 0.3332 -0.1827 -0.1206 -0.2124 1.8985 0.5303 0.1410

Ьп = 0.0171 ;

К0 =

Ка =

0.1308

-0.0083

0.0350

-0.2592

1.4605

-0.0245

-0.2671

-0.4427

КА =

-0.0031 -0.2623 0 0 0 0 0 0

-0.4634 -0.0157 -0.2012 0 0 0 0 0

-0.1827 -0.1894 0.3332 -0.2461 0 0 0 0

0.0233 0.0327 0.0233 0.0327 0.0327 0 0 0

-0.0403 0.0349 -0.0403 0.0349 -0.0403 0.0349 0 0

-0.0317 -0.0319 -0.1528 0.1075 0.4283 0.3421 -0.0317 0

-0.6733 -0.0466 0.5666 0.3201 0.4119 -0.3226 -0.0913 -0.0466

-0.4427 -0.1171 0.3305 0.0182 0.1335 0.4139 0.2103 -0.6756

Коэффициенты для расчёта торцевых биений для промежуточного кольца №13 ротора КВД:

~ 0.1091" 0.1003 -0.2520 0.3271 -0.2068 -0.1055 0.0523 0.2435

Ьп = 0.0173 ;

К0 =

Ка =

-0.1804 -0.1232 -0.0524 -0.0527 0.3327 0.5386 1.7967 -0.3511

0.3803 0.0530 0 0 0 0 0 0

0.4428 -0.0855 0.2368 0 0 0 0 0

-0.2520 0.1091 0.1003 0.2984 0 0 0 0

-0.2106 0.0399 -0.2106 0.0399 0.0399 0 0 0

0.0318 -0.0493 0.0318 -0.0493 0.0318 -0.0493 0 0

0.0592 -0.2040 0.0002 -0.1321 0.0677 0.2111 0.0592 0

-0.2639 0.0605 -0.0602 -0.0284 0.0954 -0.0451 0.1457 0.0605

-0.3511 -0.1110 -0.3472 -0.1086 0.2545 0.2479 0.2446 0.2218

В таблицах Г.1 - Г.4 представлены результаты параметров геометрических отклонений измеренных поверхностей деталей собираемых ремонтных роторов КВД.

Таблица Г.1 - Параметры геометрических отклонений измеренных поверхностей деталей ротора КВД №1

Наименование деталей сч а от-но д, мм А,7 , мм

7 ] «0» метки, град. к А , мм Ч>Ч, град. , град.

Вал передний 1 1 0.015 0,001 0,001 -0,001 314

1 316

2 322

Диск №11 5 3 0.031 0.0018 0.0014 0.0017 445

4 449

5 642.3

6 688.9

ПК №11 (1) 7 1 0.035 0.0016 0.0013 0.0012 449

2 448

ТК №11 8 1 0.066 0.0013 0.0012 0.0011 633.9

2 688.9

1 314

Проставка 6 2 0 2 0.041 0.002 0.002 0.002 440

3 440

1 445

Диск №12 9 2 0.032 0.0017 0.0019 -0.0011 445

3 655.8

4 658.8

ПК №12 10 1 0.048 0.0019 -0.0012 -0.0018 450

2 450

1 445

2 445

Диск №13 12 3 0.027 0.0011 -0.0011 0.0015 665.6

4 668.6

2 445

Наименование деталей си а от-но А, 7, мм

7 ] «0» метки, град. к А , мм Дт,., мм <Ри, град. К ,7 , град.

Вал передний 1 1 0.013 0,001 0,001 0,001 314

1 316

2 322

Диск №11 5 3 0.028 0.0014 0.0011 0.0017 445

4 449

5 642.3

6 688.9

ПК №11 (1) 7 1 0.035 0.0018 0.0015 0.0017 449

2 448

ТК №11 8 1 0.058 0.002 -0.0014 -0.0015 633.9

2 688.9

1 314

Проставка 6 2 0 2 0.045 0.0018 -0.0012 -0.0011 440

3 440

1 445

Диск №12 9 2 0.01 0.001 0.001 0.001 445

3 655.8

4 658.8

ПК №12 10 1 0.064 0.0018 0.0016 -0.0011 450

2 450

1 445

2 445

Диск №13 12 3 0.032 0.0011 0.0013 0.0011 665.6

4 668.6

2 445

Наименование деталей си а от-но А, 7 , мм

7 ] «0» метки, град. к А , мм Д т,., мм %, град. Уц, град.

Вал передний 1 1 0.024 0,002 0,001 0,001 314

1 316

2 322

Диск №11 5 3 0.025 0.0015 0.0014 0.0012 445

4 449

5 642.3

6 688.9

ПК №11 (1) 7 1 0.04 0.0019 0.002 0.002 449

2 448

ТК №11 8 1 0.07 0.0017 -0.0017 -0.0018 633.9

2 688.9

1 314

Проставка 6 2 0 2 0.036 0.0015 0.0013 0.0014 440

3 440

1 445

Диск №12 9 2 0.04 0.0015 0.0015 0.0013 445

3 655.8