Разработка методологии комплектования деталей в роторных пакетах газотурбинных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Ерошков, Василий Юрьевич

• Ерошков, Василий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ерошков, Василий Юрьевич

Введение

Глава 1 Состояние вопроса

1.1 Анализ актуальности проблемы

1.2 Обзор литературных данных, научных публикаций и дейст- ^ вующих методических материалов

1.3 Цель и задачи исследования

Глава 2 Определение фактического состояния роторов ГТД при 33 изготовлении, сборке и доводке

2.1 Реальное состояние ротора. Понятие о неуравновешенности 35 ротора

2.2 Дисбалансы в роторном пакете. Формирование динамических 40 характеристик ротора на первых этапах его изготовления

2.3 Вероятностный расчет дисбалансов

2.4 Эксплуатационные дисбалансы как показатель качества изго- 51 товления ротора. Изменение упругой линии ротора при работе

2.5 Выводы по главе

Глава 3 Анализ технологии изготовления ротора газогенерато- 57 ра турбовинтового двигателя

3.1 Последовательность технологического процесса сборки и до- 60 водки ротора газогенератора

3.2 Оценка сборочных методов изготовления сложного ротора с 66 заданными характеристиками

3.3 Выводы по главе

Глава 4 Математическая модель комплектования деталей в ро- 79 торном пакете ГТД

4.1 Постановка задачи

4.2 Исходные данные. Геометрия реального профиля поверхности

4.3 Разработка математической модели комплектования деталей 89 в роторном пакете ГТД

4.4 Выводы по главе

Глава 5 Разработка программного обеспечения для автоматизированного комплектования деталей и оптимизации их взаимного положения в роторе ГТД

5.1 Данные для расчета, метод их получения и результаты расчета

5.2 Обобщенная блок-схема программы комплектование деталей 112 и оптимизации их углового положения в роторном пакете

5.3 Описание алгоритма комплектование деталей и оптимизации 118 их углового положения в роторном пакете

5.4 Описание программы расчета ротора "ROTOR"

5.5 Выводы по главе

Глава 6 Практическое использование результатов работы

6.1 Расчет сопрягаемой пары деталей ротора

6.2 Расчет ротора газогенератора ТВД

6.3 Расчет технико-экономического эффекта использования авто- 145 матизированного метода сборки роторного пакета

6.4 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методологии комплектования деталей в роторных пакетах газотурбинных двигателей»

В современных условиях развития науки и техники, а также внедрения научных методов познания практически во все сферы производства, вопрос разработки научно-обоснованных методов расчета и оптимизации сборки сложных конструкций, таких, к примеру, как авиационные двигатели (АД), имеет особое значение. Это в первую очередь связано с тем, что при значительном объеме деталей, входящих в изделие, очень сложна геометрия их поверхностей, рабочих движений, и при этом высоки требования к точности выходных параметров. В этих условиях часто даже предельно высокая при современном уровне развития производства точность изготовления деталей не всегда позволяет изготовить изделие с заданными параметрами качества, поскольку существенное значение здесь приобретают процессы и явления, сопутствующие основному процессу производства. При сборке изделия данные факторы, пожалуй, наиболее существенны.

В тоже время теория и практика доказывает, что использование научно-обоснованных моделей и методов расчета позволяет с определенной вероятностью прогнозировать выходные параметры изделия, определить необходимые требования к сборке деталей и узлов, а так же непосредственно в процессе сборки оперативно принимать необходимые решения с целью создания наиболее оптимального варианта изделия. При этом существенно снижается трудоемкость и повышается надежность изготовления за счет автоматизации ручной работы, увеличивается качество изделия за счет перехода на более высокий уровень производства.

Данная работа и направлена на создание одной из таких моделей - математической модели роторного пакета. Необходимость в ее разработке определяется как теоретическими предпосылками (доказательство - разработка рядом ученых методов расчета и оптимизации роторных конструкций при сборке), так и практической необходимостью (чему свидетельствуют статистические данные об изготовлении роторов перспективных изделий с ряда заводов), о чем будет подробно сказано в главе 1 данной работы. Работа является продолжением работы ученых с кафедры «Технологии производства авиационных двигателей и общего машиностроения» Рыбинской государственной авиационной технологической академии Безъязычного В.Ф. и Непомилуева В.В. в области исследования комплекса реально действующих процессов при сборке АД. Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность этим ученым за предоставленные знания и опыт, и оказанную помощь в написании данной работы. Так же автор выражает благодарность специалистам ОАО «Рыбинские моторы» за возможность апробирования данной работы в реальных производственных условиях и за практические рекомендации, полученные при работе на этом предприятии.

Теоретическая часть работы включает в себя:

- определение качественных параметров, характеризующих фактическое состояние ротора в процессе сборки и после ее завершения (глава 2);

- научный анализ технологии сборки роторного пакета ГТД, для чего необходимо было рассмотреть влияние наиболее существенных факторов сборки на реальное состояние изделия, характеризуемое комплексом соответствующих качественных параметров, и проведение сравнительного анализа основных сборочных методов, применяемых для изготовления гибкого ротора (глава 3);

- создание математической модели роторного пакета ГТД с целью расчета и оптимизации основных его технологических характеристик в процессе и после завершения сборки на основе реального качества изготовленных деталей (глава 4);

Практическая часть включает разработку программы расчета роторного пакета ГТД на базе созданной математической модели, проведение исследования технологии сборки роторов перспективных изделий на базе созданной 6 программы, и, с учетом проведенных исследований, разработку и внедрение технологических мероприятий по повышению качества сборки роторов ГТД.

Научная новизна данной работы заключается в том, что

1) впервые разработана математическая модель расчета технологических характеристик роторного пакета ГТД, учитывающая:

- погрешности сборки деталей по торцевым и радиальным базовым поверхностям, выполненным с определенной степенью точности;

- начальные и остаточные дисбалансы деталей и сборочных единиц.

2) на основе созданной математической модели разработаны положения для создания автоматизированного метода комплектования деталей в роторном пакете при сборке.

3) определено влияние технологических параметров сборки деталей на динамику ротора.

К практическим результатам работы следует отнести испытание, доводку и внедрение программы расчета, анализа и оптимизации роторного пакета ГТД на ряде роторов перспективных изделий ТВД-1500 и РД-600 в ОАО «Рыбинские моторы». Разработанная методика автоматизированного расчета и оптимизации роторного пакета ГТД при сборке прошла испытания и была внедрена в производство на опытном заводе ОАО «Рыбинские моторы».

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Ерошков, Василий Юрьевич

Общие выводы и результаты работы

1. Определение и возможность оптимизации функции начального эксцентриситета е^г) деталей ротора на этапе его сборки позволяет решать целый комплекс конструкторских задач, связанных с изготовлением и доводкой гибкого ротора.

2. Определено, что одним из наиболее эффективных методов снижения величины главного вектора дисбалансов роторного пакета является метод компенсации локальных дисбалансов за счет взаимного подбора деталей и их положений с учетом погрешностей изготовления базовых поверхностей деталей и их остаточных дисбалансов.

3. Разработана математическая модель расчета основных технологических характеристик роторного пакета ГТД (распределения локальных эксцентриситетов и дисбалансов, размеров ротора), учитывающая:

- погрешности сборки деталей по торцевым и радиальным базовым поверхностям, выполненным с определенной степенью точности;

- начальные и остаточные дисбалансы отдельных деталей и сборочных единиц.

4. Доказано, что в современных производственных условиях использование автоматизированного метода расчета и выбора наиболее рационального варианта роторного пакета ГТД позволяет существенно сократить трудоемкость сборочных работ и с высокой степенью надежности обеспечить заданное качество изделия, а так же обеспечить конструктора адекватной информацией о реальном состоянии роторного пакета.

5. Разработана программа расчета роторного пакета ГТД на ПК, позволяющая: а) определять взаимное положение сопрягаемых по базовым поверхностям деталей с учетом погрешностей изготовления как торцевых, так и радиальных поверхностей; б) определять оптимальный вариант роторного пакета при обеспечении минимального уровня локальных эксцентриситетов и локальных дисбалансов, а также суммарного дисбаланса в пределах допускаемых значений.

6. Проведены испытания, доводка и внедрение программы расчета и оптимизации роторного пакета ГТД на ряде роторов перспективных изделий ТВД-1500 и РД-600 в ОАО «Рыбинские моторы». Разработанная методика автоматизированного расчета и оптимизации роторного пакета ГТД при сборке прошла испытания и была внедрена в производство на опытном заводе ОАО «Рыбинские моторы».

7. Расчет технико-экономического эффекта использования автоматизированного метода подбора деталей при сборке показал, что трудоемкость сборки ротора с использованием автоматизированного метода существенно ниже трудоемкости сборки по традиционной технологии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ерошков, Василий Юрьевич, 1999 год

1. Автоматизация расчета размерных цепей на ЭВМ. / Емельянов В.И. и др., // «Вестник машиностроения», № 2, 1991.

2. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984. -256с.

3. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1982. - 367 с.

4. Максименко А.И. Особенности балансировки роторных систем турбомашин // В кн. «Балансировка машин и приборов». М.: Машиностроение, 1979. -с.119-129.

5. Безъязычный В.Ф., Ерошков В.Ю. Повышение точности сборки роторов // Сборник научных трудов «Автоматизированные технологические системы в машиностроении» УФА: УГАТУ, - 1997. - с.77-79.

6. Безъязычный В.Ф., Непомилуев В.В. Повышение точности сборки роторов подбором относительного положения их деталей // Резание и инструмент в технологических системах: Международный научно-технологический сборник, выпуск 51- Харьков: ХГПУ, 1997. с. 32-34.

7. Безъязычный В.Ф., Непомилуев В.В. Пути повышения качества сборки роторов // Вестник Международной академии наук высшей школы, 1998, N 2. с. 70-76.

8. Беликов В.Н., Никитин А.Н. Сборка авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1971. - 236 с.

9. Бородачев H.A. Основные вопросы теории точности производства. М.: Машиностроение, 1950.

10. Воскресенский Е.А., Симонов A.C. К вопросу о статистическом моделировании сборочных процессов с помощью ЭВМ // Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин. Сборник. Тула: ТЛИ, 1978.-с. 110-118.

11. Гарькавый A.A. Сборка авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1981.-223 с.

12. Глейзер А.И. Вероятностные методы решения конструкторско-технологических задач снижения вибраций роторных машин. / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. -Самара: СКБМ, 1995. 34с.

13. ГОСТ 22061-76. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. М.: Госстандарт, 1977.

14. ГОСТ 16320-70. Цепи размерные. Методы расчета плоских цепей. М.: Госстандарт, 1970.

15. Гурова H.A., Иванов В.А., Фадеев В.А. Методика расчета и обеспечения точности выходных геометрических параметров при сборке колес турбины ГТД // Технологические пути повышения качества авиадвигателей. Сборник. Куйбышев: КуАИ, 1986.

16. Гусев A.A. Адаптивные устройства сборочных машин. М.: Машиностроение, 1979. -208с.

17. Гусев A.A. Особенности разработки технологического процесса сборки в условиях автоматизированного производства изделий в машиностроении //

18. Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин. JL: Машиностроение, 1975. 704с.

19. Гусев A.A. Требования к технологичности конструкций изделий для автоматической сборки. Требования к технологичности деталей для автоматической сборки. Технология машиностроения М., 1975. - с.6-21.

20. Дальский A.M., Кулешова J1.M. Сборка высокоточных соединений в машиностроении. М.: Машиностроение, 1988. - 304с.

21. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.

22. Демин Ф.И. Исследование размерных связей соединений передач при конструировании и изготовлении изделий // Известия высших учебных заведений./ Авиационная техника, N 1. Казань, 1982.

23. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1966.

24. Дунаев П.Ф. Размерные цепи. М.: Машгиз, 1963. - 308 с.

25. Егоров М.Е. и др. Технология машиностроения. М.: Высшая школа, 1976. - 534 с.

26. Емельянов В.И. Совершенствование методики расчета размерных цепей РД 50-635-81 методом пригонки. / «Вестник машиностроения» , № 6-7. -1992.

27. Захаров В.А. Пути достижения заданного качества при сборке ГТД. М.: Машиностроение, 1983.

28. Захаров В.А. Сборка двигателей. Куйбышев: КуАИ, 1978. - 70 с.

29. Захаров В.А. Технология сборки и контроля подшипниковых опор ГТД. -М.: Машиностроение, 1985.

30. Захаров В.А., Саурди Н.Г. Расчет сборочных размерных цепей с помощью ЭВМ.-М.: Машиностроение, 1984.

31. Зверев А.К., Аверьянов С.И. Комплексная математическая модель функционирования высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения / «Станки и инструменты», №1 1995.

32. Иванов В.А. Аналитическое определение выходных геометрических параметров колеса турбины авиадвигателя / Совершенствование технологических процессов изготовления авиадвигателей. Сборник. Куйбышев: КуАИ, 1985.

33. Иванов В.А. Прогнозирование и обеспечение точности сборки колес. / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Куйбышев: КуАИ, 1987. - 20 с.

34. Ивагценко И.А. Проектирование технологических процессов производства двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981. - 224с.

35. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации. М.: Машиностроение, 1975. - 221 с.

36. Иващенко А.И., Филимошин В.Г. Метод моделирования технологических размерных цепей // Сборник трудов Куйбышевского авиационного института, вып. XXVII. Куйбышев: КуАИ, 1967.

37. Карелин С.А. Особенности расчета размерных цепей сборочных узлов на ЭВМ. / «Вестник машиностроения», № 7. -1991.

38. Колесов И.М. Исследования связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей деталей машин. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: Мосстанкин, 1967.

39. Конструирование и проектирование авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Д.В. Хронина. М.: Машиностроение, 1989.- 368с.

40. Куинджи A.A., Колосов Ю.А., Народицкая Ю.И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. М.: Машиностроение, 1974 -152с.

41. Лавров В.В. Исследование технологического процесса сборки лопаток с диском // Прогрессивные методы проектирования технологических процессов производства деталей двигателей летательных аппаратов. Сборник -Куйбышев: КуАИ, 1983.

42. Левит М.Е., Ройзман В.П. Вибрация и уравновешивание роторов авиадвигателей. М.: Машиностроение, 1970. - 172с.

43. Матвеев В.В., Тверской М.М., Бойков Ф.И. и др. Размерный анализ технологических процессов. М.: Машиностроение, 1982.

44. Научные основы автоматизации сборки машин / Под ред. М.П. Новикова. -М.: Машиностроение, 1976. 472 с.

45. Непомилуев В.В. Нежесткие размерные цепи // Проблемы повышения качества промышленной продукции. / Сборник трудов 3-ей международной научно технической конференции - Брянск: БГТУ, 1998. - с. 51-54.

46. Непомилуев В.В. Разработка теоретических основ обеспечения точности упругих размерных цепей // Фундаментальные исследования в области машиностроения / Под ред. К.С. Колесникова и М.П. Мусьякова. М.: МОПО РФ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - с. 19-20.

47. Непомилуев В.В. Расчет сборочной упругой размерной цепи ротора газотурбинного двигателя // Математическое обеспечение оптимизации операций механической обработки. Межвузовский сборник научных трудов -Ярославль: ЯПИ, 1988. с. 107-112.

48. Непомилуев В.В. Сборка с управляемым процессом суммирования погрешностей сопрягаемых деталей // Проблемы повышения качества промышленной продукции. / Сборник трудов 3-ей международной научно-технологической конференции. Брянск: БГТУ, 1998, с. 95-97.

49. Никитин А.Н. Технология сборки двигателей летательных аппаратов М.: Машиностроение, 1982. - 269 с

50. Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей М.: Машиностроение, 1968. - 324 с.

51. Основы балансировочной техники. В 2-х т. / Под ред. В.А. Щепетильнико-ва- М.: Машиностроение, 1975.

52. Основы технологии сборки машин и механизмов / Под ред. М.П. Новикова М.: Машиностроение, 1980. - 592с.

53. ОСТ 1.41185-72. Ротор компрессора с дисками, имеющими торцевые зубья. Типовой технологический процесс сборки. М.: Госстандарт, 1972.

54. ОСТ 1.41672-77. Статическая балансировка колес роторов ГТД путем распределения лопаток в дисках. М.: Госстандарт, 1977.

55. ОСТ 1.41798-78. Роторы ГТД. Точность балансировки. Общие технические требования. М.: Госстандарт, 1978.

56. ОСТ 1.42160-83. Роторы ГТД. Методы контроля дисбалансов. М.: Госстандарт, 1983.

57. ОСТ 1.42167-83. Роторы ГТД. Методы балансировки. М.: Госстандарт, 1983.

58. Гарисов В.А., Баскаков В.Д., Боярская Р.В., Решеткин С.И. Остаточные деформации и напряжения в цилиндрических оболочках при сборке сварке // Развитие производственных технологий в ВУЗах. Липецк: Липецкое изд., 1997. - с.107-108.

59. Прокофьев Л.Н., Семенова C.B. Суммирование производственных погрешностей с помощью метода имитационного моделирования // Совершенствование технологических процессов изготовления авиадвигателей. Сборник. -Куйбышев: КуАИ, 1985, с. 41-51.

60. Рабинович С.А. Исследование точности соединений при многовариантных схемах сборки с групповой взаимозаменяемостью. / «Вестник машиностроения», № 6. 1991.

61. РТМ-1.4.775-80. Сборка и балансировка роторов ГТД. Руководящий технологический материал. М.: НИАТ, 1981. - 125 с.

62. Рудзит А.Я. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. -Рига: Знание, 1975.

63. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1980. - 195с.

64. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. -176с.

65. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках. Киев, 1982.

66. Соколов В.И. и др. Сборка авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. - 344с.

67. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1955.-515с.

68. Солонин И.С., Солонин С.И. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. М.: Машиностроение, 1980. - 110с.

69. Справочник по балансировке / М.Е. Левит, Ю.А. Агафонов, Л.Д. Вайнгор-тин, А.И. Максименко и др.; Под общ. ред. М.Е. Левита. М.: Машиностроение, 1992. -464с.

70. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. - 208с.

71. Теория и практика уравновешивания машин и приборов / Под ред. В.А. Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1978. - 320 с.

72. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей / Под ред. С.М. Шлях-тенко. М.: Машиностроение, 1987. - 568с.

73. Цепи размерные. Расчет динамических размерных цепей / Метод, указания РД 50-426-83. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 26с.

74. Цепи размерные. Расчет допусков с учетом условий контакта сопряженных деталей / Методические рекомендации 36-82. М.: ВНИИНмаш, 1982. -62с.

75. Шевелев A.C. Исследование точности размерных связей в авиадвигателе-строении. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Куйбышев: КуАИ, 1968.

76. Шемарин H.H. Стабилизация размерных параметров сборочных соединений. // Технология машиностроения, вып.40. «Исследование в области технологии механической обработки и сборки». Тула: ТПИ, 1975.-с.11-12.

77. Черневский А.Н. Технологическое обеспечение точности сборки прецизионных изделий. -М.: Машиностроение, 1984.