Разработка метода управления технологическим процессом сборки ротора ГТД дискового типа на основе компьютерного моделирования

• Автор: Ильина, Мария Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 241 с. : ил.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА СБОРКИ ВЫСОКОТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

1.1 Актуальность проблемы

1.1.1 Перспективы развития авиационных ГТД

1.1.2 Тенденции развития машиностроения

1.1.3 Сборка и проблемы ее автоматизации

1.1.4 Проблема обеспечения точности роторов

1.2 Анализ литературы, посвященной вопросам обеспечения качества сборки высокоточных изделий и оптимизации

1.3 Анализ технологического процесса сборки ротора дискового типа

1.4 Применение инструментов качества для анализа и совершенствования технологического процесса сборки ротора

1.4.1 Циклическая модель управления качеством РБСА

1.4.2 Процессный подход

1.4.3 Анализ причин несоответствий
1.5 Выводы
1.6 Цель и задачи исследования
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СБОРОЧНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ РОТОРОВ ДИСКОВОГО ТИПА
2.1 Анализ и расчет нежестких размерных цепей ротора
2.1.1 Определение осевых перемещений и сил в системе диски-вал
при опрессовке роторного пакета
2.1.2 Определение силы трения
2.1.3 Определение контактных деформаций в системе диски-вал
2.1.4 Определение суммарных осевых деформаций деталей ротора
2.1.5 Определение деформаций в роторном пакете после снятия силы пресса
2.1.6 Определение размеров ротора после сборки
2.2 Разработка алгоритма и программного обеспечения

2.2.1 Алгоритм расчета нежестких сборочных размерных цепей роторов дискового типа
2.2.2 Программное обеспечение
2.3 Управление процессом сборки ротора дискового типа
2.3.1 Система процессов при использовании разработанной методики
2.3.2 Применение статистических методов для определения особых причин несоответствий
2.4 Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ РОТОРА ДИСКОВОГО ТИПА МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1 Технология виртуальной сборки. Необходимые предпосылки для
ее практического использования
3.2 Метод имитационного моделирования и его возможности
3.3 Имитационное моделирование нежестких размерных цепей ротора
3.3.1 Описание модели
3.3.2 Программное обеспечение
3.3.3 Обработка результатов моделирования
3.4 Исследование технологического процесса сборки ротора дискового типа методом имитационного моделирования
3.5 Исследование возможностей различных способов регулирования размерных цепей ротора
3.5.1 Влияние величин зазоров между ступицами дисков на размеры ротора
3.5.2 Влияние величины и места установки компенсатора на размеры ротора
3.6 Исследования влияния различных показателей качества деталей на результат сборки ротора
3.6.1 Подготовка исходных данных
3.6.1.1 Определение номинальных площадей контакта деталей ротора
3.6.1.2 Определение толщин стенок и радиусов срединных поверхностей деталей ротора
3.6.1.3 Определение величин зазоров между ступицами дисков в свободном состоянии
3.6.1.4 Определение осевой жесткости дисков
3.6.2 Проведение экспериментов

3.6.2.1 Исследование влияния вариаций различных показателей качества деталей на длиновые размеры ротора
3.6.2.2 Исследование влияния вариаций качества деталей различных ступеней на длиновые размеры ротора
3.6.2.3 Исследования влияния вариаций сопрягаемых размеров деталей на точность длиновых размеров ротора
3.6.2.4 Исследования зависимости коэффициентов aiJ+ и bii+] от соотношений осевых жесткостей дисков ротора
3.6.2.5 Исследования влияния отклонений толщин диафрагм дисков на длинновые размеры ротора
3.7 Выводы
4 МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СБОРКИ РОТОРА ДИСКОВОГО ТИПА
4.1 Методика оптимизации состава сборочных комплектов ротора дискового типа
4.1.1 Определение ограничений для величин компенсаций размеров ротора при замене деталей
4.1.2 Определение необходимых величин компенсаций при регулировании размеров ротора
4.1.2.1 Регулирование длины ротора по ступице Lsos
4.1.2.2 Регулирование длины ротора по ободу Loos
4.1.2.3 Регулирование размера Ai
4.1.2.4 Регулирование размера Д„
4.1.3 Оптимизация состава одного сборочного комплекта
4.1.4 Определение условий применимости способов регулирования
при различных вариантах виртуальных несоответствий размеров
4.1.5 Оптимизация состава всех сборочных комплектов ротора
4.1.5.1 Постановка задачи
4.1.5.2 Оптимизация размеров ротора в пределах двух сборочных комплектов
4.1.5.3 Оптимизация размеров ротора в пределах трех сборочных комплектов
4.1.5.4 Определение количества сборочных комплектов ротора, точность размеров которых не обеспечена
4.2 Алгоритм оптимизации состава сборочных комплектов ротора дискового типа

Необходимость переборки ротора можно устранить путем предварительного подбора всех его деталей с целью взаимной компенсации их погрешностей или предварительного подбора компенсирующего звена (при наличии одного сборочного комплекта). Это возможно при автоматизированном индивидуальном подборе деталей ротора.
Метод индивидуального подбора деталей позволяет в максимально возможной степени компенсировать их погрешности и снизить требования к точности изготовления. Этот метод характеризуется высокой трудоемкостью, так как количество рассматриваемых вариантов комплектации очень велико. Поэтому его реализация возможна только на основе предварительного компьютерного моделирования процесса сборки.
Использование метода индивидуального подбора деталей ротора позволит управлять процессом сборки ротора на основе использования информации о действительных показателях качества деталей и устранить часть причин несоответствий. Неустранимые в настоящее время причины несоответствий размеров ротора представлены на рисунке 13.
Анализ диаграммы показывает, что деформации стыков определяются возможностями существующих методов технологической обработки и свойствами материалов деталей. Деформации деталей зависят как от свойств материалов, так и от особенностей конструкции деталей ротора, определяющихся эксплуатационными требованиями (необходимость снижения массы двигателя приводит к уменьшению жесткостей его деталей). Таким образом, деформации деталей ротора и их стыков почти не зависят от технологического процесса сборки (если не считать величин прикладываемых сил), а определяются уровнем совершенства технологических процессов обработки деталей и получения материалов. Поскольку детали авиационных двигателей изготавливаются в настоящее время с максимально допустимой в производстве точностью и для их изготовления применяются соответствующие высококачественные материалы, то устранить деформации деталей и их стыков в настоящее время невозможно.
Действительные показатели качества деталей определяются существующими технологическими процессами обработки, возможностями обрабатывающего и контрольно-измерительного оборудования, а также свойствами материалов деталей и не зависят от технологического процесса сборки.
Целенаправленное (управляемое) суммирование погрешностей деталей позволит частично компенсировать причины несоответствий, связанные с деформациями деталей и их стыков.