【摘 要】
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某系列火箭安全发射与发动机的平稳运行息息相关,涡轮泵轴系预紧力不足可能引起火箭发动机工作异常。涡轮泵轴系由螺纹产生轴向预紧力,螺纹参数是影响预紧力的重要因素,开展相关仿真研究很有必要。预紧力检测系统是知晓轴向预紧力大小、提高涡轮泵轴系装配质量的关键。目前,涡轮泵轴系的装配工艺采用扭矩转角法。将一段轴套替换为压力传感器进行拧紧,预紧力达到目标值后,记录螺母转角,然后拆卸压力传感器,换回轴套进行正式装
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某系列火箭安全发射与发动机的平稳运行息息相关,涡轮泵轴系预紧力不足可能引起火箭发动机工作异常。涡轮泵轴系由螺纹产生轴向预紧力,螺纹参数是影响预紧力的重要因素,开展相关仿真研究很有必要。预紧力检测系统是知晓轴向预紧力大小、提高涡轮泵轴系装配质量的关键。目前,涡轮泵轴系的装配工艺采用扭矩转角法。将一段轴套替换为压力传感器进行拧紧,预紧力达到目标值后,记录螺母转角,然后拆卸压力传感器,换回轴套进行正式装配。这个过程不仅需要进行两次装配,费时费力,并且第二次装配后不知道预紧力大小,不能确保每次装配都满足预紧力要求。对涡轮泵结构和装配流程进行分析,设计基于伸长量法的涡轮泵轴系预紧力检测系统,将轴向预紧力测量转化为涡轮泵转子伸长量和刚度的测量。首先完成了测量方案的设计,并用Lab VIEW开发实验用的数据采集和处理软件,然后针对涡轮泵轴系中的螺纹区域,用SOLIDWORKS建立参数化的螺纹拧紧模型,用ANSYS Workbench仿真拧紧过程,改变螺距、牙型角、摩擦系数、支撑面倾斜角度,得到其对预紧力的影响规律,并且通过拧紧实验验证了螺纹参数对预紧力的影响规律,最后进行涡轮泵轴系预紧力检测系统的实验研究,分别完成涡轮泵转子伸长量和刚度的测量实验,伸长量法测得预紧力与压力传感器测得预紧力误差小于10%,涡轮泵轴系预紧力检测系统满足设计要求。拧紧实验表明,转子伸长量与预紧力、螺母转角呈线性关系。采用扭矩法、扭矩转角法和伸长量法装配,轴向预紧力的最大偏差分别是15.01%、12.97%和7.13%,伸长量法的控制精度最高。课题研制了一套基于伸长量法的涡轮泵轴系预紧力检测系统,开展了涡轮泵轴系螺纹参数对预紧力影响的仿真研究,并进行了涡轮泵转子伸长量控制的拧紧工艺研究。研制的预紧力检测系统满足测量误差小于10%的要求,实现了装配过程在线检测,可以知道装配后的轴向预紧力。
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