整体叶盘磨抛测机床结构优化与分析

【摘要】采用整体叶盘结构的压气机、涡轮和风扇可以大大提高发动机的推重比。整体叶盘零件数量少，结构简单，但叶片形状复杂，叶片薄且相邻两叶片间距离窄，叶片受力易变形，进气边、出气边和叶片根部难加工。目前航空发动机的性能要求很高，这就要求整体叶盘有较高的精度和表面质量。整体叶盘的制造水平关系着航空航天事业的发展。整体叶盘的加工方法主要是数控铣削、电解加工和线性摩擦焊，再配以后续的精整加工。精整加工主要包括机械振动抛光、磨粒流抛光和手工抛光。前两种抛光方法效率高，但容易损坏叶片。手工抛光的叶片表面质量高，但表面一致性差且效率低。专业技术人员通过叶片样板的比对来检测整体叶盘的加工质量，不同形状的叶片需采用不同的样板。样板检测法通用性差、效率低。为此，需开发一种磨抛加工和检测一体化的整体叶盘专用样机。研究整体叶盘加工和检测所需自由度，提出两种机床构型方案。从结构、控制和经济性方面对比，确定机床的最终构型。完成机床各轴丝杠、滑轨、转台和电机等外购标准件的选型，设计立柱、工作台、床身等关键结构的形状和尺寸。采用CATIA建立机床的三维模型，确定机床的相关参数和工作流程。对整体叶盘磨抛测样机关键部件进行静动态分析。分析立柱、工作台和床身部件的薄弱环节，为结构优化做准备。通过整机的静态分析，可以得出整机的最大变形、应力分布；通过整机的模态分析，可以得出整机的固有频率和各阶振型，选择工具头电机，尽量避开整机的低阶频率范围。采用ANSYSWorkbench对立柱和床身结构进行优化。以立柱和床身尺寸为输入，低阶固有频率和质量为输出，静变形、应力为约束条件，经过有限元分析求得最优解集，根据铸造工艺和各设计变量的灵敏度修正最优解集。对优化后的整机进行静动态分析。一方面验证了结构优化的准确性，另一方面证明了立柱和床身结构的设计良好。
【作者】张小光；
【导师】曲兴田；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】整体叶盘；机床设计；静动态分析；结构优化；

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