(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210766920.9 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 李志敏　刘涛　康贺贺　袁巍　 吴玉萍　 (74)专利代理 机构 北京中创博腾知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11636 专利代理师 李梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 119/16(2020.01) (54)发明名称 一种机匣装配偏差建模方法 (57)摘要 本发明适用于航空部件装配偏 差分析领域， 提供了一种机匣装配偏差建模 方法， 包括以下步 骤： 步骤(1)： 准备好 建立机匣尺寸链模型所需的 各个关键几何要素的公差要求； 步骤(2)： 基于小 位移旋量理论建立机匣各个关键几何要素偏差 的旋量模型； 步骤(3)： 将螺栓连接中偏差的传递 和法兰面偏差传递相耦合， 得到等效旋量模型； 步骤(4)： 将平行度公差对法兰面角度偏差的限 制作用引入到机匣三维尺寸链模 型中； 将平行度 公差旋量模型中的角度分量替换机匣法兰面轮 廓度旋量模 型中的角度分量。 本发 明所述的机匣 装配偏差建模方法， 可以表征复杂三维公差在多 级机匣装配过程中的传递和累积。 权利要求书1页 说明书9页 附图8页 CN 115081231 A 2022.09.20 CN 115081231 A 1.一种机匣装配偏差建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤(1)： 准备好建立机匣尺寸链模型所需的各个关键几何要素的公差要求， 如机匣周 向尺寸公差、 各个法兰匹配面的轮廓度公差值以及螺 栓孔位置度公差值； 步骤(2)： 基于小位移旋量理论建立机匣各个关键几何要素偏差的旋量模型； 步骤(3)： 将螺 栓连接中偏差的传递和法兰面偏差传递相耦合， 得到等效旋量模型； 步骤(4)： 将平行度公差对法兰面角度偏差的限制作用引入到机匣的三维尺寸链模型 中； 将平行度公差 旋量模型中的角度分量 替换机匣法兰面轮廓度旋量模型中的角度分量； 步骤(5)： 在旋量模型中的角度偏差和平动偏差之间建立约束关系； 步骤(6)： 将旋量模型中角度偏差和平动偏差之间的约束关系代入到机匣三维尺寸链 模型中， 得到经 过修改后的机匣三维偏差传递模型。 2.根据权利要求1所述的机匣装配偏差建模方法， 其特征在于， 所述步骤(3)具体又分 为以下步骤： 3.1根据实际装配状态， 通过交并运算， 筛选螺栓孔位置度旋量以及 法兰面轮廓度旋量 中的有效转动分量； 3.2根据实际装配状态， 通过交并运算， 筛选螺栓孔位置度旋量以及 法兰面轮廓度旋量 中的有效平动分量； 3.3将法兰面与螺栓孔中有效的平动分量和转动分量耦合在一起， 形成机匣法兰面连 接处的等效旋量模型； 3.4将步骤3.3中的等效旋量模型耦合到机匣串联尺寸链中， 基于雅克比 ‑旋量理论得 到机匣的三维尺寸链模型。 3.根据权利要求2所述的机匣装配偏差建模方法， 其特征在于， 步骤(3)中将法兰面与 螺栓孔中有效的平动分量和转动分量耦合在一起， 形成机匣法兰面连接处的等效旋量模 型， 表达式如下： TIFE1'＝[u2 v2 w1 α1 β1 γ']T。 4.根据权利要求1所述的机匣装配偏差建模方法， 其特征在于， 步骤(4)中TIFE1'旋量模 型中的角度偏差用平行度公差中的角度偏差来代替， 表达式如下： 5.根据权利要求1所述的机匣装配偏差建模方法， 其特征在于， 步骤(5)中旋量TIFE1'中 w1和 α'、 β'之间的关系如下： 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115081231 A 2一种机匣装配偏差建模方 法 技术领域 本发明属于航空部件 装配偏差分析 领域， 尤其涉及一种机匣装配偏差建模方法。 背景技术 航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械， 被誉为工业领域 “皇冠上的明 珠”。 航空发动机的运行效率依赖于结构设计、 材料性能及制造质量等多方面因素。 其中， 制 造质量与零部件几何误差呈现极大相关性， 对发动机的整体动平衡性能、 运行安全均有较 大影响。 随着燃气涡轮发动机的发展， 对其部件效率、 寿命和安全性要求也越来越高， 装配 质量对发动机的性能和结构安全性的影响很大。 作为航空发动机中的关键部件， 机匣加工制造过程繁多， 涉及到铣削、 拉销、 抛光、 热处理等制造工艺。 结构零部件在制造与装配过程中， 产生不同种类的制造偏差。 这些偏差 主要体现在 装配过程中匹配界面的形状和位置相对于名义值的波动。 各个界面的形位波动 值在尺寸链中传递和累积， 造成装配后机匣空间位置产生偏差， 进而影响到机匣、 叶片乃至 整个发动机的服役性能。 目前针对航空发动机机匣的公差设计多以经验为主， 需要反复试凑以达到要求； 而公差分析以传统的一/二维尺寸链为主， 无法完全反映出三维空间各个装配体非连续界 面的形位公差以及装配特征之间的耦合关系， 从而导致分析结果不准确， 无法为装配质量 标定和公差优化分配提供准确的依据。 此外， 由于机匣之 间的螺栓连接， 导致出现局部并联 尺寸链， 导 致机匣偏差传递变得复杂。 因此， 有必要研究含螺栓连接多级机匣装配的复杂尺寸链传递。 根据机匣的制造 装配精度和连接匹配关系， 建立包含串并联尺寸链的机匣装配偏差预测模型。 为机匣的制 造优化、 公差分配以及性能调控提供指导依据。 发明内容 本发明的目的在于提供一种机匣装配偏差建模方法， 表征机匣螺栓连接装配结构 中局部多并联尺寸链中的不确定性， 通过公差分析和随机性模拟装配， 预测装配后机匣空 间姿态偏差以及统计学分布。 本发明是这样实现的， 一种机匣装配偏差建模方法， 包括以下步骤： 步骤(1)： 准备好建立机匣尺寸链模型所需的各个关键几何要素的公差要求； 如机 匣周向尺寸公差、 各个法兰匹配面的轮廓度公差值以及螺 栓孔位置度公差值 等； 步骤(2)： 基于小位移旋量理论建立机匣各个关键几何要素偏差的旋量模型； 步骤(3)： 考虑机匣的螺栓连接结构属于典型的局部多并联尺寸链； 将螺栓连接中 偏差的传递和法兰面偏差传递相耦合， 得到等效旋量模型； 步骤(4)： 考虑法兰面同时受到轮廓度和平行度公差要求， 将平行度公差对法兰面 角度偏差的 限制作用引入到机匣三维尺寸链模 型中； 将平行度公差旋量模 型中的角度分量 替换机匣法兰面轮廓度旋量模型中的角度分量；说　明　书 1/9 页 3 CN 115081231 A 3