(19)中华 人民共和国 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 202111448748.4 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 北京动力机 械研究所 地址 100074 北京市丰台区云岗西路17号 院 (72)发明人 周建华　马同玲　毛善斌　杨明远　 李伊　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 代理人 仇蕾安 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母 预紧力优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑热变形影响的转子 系统轴端螺母预紧力优化方法， 包括以下步骤： 步骤一、 理论计算转子系统轴端螺母的螺纹预紧 力； 步骤二、 对转子系统轴端螺母的预紧力变化 规律进行仿真； 步骤三、 通过在每个温度取值点 求解螺母预紧力的理论计算值和仿真值的平均 值， 对螺母预紧力模型进行修正； 步骤四、 基于步 骤三的结果计算热变形下转子系统轴端螺母预 紧力可靠度； 步骤五： 基于步骤四的结果， 不断调 整预紧力指标上下限的值， 直至使转子系统工作 过程中轴端螺母预紧力满足 实际的工作要求。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 114329816 A 2022.04.12 CN 114329816 A 1.一种考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤一、 理论计算 转子系统轴端螺母的螺纹预紧力； 步骤二、 对转子系统轴端螺母的预紧力变化 规律进行仿真； 步骤三、 通过在每个温度取值点求解螺母预紧力的理论计算值和仿真值的平均值， 对 螺母预紧力模型进行修 正； 步骤四、 基于步骤三的结果计算热变形 下转子系统轴端螺母预紧力可靠度； 步骤五： 基于步骤四的结果， 不断调整预紧力指标上下限的值， 直至使转子系统工作 过 程中轴端螺母预紧力满足 实际的工作要求。 2.如权利要求1所述的考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法， 其特征 在于， 所述 步骤一中， 未受热时螺纹预紧力的解析算法为： 在转子轴和螺母的螺纹联结体中， 施加在螺母上的拧紧力矩T等于螺纹副间的摩擦阻 力矩T1和螺母环形端面与被联接件/ 垫圈支承面间的摩擦阻力矩T2之和， 即： T＝T1+T2    (1) 将螺纹副力学分析简化为斜楔力学计算， 将螺母看作是绕在转子轴上的斜楔块； 当预 紧时， 螺母受到的轴向力为Fb， 切向力为Uf， 螺母拧紧过程中， 根据力学平衡的关系可 得： Uf cosβ‑Fb sinβ ＝ μs(Uf sinβ +Fb cosβ )    (2) 其中， β 为螺纹升角， 摩擦系数为 μs； 由式(2)可 得下式： 其中， ρ 为螺纹面摩擦角； 螺母的松动过程中， 将式(3)中β 的符号换为负号， 即可 得： Uf＝Fb tan( ρ‑β )     (4) 设螺纹的中径为dp， 则拧紧螺纹副时的扭矩T1为： 当螺母与联接结构件接触时， 由于摩擦力产生， 螺母继续拧动需要克服螺母支撑面的 摩擦力矩， T2表达式如下： 其中， μw为螺母支撑面间的摩擦系数， dw为螺母的公称直径， Ff为压紧力； 当螺母支撑面压力均匀分布时， 支撑面的面积为以螺母对边距离B为直径的圆面积， 设 螺纹孔直径为D， 则有： 由此得螺母与支撑面间的摩擦力矩为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114329816 A 2将式(5)和式(8)代入式(1)得： 其中， F为螺纹预紧力， F＝Fb＝Ff； 由式(9)可 得： 3.如权利要求2所述的考虑热变形影响的转子系统轴端螺母预紧力优化方法， 其特征 在于， 所述 步骤一中， 受热后螺纹预紧力的解析算法为： 转子系统各部分的预紧力变化量来自于两个部分， 即： 转子系统各零件受拉或受压导 致的零件伸长或缩短量以及温度升高导 致的零件膨胀量； 在仅承受螺纹预紧力F的情况 下， 转子轴的伸长量由下式计算： 其中， ΔLy为转子轴在仅承受预紧力情况下的伸长量， L为转子轴的有效长度， s为转子 轴的应力面积， E为 转子轴的弹性模量； 此时在转子轴上所安装的零件也受到螺纹预紧力F的作用而压缩， 所产生的总的压缩 变形量为： 式中， ΔLyi为各零件在预紧力作用下的压缩变形量， Li为各零件的有效长度， si为各零 件的受力面积， Ei为转子轴各安装零件的弹性模量， n 为零件总数； 在仅承受热 载荷的情况 下， 转子轴的伸长量由下式计算： ΔLr＝α·L·(t‑t0)     (13) 式中， ΔLr为转子轴 在仅承受热载荷情况下的伸长量， α 为转子轴的热膨胀系数， (t ‑t0) 为温度差； 此时， 在转子轴上 所安装的零件也受到热 载荷的作用而膨胀， 所产生的总的伸长量 为： 式中， ΔLri为各零件在热载荷作用下的伸长量， Li为各零件的有效长度， αi为各零件的 热膨胀系数； 在常温t0下， 施加扭矩T预紧， 则转子轴和安装零件均被压缩， 由库克定律， 转子轴的伸 长量ΔL和其上 所有安装零件的压缩量 与扭矩的关系表示 为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114329816 A 3