柔性辅助支撑结构的预紧力调节方法与流程

1.本发明属于柔性辅助支撑结构技术领域，尤其涉及一种柔性辅助支撑结构 的预紧力调节方法。


背景技术：

2.在复杂装备结构设计中，对于长径比较大或重要的圆柱状零部件在壳体中 的支撑与连接，为确保连接强度与刚度、提高产品的动态环境适应性、改善产 品的受力情况，多采用刚性主连接与柔性辅助支撑结合的安装连接方式，如图1 所示，刚性主连接部位通常只有一处，作为主要的承力连接结构，具有较强的 约束定位功能，一般采用止口定位加螺栓固连的连接方式；柔性辅助支撑一般 根据产品的受力状态、外形结构、周边空间约束以及装配方式等因素进行适应 性设计。为了达到理想的支撑连接紧固状态，通常都要控制柔性辅助支撑的轴 向预紧力在要求范围。现有控制方法主要是在预先设计的调节垫片系列厚度中， 选配合适的厚度实现对柔性辅助支撑件(后简称压环)的量化压缩，使得预紧 力落在要求范围内；而调节垫片的厚度主要是通过基于经验反复试装的试配法 获得。
3.现有预紧力调节方法通过反复试装各种厚度规格的调节垫片(试装过程中， 通过预紧力测试与判读来判断调节垫片的厚度是否合适)，直到获得满足要求的 调节垫片厚度为止，缺乏相应的理论支撑，依赖技术人员的工程经验，经常出 现试装次数较多导致整体装配效率低的情况。现有方法对应的预紧力控制目标 一般为较宽的区间，难以实现预紧力点目标的高精度控制。现有预紧力调节方 法使用的调节垫片厚度系列相邻规格厚度差值一般较大(如果太小，将导致可 选规格多，选择困难)，不利于预紧力的精确调控。
4.因此，有必要提供一种柔性辅助支撑结构的预紧力调节方法解决上述技术 问题。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是提供一种柔性辅助支撑结构的预紧力调节方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种柔性辅助支撑结构的预紧力调节方 法，包括以下步骤：
7.s1、选择厚度系列范围内任意规格的调节垫片，厚度为t0；
8.s2、通过一次试装与相应预紧力测试，获取该调节垫片对应的预紧力f0， 以及厚度适宜性结论；
9.s3、判断f0是否满足要求；如f
min
≤f0≤f
max
，则f0满足要求，可结束预紧力 调节操作，步骤s1中选用的调节垫片厚度即为满足需求的；如f0不属于f
min
≤ f0≤f
max
区间，则f0不满足要求，需按步骤s4进行调节垫片厚度的修正；
10.s4、垫片厚度修正量计算：当f0＜f
min
时，垫片厚度增加量的最小与最大值 分别为当f0＞f
max
时，垫
片厚度减小量的最小与最大值分别为片厚度减小量的最小与最大值分别为
11.垫片厚度修正规格选取：当f0＜f
min
时，修正后的垫片厚度在(t0+δt
min
，t0+ δt
max
)中选相应规格；当f0＞f
max
时，修正后的垫片厚度在(t
0-δt
max
，t
0-δt
min
) 中选相应规格；
12.其中，初始垫片厚度t0，对应初始预紧力f0，压环预紧力控制上、下限分 别为f
max
、f
min
，支撑件压缩刚度k
筒
，被支撑件拉伸刚度k
轴
。当f0《f
min
时，分别 用k1、k2表达压缩环在(f0，f
min
)、(f0，f
max
)的区间压缩平均刚度；当f0＞f
max
时，分别用k1、k2表达压缩环在(f
min
，f0)、(f
max
，f0)的区间压缩平均刚度；其 中，k1、k2用压环的压缩特性实测数据计算得到；k
筒
、k
轴
按线性考虑，用相应 轴向加载变形测试数据计算获得；
13.s5、根据加载过程变形协调关系式，以及压环的区间刚度k
压
、支撑件的压 缩刚度k
筒
、被支撑件的拉伸刚度k
轴
，按δy＝δt/(1+k
压
/k
筒
+k
压
/k
轴
)计算压环 压缩或放松量，其中δt为步骤s4中计算得到的垫片厚度修正量；按δf＝k
压
ꢀ×
δy计算压环压力的修正量；其中，k
压
用压环的压缩特性实测数据计算得到； 在初始预紧力f0的基础上加上或者减去δf即为修正后的压环预紧力。
14.具体地，加载过程变形协调关系式为：
15.主连接端面间隙减小量δx＝x
0-x1；
16.压环压缩增量δy＝y
0-y1；
17.支撑件压缩增量δl
筒
＝l
筒0-l
筒1
；
18.被支撑件拉伸增量δl
轴
＝l
轴1-l
轴0
；
19.装配加载前：
20.x0+l
轴0
＝l
筒0
+y0；
…………………………………………………………
(1)
21.装配加载后：
22.x1+l
轴1
＝l
筒1
+y1；
…………………………………………………………
(2)
23.根据式(1)和式(2)可得：y0＝x0+l
轴0-l
筒0
，y1＝x1+l
轴1-l
筒1
；
24.从而可得压环压缩增量：
25.δy＝y
0-y1＝(x
0-x1)+(l
轴0-l
轴1
)+(l
筒1-l
筒0
)＝δx-δl
轴-δl
筒
；
…
(3)
26.根据式(3)可得：δx＝δy+δl
轴
+δl
筒
；
………………………………
(4)
27.与相关技术相比较，本发明提供的柔性辅助支撑结构的预紧力调节方法具 有如下有益效果：
28.本技术针对预紧力设计要求的最大值与最小值，直接计算在初始垫片厚度 基础上所需调节厚度的最大值与最小值，然后从中选择合适的垫片厚度并计算 相应调节后的预紧力；基于“变形协调关系”的理论基础，提出了通过“一次 加载测试+修正计算”的预紧力调节方法，相比以往凭经验试配可能存在的多次 装配与次数不确定，本方法装配次数少且确定，能够明显提高装配效率。
附图说明
29.图1为柔性辅助支撑结构装配预紧前后状态示意图；其中，a为装配预紧开 始状态示意图，b为装配预紧结束状态示意图；
30.图2为压环结构示意图；其中，a为左视图，b为剖视图；
31.图3为柔性辅助支撑结构装配预紧过程示意图；其中，a为装配预紧前示意 图，b为装配预紧后示意图；
32.图中：1-支撑件；2-被支撑件；3-压环；4-调节垫片。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
34.请结合参阅图1-图3，在本实施例中，示出了一种柔性辅助支撑结构的预 紧力调节方法，预紧力调节方法理论性强、操作简单实用，能明显提高预紧力 调控精度与整体装配效率，适用于需要精确控制柔性辅助支撑结构轴向预紧力， 以及需要快速高效完成装配的刚性主连接加柔性辅助支撑结构。
35.柔性辅助支撑结构主要由压环3、调节垫片4组成，与刚性主连接件、支撑 件1、被支撑件2共同构成刚性主连接加柔性辅助支撑的支承方式，其原理与装 配预紧前后状态如图1所示，压环3结构示意如图2所示。
36.柔性辅助支撑结构的装配预紧过程及其各结构参数如图3所示。装配预紧 过程中，支撑件1的主连接框与辅助支撑框之间部位受压，被支撑件2主连接 与辅助支撑之间部位受拉，压环3轴向受压、径向膨胀产生支撑作用。支撑件1 与被支撑件2主连接端面间隙减小量δx(可与调节垫片4厚度增量等效)、压 环3压缩增量δy、支撑件1压缩增量δl
筒
、被支撑件2拉伸增量δl
轴
之间的 关系推导如下：
37.主连接端面间隙减小量δx＝x
0-x1；
38.压环3压缩增量δy＝y
0-y1；
39.支撑件1压缩增量δl
筒
＝l
筒0-l
筒1
；
40.被支撑件2拉伸增量δl
轴
＝l
轴1-l
轴0
；
41.装配加载前：
42.x0+l
轴0
＝l
筒0
+y0；
…………………………………………………………
(1)
43.装配加载后：
44.x1+l
轴1
＝l
筒1
+y1；
…………………………………………………………
(2)
45.根据式(1)和式(2)可得：y0＝x0+l
轴0-l
筒0
，y1＝x1+l
轴1-l
筒1
；
46.从而可得压环3压缩增量：
47.δy＝y
0-y1＝(x
0-x1)+(l
轴0-l
轴1
)+(l
筒1-l
筒0
)＝δx-δl
轴-δl
筒
；
……
48.(3)
49.根据式(3)可得：δx＝δy+δl
轴
+δl
筒
；
………………………………
(4)
50.式(4)为压环3装配预紧过程中主连接端面间隙与压环3、支撑件1、被 支撑件2轴向变形的协调关系，简称“变形协调关系”。该关系的物理意义：在 压环3装配预紧过程中，支撑件1与被支撑件2主连接端面间隙减小量等于压 环3压缩增量、支撑件1压缩增量、被支撑件2拉伸增量三者之和。
51.本方法包括以下步骤：
52.s1、选择厚度系列范围内任意规格的调节垫片4，厚度为t0；
53.s2、通过一次试装与相应预紧力测试，获取该调节垫片4对应的预紧力f0， 以及厚度适宜性结论；
54.s3、判断f0是否满足要求；如f
min
≤f0≤f
max
，则f0满足要求，可结束预紧力 调节操作，步骤s1中选用的调节垫片4厚度即为满足需求的；如f0不属于f
min
≤f0≤f
max
区间，则f0不满足要求，需按步骤s4进行调节垫片4厚度的修正；
55.s4、垫片厚度修正量计算：当f0＜f
min
时，垫片厚度增加量的最小与最大值 分别为当f0＞f
max
时，垫片厚度减小量的最小与最大值分别为片厚度减小量的最小与最大值分别为
56.垫片厚度修正规格选取：当f0＜f
min
时，修正后的垫片厚度在(t0+δt
min
，t0+ δt
max
)中选相应规格；当f0＞f
max
时，修正后的垫片厚度在(t
0-δt
max
，t
0-δt
min
) 中选相应规格；
57.其中，初始垫片厚度t0，对应初始预紧力f0，压环3预紧力控制上、下限 分别为f
max
、f
min
，支撑件1压缩刚度k
筒
，被支撑件2拉伸刚度k
轴
。当f0＜f
min
时，分别用k1、k2表达压缩环在(f0，f
min
)、(f0，f
max
)的区间压缩平均刚度；当 f0＞f
max
时，分别用k1、k2表达压缩环在(f
min
，f0)、(f
max
，f0)的区间压缩平均 刚度；其中，k1、k2用压环3的压缩特性实测数据计算得到；k
筒
、k
轴
按线性考 虑，用相应轴向加载变形测试数据计算获得；
58.s5、根据加载过程变形协调关系式，以及压环3的区间刚度k
压
、支撑件1 的压缩刚度k
筒
、被支撑件2的拉伸刚度k
轴
，按δy＝δt/(1+k
压
/k
筒
+k
压
/k
轴
)计 算压环3压缩或放松量，其中δt为步骤s4中计算得到的垫片厚度修正量；按 δf＝k
压
×
δy计算压环3压力的修正量；其中，k
压
用压环3的压缩特性实测数 据计算得到；在初始预紧力f0的基础上加上或者减去δf即为修正后的压环3 预紧力。
59.上述预紧力调节方法以公开的专利《柔性辅助支撑结构、预紧力施加装置 及预紧力判读方法》中明确的预紧力施加装置和预紧力判读方法为基础，且同 样需要以下工作基础：一是模拟真实状态下对压缩环进行压缩特性测试，获取 相应压缩刚度数据；二是通过满足精度要求的加载测力装置与间隙测量工具获 取1次加载测试过程的载荷与间隙数据，其中，间隙数据为被支撑件主连接端 面中心点距离支撑件主连接端面的距离。另外，还需通过被支撑件轴向拉伸测 试与支撑件轴向压缩测试分别获取相应的轴向刚度特性(力与轴向变形测试数 据)。
60.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运 用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。