(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 202211021968.3 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 张惠斌　邓伟　王明微　李泽雨　 周竞涛　姚露　马鑫　 (74)专利代理 机构 西安匠星互智知识产权代理 有限公司 612 91 专利代理师 陈星 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优 化方法 (57)摘要 本发明提出一种面向低压转子装配的螺栓 拧紧工艺优化方法， 以螺栓预紧力为优化变量， 同轴度与刚度为优化目标， 以实际装配过程中已 经安装好的螺栓的拧紧力矩与预紧力均布限制 为约束条件， 建立同轴度与刚度双目标优化模 型； 利用NSGA ‑Ⅱ算法求解得到后续待安装螺栓 初始预紧力非劣解组， 实现同轴度与刚度的同步 优化。 权利要求书3页 说明书15页 附图4页 CN 115470579 A 2022.12.13 CN 115470579 A 1.所述一种面向低压转子装配的螺 栓拧紧工艺优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 建立面向装配过程的低压转子同轴度预测模型c； 建立低压转子螺栓连接刚度 模型K； 步骤2： 构建同轴度与刚度双目标优化模型： 低压转子装配后同轴度与刚度双目标优化目标函数为： 式中， λ1为同轴度目标的权重参数， λ2为刚度目标的权重参数； c为低压转子装配后的同 轴度； K为低压转子 螺栓连接刚度； L 为螺栓预紧力向量； li为第i个螺 栓的预紧力； 优化变量 为： 螺栓预紧力向量 L； 约束条件为： 式中， cmax为螺栓拧紧后允许的最大同轴度； Kmin为螺栓拧紧后允许的最小刚度； lmax为 单个螺栓最大的预紧力； lmin为单个螺 栓最小的预紧力； 步骤3： 对步骤2建立的双目标优化模型进行求 解， 得到螺栓预紧力最优解。 2.根据权利要求1所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 步骤3中， 采用NSGA ‑II算法对步骤2建立的双目标优化模 型进行求解， 得到螺栓预紧力非劣 解组， 在螺 栓预紧力非劣解组中选择最优解。 3.根据权利要求1或2所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在 于： 步骤2的约束 条件中， 单个螺栓最小预紧力lmin根据力矩扳手的最小精度确定， 最大预紧 力lmax根据钢制连接螺栓预紧力公式F≤(0.6～0.8) ×δs×A确定， 其中δs为屈服极限， A为螺 纹小径横截面积。 4.根据权利要求1所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 步骤1中， 建立所述低压转子同轴度预测模型的过程 为： 步骤1.1： 对低压转子装配过程中， 对特定装配工艺下的多螺栓拧紧过程进行数值模 拟， 通过拟合预紧力变化值建立弹性相互作用模型， 并解算得到当前装配工艺下 的弹性相 互作用矩阵[A]； 步骤1.2： 建立基于GRU网络的低压转子同轴度预测模型， 并对模型进行训练， 得到训练 完成的基于GRU网络的低压转子同轴度预测模型； 其中进行同轴度预测模型训练时的输入包括： 装配过程的时间步Tstep、 该时间步内的转 子装配影响因素 F、 该时间步内的同轴度低压转子 Coa； 所述转子装配影响 因素F包括装配工艺Fgy， 且装配工艺Fgy通过步骤1.1得到的弹性相互 作用矩阵[A]转换为装配过程中的螺 栓预紧力， 并输入同轴度预测模型。 5.根据权利要求4所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 步骤1.1中， 所述弹性相互作用模型为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470579 A 2Prlod＝A(Tlj,Tsx,Tlc,Tqd) 其中Prlod为螺栓组预紧力； A为弹性相互作用矩阵； Tlj为螺栓拧紧力矩； Tsx为螺栓拧紧 顺序； Tbs为螺栓拧紧轮次； Tqd为螺栓拧紧起 点。 6.根据权利要求5所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 步骤1.1中， 根据螺栓拧紧力矩 Tlj、 螺栓拧紧顺序Tsx、 螺栓拧紧轮次Tbs、 螺栓拧紧起点Tqd， 对 该装配工艺下的螺 栓拧紧过程进行仿真， 根据仿真结果， 利用公式 解算得到当前装配工艺下的弹性相互作用矩阵[A]； 其中aij表示弹性相互作用矩阵系 数， fij表示螺栓j拧紧后， 第i个螺栓的剩 余预紧力； Δfj表示第j个螺栓拧紧时预紧力的变 化量。 7.根据权利要求6所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 步骤1.2中， 所述装 配工艺Fgy包括螺栓拧紧力矩、 拧紧顺序、 拧紧轮次、 拧紧起点和盘鼓安装 相位； 其中螺栓拧紧力矩、 拧紧顺序、 拧紧轮次、 拧紧起点通过步骤1得到的弹性相互作用矩 阵[A]转换为装配过程中的螺 栓预紧力， 连同盘鼓安装相位 一并输入同轴度预测模型。 8.根据权利要求7所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 利用螺栓拧紧力矩、 拧紧顺序、 拧紧轮次、 拧紧起点， 根据弹性相互作用公式{F0}+[A]{ΔF} ＝{Ff} 得到每一加载步之后的各个螺栓预紧力； 其中{F0}为每个加载步前螺栓的初始预紧力 (n×1)； [A]为弹性相互作用矩阵(n ×n)； {ΔF}为每个加载步螺栓预紧力增量(n ×1)； {Ff} 为每个加载步后螺栓的剩余预紧力(n ×1)； n为螺栓组中的螺栓数 目； ； 每次拧紧一个螺栓 为一个加载步。 9.根据权利要求4所述一种面向低压转子装配的螺栓拧紧工艺优化方法， 其特征在于： 转子装配过程中的影响因素还包括加工质量Fjg、 材料属性Fd、 装配精度Fjd和环境参数Fhj： 并采用z‑score标准化方法对转子装配过程中的影响因素数据进行标准化处理， 使所有影 响因素数据都处于同一 量级； 所述加工质量Fjg进行向量形式表达式为： Fjg＝(Qpm,Qtd,Qcc,Qzx,Qy,Qcz,Qtz) 式中Qpm为盘鼓上下止口配合平面度； Qtd为盘鼓配合止口处相对于旋转轴跳动度； Qcc为 盘鼓止口配 合处表面粗糙度； Qzx为盘鼓中心轴线直线度； Qy为盘鼓外圆与内 圆圆度； Qcz为盘 鼓端面与轴线位置垂直度； Qtz为盘鼓自身同轴度； 所述材料属性Fd进行向量形式表达式为： Fcl＝(E, τ, ρ, μ ) 式中E为杨氏模量； τ 为泊松比； ρ 为密度； μ为摩擦系数； 所述装配精度Fjd进行向量形式表达式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470579 A 3