УДК 621.452.3
Ю. М. Т е м и с, Д. А. Я к у ш е в,
Е. А. Т а р а с о в а
ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
ЛОПАТКИ С ДИСКОМ КОМПРЕССОРА
Рассмотрены особенности контактного взаимодействия в замко-
вом соединении типа “ласточкин хвост”. Показано преимущество
конструкции хвостовика со скругленной боковой поверхностью, при
котором достигается перераспределение контактных напряжений
со смещением их максимума к центру поверхности контакта. Рас-
смотрены несколько схем параметризации геометрической формы
соединения, для которых решены задачи минимизации массы при
выполнении прочностных ограничений.
E-mail:
jmt@newmail.ru
,
catherina.tarasova@gmail.com
Ключевые слова
:
замковое соединение “ласточкин хвост”, контактное
взаимодействие, параметризация, оптимальное проектирование.
Одним из наиболее распространенных типов замковых соединений
в авиационном двигателестроении, наряду с елочными замками, явля-
ются замки типа “ласточкин хвост”. Чаще всего они применяются для
соединения лопаток компрессоров ГТД с дисками. Такое соединение,
являясь одним из наиболее нагруженных и ответственных, при ра-
циональном проектировании обеспечивает простую и надежную кон-
струкцию [1, 2]. Однако в зоне контактного взаимодействия между
хвостовиком лопатки и замковым выступом диска при высоком уров-
не контактных напряжений возможно развитие фреттинг-коррозии по
контактным поверхностям, что ведет к усталостному разрушению зам-
кового соединения. Исследование контактных напряжений в зоне кон-
такта и поиск их оптимального распределения представляет значи-
тельный интерес для конструктора. Отметим, что имеет место ана-
логия между распределениями контактных давлений в классических
задачах о вдавливании штампа в упругое полупространство и инте-
ресующими нас распределениями контактных давлений в контакте
хвостовика лопатки с диском.
Классическая конструкция замкового соединения типа “ласточкин
хвост” подразумевает прямолинейность профиля контактных поверх-
ностей как хвостовика лопатки, так и паза замка в диске. Такое кон-
структивное решение соответствует контакту Прандтля, характери-
зующему вдавливание штампа с прямолинейным основанием и не-
скругленными прямыми углами в упругое полупространство. При та-
ком типе взаимодействия распределение контактного давления имеет
вид [3, 4]
p
(
x
)
=
P
cos
πγ
π
(
a
2
−
x
2
)
1
2
a
+
x
a
−
x
γ
,
(1)
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012
197