转子系统套齿结构动力学设计方法研究

对转子系统套齿结构进行了动力学分析,运用接触有限元方法建立了转子系统套齿结构的计算分析模型;研究了定位面间距、定位面配合紧度和接触面积等结构参数以及载荷对套齿结构连接刚度和接触状态的影响规律;在此基础上提出了套齿结构的动力学设计方法,包括连接刚度设计方法和接触状态设计方法;对某型发动机涡轮转子套齿结构进行了计算与分析,验证了所提出的套齿结构动力学设计方法的可行性。

航空发动机套齿结构动态装配关系稳健性优化设计

为了更加合理地优化发动机套齿结构的装配关系,使得动态装配关系在运转状态下对于载荷环境变化具有稳健性,对套齿结构进行了力学特征分析,动态装配关系时变特征的研究。利用Kriging响应面模型建立随机参数与装配特征参数之间的近似模型,进行了概率分析。构建当量装配质量损失模型,采用果蝇优化算法对套齿结构装配特征参数进行了稳健性优化设计。优化后的当量装配质量损失为0.0441,各动态装配特征参数向目标值趋近,并且随外载荷及材料参数的波动减小,降低了对随机变量的敏感度。

基于Kriging响应面模型的航空发动机套齿结构装配稳健性优化设计

对发动机套齿结构装配结构稳健性优化能够有效提高航空稳定性,传统的优化设计对制造工艺、边界条件和材料特点中的不稳定因素有所忽视,从而降低了航空发动机稳健性。目前,稳健性设计越来越备受关注,并且被广泛应用到航空领域中。在航空发动机装配设计中实现稳健性的设计中,使用Kriging响应面模型,将材料的特点作为不确定因素。在稳健性优化之后,对发动机套齿结构装配的稳健性优化前后进行了对比,分析结果表示,此稳健性的设计方法具有较高的精度,通过稳健性优化之后,航空发动机套齿结构装配的稳健性有效提高。

航空发动机套齿结构配合稳健性优化设计

为了更合理地设计套齿结构的配合关系,提高套齿结构配合精度,适应不对中运行工况,降低对加工误差的敏感度,研究了航空发动机套齿结构在倾角不对中的情况下的运动特点以及配合关系,并推导了含有倾角不对中的套齿结构齿侧间隙以及与之相关的套齿特征量的计算公式,对某型航空发动机的压气机轴径套齿结构进行了计算与分析。在此基础上,考虑到参数的随机性,应用果蝇优化算法对套齿结构齿侧间隙进行了稳健性优化设计。结果表明:计算公式中考虑倾角的影响能够有效地避免运动干涉和装配预应力,稳健性优化设计可以有效地避免由于倾角不对中、加工误差等参数随机因素导致齿侧间隙的设计值偏大。证明了所提出的计算和优化方法可以使套齿结构配合关系的设计更加合理,可为套齿结构设计、装配提供参考。

带套齿连接结构的转子系统振动稳定性实验研究

为了研究带套齿连接结构的转子系统振动稳定性,推导了套齿连接结构的内摩擦力表达式,由此求解了转子系统振动失稳的条件。设计并搭建了带柔性和刚性两种不同套齿连接结构的实验转子系统。实验研究了带不同套齿连接结构的转子系统振动的稳定性。实验发现,带柔性套齿连接结构的转子系统易于发生由内、外套齿齿面间内摩擦所引起的振动失稳。失稳的特征是转子振动中出现较突出的次谐波分量,次谐波频率为转子系统的第一阶自振频率。次谐波出现的门槛转速略高于转子系统的第一阶临界转速。不对中度的增大对次谐波具有激励作用,促使转子失稳加剧,锁紧螺母拧紧力矩增大对失稳有抑制作用。带刚性套齿连接结构的转子系统越过了工作转速范围内的第三阶临界转速,未出现失稳现象。在第一阶模态与第二阶模态处分别进行了300s的"共振"实验,实验过程中未出现次谐波振动分量,转子保持稳定。结果表明,带刚性套齿连接结构转子的稳定性高于带柔性套齿连接结构的转子。

航空发动机套齿连接结构刚度特性仿真分析及试验研究

以航空发动机低压转子套齿连接结构为研究对象,分析了套齿连接结构弯曲刚度非线性特征及其产生机理,建立了考虑齿面接触的套齿连接结构实体有限元模型,进行了套齿连接结构静刚度试验,通过仿真和试验研究了套齿连接结构刚度非线性变化规律,讨论了配合间隙、拧紧力矩和扭矩对弯曲刚度的影响规律。研究结果表明,由于定位面的接触状态和受力情况不同,套齿连接结构的弯曲刚度变化主要分为两个阶段,具有分段非线性特征;套齿连接结构弯曲刚度对定位面的配合间隙较为敏感,减小定位面配合间隙可以有效提高结构的弯曲刚度;拧紧力矩对弯曲刚度的影响较小;在小载荷状态下,扭矩对弯曲刚度的影响十分明显。

带套齿联轴器转子稳定性分析

当套齿连接结构出现不对中或啮合不良时,转子存在着失稳振动的风险。针对套齿连接结构的特点,分析了带套齿转子失稳模式。通过对整个迟滞周期积分,得到了套齿结构内阻尼系数的线性表达式;通过求解动力学微分方程得到了带套齿转子失稳门槛转速,且失稳门槛转速在1阶临界转速以上,解释了带套齿结构的转子失稳机理。采用4阶Runge-Kutta法仿真得到了带套齿转子发生内摩擦失稳的振动特征,探讨了套齿长度、不对中度、外阻尼以及摩擦系数等因素对失稳门槛转速影响规律。结果表明:套齿长度和不对中度的增大都会加剧转子系统失稳,而外阻尼、齿面摩擦系数增大可以抑制转子系统失稳。其中,外阻尼对转子稳定性影响最大。外阻尼增加后,失稳门槛转速增加了2000 r/min。