套齿连接转子简化建模及动力特性分析

在进行转子和整机计算时建立套齿结构接触模型会增加计算量,降低计算效率,直接将套齿结构省略又无法体现其刚度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题,基于航空发动机单圆柱面套齿连接的结构和力学特征,建立了考虑构件间界面接触状态的力学特征分析模型,提出了考虑套齿结构刚度随参数变化的简化建模方法,并与套齿接触模型进行了对比分析。建立了单圆柱面套齿连接结构转子简化模型,开展了相应的转子动力特性试验,对比分析了拧紧力矩对转子模态频率的影响。结果表明:转子简化模型与试验模型最大计算误差小于5%,证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性,可为工程实践中高效开展含套齿结构转子及整机动力学准确计算分析提供方法与参考。

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。

套齿连接结构力学模型及其刚度影响因素

针对航空发动机套齿连接结构,建立考虑齿面啮合和定心面接触影响的刚度解析模型,并分析套齿连接结构等效刚度的关键影响参数及影响规律。研究结果表明:所建立的解析模型可以准确地反映横向载荷等参数对等效刚度的影响,并且与考虑非线性接触的有限元模型相比,显著提高了计算效率。套齿连接结构等效刚度随横向载荷、扭矩、定心面紧度的增大而增大。当定心面紧度在(-0.02~0.02)mm范围内时,套齿连接结构刚度对定心面紧度变化较为敏感。定心面采用过盈配合,可以提高套齿连接结构整体刚度的稳定性,并且减小套齿连接结构的局部刚度损失。

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。