考虑端齿连接的转子-滚动轴承系统非线性振动特性研究

为了研究滚动轴承支撑下端齿连接转子系统的接触效应,采用三维有限元与解析法相结合推导了端齿连接刚度矩阵,建立了端齿连接转子-滚动轴承系统动力学模型,并通过Ansys验证了模型的有效性。通过与连续转子对比发现,端齿结构使转子一阶临界转速降低了5%,振幅增大了3%,非线性分岔趋势与连续转子大致相同。然而,端齿接触特性使转子明显地提早进入和离开拟周期运动,在分析含端齿结构的转子振动特性时应考虑接触效应。在转速超过15900 r/min时,转子系统做稳定的单周期运动,运行平稳,可作为工作转速合理设计阈值。研究可为含端齿结构转子系统非线性振动特性预测和工作转速设计提供分析方法和设计思路。

两段预紧的端齿连接转子轴向预紧力的确定

现代涡桨、涡轴发动机多采用前、后两段分别轴向预紧的端齿连接转子，确定其预紧力的大小是一个极为重要而又非常困难的问题。在已知转子工作时各种载荷引起的轴向松弛力和压紧力的前提下，本文作者曾提出过一个综合考虑紧度裕度、强度裕度、装配关系等多因素的轴向预紧力确定准则。通过对中心拉杆中间凸肩与其接触零件在工作中是否出现分离现象的进一步研究，本文对原先提出的准则作了必要的补充，并对相应的预紧力计算方法进行必要的修改，以满足准则中的新要求。

端齿连接转子轴向松弛力（压紧力）计算

将端齿连接转子的零部件简化归并为４类结构，利用弹性力学、壳体理论、有限元素法及多变量函数插值技术等手段，导出各类结构轴向柔度系数的工程计算表达式，并给出离心力、气动力、热载荷及机动载荷等在各端齿接触面处引起的轴向松弛力或压紧力的计算公式。还介绍了根据本文提出的方法及公式开发的计算机程序。

双排圆弧端齿连接结构对转子动力特性的影响

为了准确研究航空发动机双排圆弧端齿连接结构的局部刚度非线性特征对转子动力特性的影响,建立了考虑端齿齿面接触状态的双排圆弧端齿扇区模型,首次得到了双排圆弧端齿的弯曲刚度分布特性;并将双排圆弧端齿连接结构的局部刚度非线性特征引入转子系统动力学方程中,得到了双排圆弧端齿连接结构对典型航空发动机高压转子系统动力特性的影响。研究结果表明:双排圆弧端齿连接结构弯曲刚度随弯矩的增大而减小,呈现明显的软特性;端齿的局部刚度非线性使转子系统的弯曲临界转速降低约1%,对刚体振型的影响小于0.1%。因此在工程实践中,对于工作转速高于弯曲临界转速的转子系统,应当考虑双排圆弧端齿连接结构的影响。

端齿连接及变轴力的影响

针对端齿连接及变轴力这二大特点，本文就轴向预紧端齿连接转子的强度及动力特性以及相应分析方法进行讨论。首先说明端齿连接及变轴力对于转子强度及动力特性的影响，然后从相应分析方法及分析内容两个方面，针对以往工作的不足作出必要的补充。

考虑接触效应的端齿连接转子动力学特性研究

针对有限元分析软件无法处理模态分析中弹塑性单元等非线性特征的问题,利用静态有限元分析方法得出了考虑表面接触的端齿结构刚度随预紧力变化规律,提出了可以表征接触效应影响下端齿连接结构刚度的等效方法。建立了考虑接触的端齿连接转子等效模型,对不同预紧力作用条件下的转子进行了模态分析,得出了预紧力对转子各阶模态及临界转速的影响规律。结果表明:等效方法可以在模态分析中正确反映接触效应对转子刚度的影响,精度满足工程应用要求。

转子分区循环对称接触应力分析

通过光弹实验表明了端齿连接转子受力的分区循环对称性。针对这一特性建立了各循环对称分区的循环对称接触有限元应力分析方法,并利用叠加原理将各循环对称分区间过渡区化为几个小规模的循环对称问题。