彈性支承多轉子系統的不對中建模與振動分析

《彈性支承多轉子系統的不對中建模與振動分析》是依託東北大學，由韓清凱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：彈性支承多轉子系統的不對中建模與振動分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：韓清凱
• 依託單位：東北大學

中文摘要

轉子系統的不對中故障在旋轉機械中非常普遍，會引起嚴重的整機振動問題，有關理論研究的針對性和深入度仍有迫切需求。本項目以先進渦扇發動機所特有的帶有彈性支承的、多跨和內外布置的多轉子系統為對象，開展滾動軸承不對中和聯軸器不對中兩類典型不對中問題的機理性研究。.首先，根據具體對象結構形式並結合實驗觀察，對滾動軸承不對中和聯軸器不對中進行成因分析和模式分類；然後，採用一般力學和彈性力學並結合有限元法，建立滾動軸承不對中和聯軸器不對中的數學模型，進行模型驗證、修正和確認；進而分別建立考慮不對中的多轉子系統模型，進行不同不對中模式和結構特徵參數的轉子系統動力學特性、振動行為和振動敏感性的研究；最後，在理論研究的基礎上，提出面向工程套用的不對中容差控制方法。.本項目可為解決航空發動機等旋轉機械的整機振動過大、特別是由於不對中所導致的關鍵件振動敏感、軸承負荷不均衡、軸向振動劇烈等問題奠定基礎。

結題摘要

以先進渦扇發動機轉子系統為代表的帶有彈性支承、內外布置的多轉子系統，其動力學特性具有特殊性，轉子系統不對中問題的理論研究及其工程設計與診斷技術需求十分迫切。 本項目首先對目前旋轉機械轉子動力學領域的不對中建模方法、不對中轉子系統動力學與振動特性的現有研究成果進行了分析與比較，詳細綜述了目前僅有的套齒聯軸器、彈性支承組件的動力學研究成果，明確了現有研究的局限和不足。進而針對先進渦扇發動機轉子系統的具體結構特徵開展動力學建模與不對中模式研究，提出了航發轉子系統兩類不對中問題即聯軸器不對中和支點不對中的五種具體模式及其主要影響因素。創新性地建立了考慮支承結構存在偏置時的角接觸球軸承5自由度剛度變化模型，引入了對中表征的平移量和角度偏轉量，建立了帶有滾動軸承不對中的兩支點轉子系統動力學解析模型，獲得了滾動軸承不對中的激振機理及其附加激勵力表達式，揭示了軸承支點不對中轉子系統振動回響轉頻及其二倍頻成分變化不明顯、軸向振動突出等新規律。 本項目根據低壓轉子套齒聯軸器的套齒嚙合和軸向接觸等典型結構特徵，建立了考慮不對中因素的、包含橫向、彎曲和軸向等5自由度的聯軸器剛度變化模型。創新性地建立了帶有套齒聯軸器不對中的三支點轉子系統的解析模型，獲得了套齒聯軸器不對中對轉子系統的激振機理及其附加激勵力表達式，揭示了聯軸器不對中三支點轉子系統振動回響的特殊規律，其中不對中長軸振動表現出顯著的二倍頻成分和複雜性，且造成了轉子系統強烈的軸向振動。 本項目研製了滾動軸承不對中剛度測試、套齒聯軸器不對中剛度測試等專用裝置。還開展了動力學相似設計原理研究，研製了彈支二支點風扇轉子相似試驗台、帶套齒聯軸器彈支三支點低壓轉子試驗台、帶中介軸承高壓轉子試驗台等多個試驗系統。基於支點不對中、聯軸器不對中的大量模型試驗實測數據，對比分析並確認了不對中參數與裝配工藝參數的關係及其對轉子系統振動的影響規律，獲得了不對中參數與支承和聯接結構容差關係、不對中造成的部件變形等新規律。 本項目獲得的支承和聯軸器結構及其裝配工藝等特徵參數對不對中振動的敏感性影響規律，為工程設計、裝配質量控制、試車測試與分析提供了依據，在中航工業瀋陽發動機設計研究所、黎明發動機製造公司等單位交流並獲得了認可和試用檢驗。另外，本項目研究的理論成果發展了彈性支承多轉子系統及其不對中問題的動力學與振動理論，促進了本學科方向的發展。