套齿联接转子系统的动力学特性研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ananluo2009
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航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠,是一种复杂的机械装备,由上百万个零部件装配而成。套齿联接结构作为航空发动机联接结构的一种方式,联接风扇轴和涡轮轴进行传动,故其性能好坏定会影响转子系统的振动特性。现今航空发动机为了提高承载能力都向着高推重比和高涵道比方向发展,故对起到联接轴系作用的套齿联接结构的研究愈加受到人们的重视。套齿联接结构的力学特性对航空发动转子系统的振动特性、稳定性和可靠性具有重要影响。本文对套齿联接结构传动部分和定位部分分别展开相关研究,针对套齿联接结构套齿刚度特性、定位面参数和联接结构对转子振动特性的影响展开了相关工作,分析套齿联接结构的故障形式及其影响,论文主要研究内容以下4点:(1)分析套齿联接结构特征,建立套齿啮合模型模拟套齿传扭。推导套齿啮合接触刚度、啮合模型综合刚度和啮合力计算公式。研究啮合模型内外齿套不对中量和传递扭矩大小对径向啮合力的影响,通过分析啮合模型齿数和套齿齿宽对模型径向刚度的影响规律,对套齿结构参数进行设计。(2)基于Herz接触理论和GW模型,推导了圆形平面接触刚度、圆环平面接触刚度和圆形平面受弯横向刚度计算公式。通过数值求解和仿真验证相结合分析定位面参数对联接结构横向刚度影响的规律。借助有限元仿真软件研究定位面参数对联接结构固有频率的影响规律。通过所求联接结构横向刚度和固有频率的变化规律,为轴向定位面粗糙度和径向定位面过盈量设计提供参考。(3)建立含套齿联接结构转子系统,通过数值解析求解套齿联接结构综合刚度对转子系统固有特性及时域响应的影响。将含套齿联接结构转子系统实体模型导入Workbench仿真软件计算联接结构定位面参数对转子横向刚度的影响规律,分析联接结构不对中对转子系统的影响,得到不对中诊断特征,通过与试验测试结果进行对比验证,并利用此模型分析了有无套齿联接结构转子系统的振动特性。(4)研究套齿联接结构的故障形式及其影响。首先以套齿啮合模型为基础,分析模型内外齿套发生平行不对中、角度不对中,各套齿的应变变化情况即应变最大位置应变值变化趋势。紧接着通过含套齿联接结构转子系统轴系应力分布情况,分析套齿齿面可能出现的破坏形式。最后研究联接受弯矩作用,定位面应力分布和接触状况。
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