一种止口连接结构转子试验台及测试方法技术

本发明专利技术属于航空发动机转子系统试验技术领域，涉及一种止口连接结构转子试验台及测试方法。该试验台主要由测试传感系统、转子—支承系统和电气控制箱组成；测试传感系统主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架组成；转子—支承系统，主要由底座、左轴承座支架、左轴承座、转轴、左固定盘、左止口盘、右止口盘、右锥形罩、锁紧螺母、右轴承座、右轴承座支架、变频电机、电机座和深沟球轴承组成；电气控制箱与变频电机相连，用于调节转速。本发明专利技术用于研究止口连接结构及其相关参数变化对转子系统固有特性及动力学特性的影响，为航空发动机止口连接结构设计提供了试验测试依据。

A Rotor Test Bench with Stop Connection Structure and Its Testing Method

The invention belongs to the field of aeroengine rotor system test technology, and relates to a rotor test bench with a stop connection structure and a test method. The test bench is mainly composed of test sensing system, rotor-support system and electrical control box; the test sensing system is mainly composed of vibration testing software, acquisition card chassis, acquisition card, data acquisition system, LMS testing equipment, modal force hammer and sensor fixture; the rotor-support system is mainly composed of base, left axis. The bearing bracket, the left bearing seat, the rotating shaft, the left fixed disc, the left stop disc, the right stop disc, the right taper cover, the locking nut, the right bearing seat, the right bearing bracket, the frequency conversion motor, the motor seat and the deep groove ball bearing are composed; the electric control box is connected with the frequency conversion motor for regulating the speed. The invention is used to study the influence of the change of the stop connection structure and related parameters on the inherent characteristics and dynamic characteristics of the rotor system, and provides an experimental basis for the design of the stop connection structure of an aeroengine.

【技术实现步骤摘要】
一种止口连接结构转子试验台及测试方法
本专利技术涉及航空发动机转子系统试验领域，涉及一种止口连接结构转子试验台及测试方法。
技术介绍
航空发动机是由若干部件通过连接结构组成的一个整体，连接结构的存在会降低航空发动机转子系统的局部刚度，从而改变转子系统的振动特性。如果连接结构设计不合理，在航空发动机工作过程中就极有可能导致连接失效，进而引发更加严重的事故。同时在转子高速旋转的过程中，连接刚度也会随着载荷和工况的变化而发生改变，从而使转子系统的动力学行为变得更加复杂。因此，研究连接结构对转子系统振动特性的影响就成为了航空发动机设计制造领域的一个重要研究方向。现阶段，对于航空发动机连接结构的研究大多集中在螺栓连接等传统领域，对止口连接结构的研究并不多见。螺栓连接等传统连接方式需要额外的连接件，这将使发动机的总体质量增加，并且这些连接件常常会带来不平衡质量，这对于航空发动机这样在高转速下工作的旋转机械来说是极其不利的。此外，螺栓连接中的长拉杆和短螺栓在发动机高速运转时会产生较大的离心力，并且需要在连接位置处打孔，从而影响转子的结构强度，这些弊端在一定程度上限制了航空发动机性能的提升。近些年来，随着航空发动机向着高转速、轻质量、大推重比的方向发展，采用止口连接结构的无螺栓压气机因其结构简单、质量轻、轮盘强度高等优点在国外航空发动机上开始逐渐被使用。止口连接结构是通过内外止口的圆柱面过盈配合实现定心，通过设置中心拉杆实现轴向拉紧，端面在轴向压紧力的作用下通过摩擦传扭。止口连接结构加工装配简单，具有较好的定心传扭功能，很好地弥补了传统连接方式存在的不足。通过对止口连接结构的理论研究，发现影响其连接能力的因素主要有：内外止口配合面尺寸、轮盘上止口结构径向位置、接触表面的粗糙度和轴向压紧力等参数，为了进一步实现理论与试验的对比，推动止口连接结构研究的深入，需要设计一套试验装置，用于研究止口连接结构不同参数对转子系统振动特性的影响，以更好地指导航空发动机结构设计。
技术实现思路
在航空发动机连接结构研究领域，针对缺少考虑止口连接结构的航空发动机转子试验台的现状，本专利技术提供一种带有止口连接结构可用于研究其参数变化对转子系统振动特性影响的试验装置及其测试方法。本专利技术的技术方案：一种止口连接结构转子试验台，主要由测试传感系统、转子—支承系统和电气控制箱组成；所述的测试传感系统，主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架组成，用于激励转子并采集振动信号；所述的采集卡机箱，用于振动测试软件与采集卡之间的连接；所述的采集卡用于测试位移信号和加速度信号；所述的模态力锤带有弹性橡胶冲击垫，模态力锤与数据采集系统的采集口相连接；所述的数据采集系统，包括多个加速度传感器和多个电涡流传感器，加速度传感器通过磁铁吸在转轴上，电涡流传感器安装在传感器固定架上；所述的LMS测试设备与数据采集系统相连，并对采集的数据进行处理；所述的传感器固定架为П型结构支架，传感器固定架的顶部横梁和两侧支柱上部设有安装孔，用于固定电涡流传感器；传感器固定架共三个，安装在转子—支承系统的底座上，使转轴位于传感器固定架中间空隙，其中一个传感器固定架上的电涡流传感器与转子相接触；另外两个传感器固定架位于转子的两侧，分别靠近左轴承座支架和右轴承座支架，电涡流传感器与转轴相接触；所述的转子—支承系统，主要由底座、左轴承座支架、左轴承座、转轴、左固定盘、左止口盘、右止口盘、右锥形罩、锁紧螺母、右轴承座、右轴承座支架、变频电机、电机座和深沟球轴承组成；所述底座上设有多个T型槽，电机座、左轴承座支架、右轴承座支架及传感器固定架均通过T型槽安装在底座上；所述的左轴承座支架和右轴承座支架安装在底座两端，用于安装左轴承座和右轴承座；所述的左轴承座和右轴承座，分别安装在左轴承座支架和右轴承座支架上，左轴承座和右轴承座上设有通孔；所述的转轴的两端分别穿过左轴承座和右轴承座的通孔，并通过与深沟球轴承的配合，使得转轴在左轴承座和右轴承座之间转动；所述的左固定盘通过胀紧套和螺栓法兰配合左端轴肩套装固定在转轴上；所述的左止口盘和右止口盘依次安装于左固定盘右侧，最后安装右锥形罩，四者之间依次通过止口连接结构相连，通过转轴上的螺纹和锁紧螺母配合实现轴向压紧组成转子，并通过套齿结构实现与转轴之间扭矩的传递；所述的电机座安装在底座上，位于右轴承座支架的外侧；所述的变频电机，安装在电机座上，与转轴的右端通过柔性联轴器相连接，防止电动机振动对转子系统产生的影响；所述的电气控制箱C，与变频电机相连，用于调节变频电机的转速。所述的试验测试软件有两个，分别为基于图形化编程语言的LabVIEW自写软件和LMS测试软件；LabVIEW自写软件用于测试各测点振动位移、加速度、应变；LMS测试软件用于测试转子的振型、临界转速和固有频率；所述的采集卡机箱为NIC-DAQ9188采集卡机箱；所述的采集卡为NI9229和NI9234，NI9229用于测试位移信号，NI9234用于测试加速度信号。一种止口连接结构转子试验台的测试方法，包括以下测试：1)、考虑止口连接的转子系统的静态固有特性测试首先将转子系统的轴承支点和连接位置作为测点，在测点布置加速度传感器，将加速度传感器与数据采集系统相连；调试完毕后，使用模态力锤在各测点处相对加速度传感器的相反方向进行敲击，模态力锤和加速度传感器将敲击转子系统产生的数据通过数据线传输给LMS测试设备进行数据处理，获得转子的静态固有频率和相应的振型；2)、考虑止口连接的转子系统的动力学特性测试首先，将转子系统的轴承支点和连接位置作为测点，在测点处布置电涡流位移传感器，并将电涡流位移传感器与转子系统相连；调试完毕后，启动变频电机，改变变频电机转速，电涡流位移传感器将采集到的数据传输给计算机进行处理，最终得到转子系统的轴心轨迹、时域响应、频域响应、分叉图的动力学特性。试验中，通过改变锁紧螺母的拧紧力矩实现对止口连接结构轴向压紧力的控制，通过对比分析得出止口连接结构在不同轴向压紧力条件下对转子系统的静态固有特性和动力学特性的影响。更换不同的止左口盘和止左口盘，分别改变轮盘上止口结构径向位置、接触面积、表面粗糙度参数，研究止口连接结构不同参数对转子系统固有特性和动力学特性的影响。本专利技术的有益效果：本专利技术中含止口结构的轮盘几何尺寸是通过量纲分析方法根据实际航空发动机转子尺寸计算得出，可以较好地反映实际含止口的轮盘连接结构的振动特性。与现有技术相比，本专利技术不但能够对考虑止口连接的转子系统进行静态测试，而且能够进行相应的动态测试，本专利技术中止口连接结构安装拆卸方便，可以通过换装多组结构参数不同的止口连接盘进行对比试验，重点研究止口连接结构及其相关参数变化对转子系统固有特性及动力学特性的影响。改善了目前缺少考虑止口连接结构的转子试验台的现状，为航空发动机止口连接结构设计提供了试验测试依据。附图说明图1为本专利技术考虑止口连接结构的转子系统试验装置的总体结构组成；图2为本专利技术转子—支承系统结构示意图；图3为本专利技术带有止口连接的多盘连接结构示意图；图4为本专利技术传感器固定架结构示意图；图5为本专利技术支承结构示意图。图中：A测试传感系统；B转子—支承系统；C电气控制箱；1底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种止口连接结构转子试验台，其特征在于，所述的止口连接结构转子试验台主要由测试传感系统(A)、转子—支承系统(B)和电气控制箱(C)组成；所述的测试传感系统(A)，主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架(15)组成，用于激励转子并采集振动信号；所述的采集卡机箱，用于振动测试软件与采集卡之间的连接；所述的采集卡用于测试位移信号和加速度信号；所述的模态力锤带有弹性橡胶冲击垫，模态力锤与数据采集系统的采集口相连接；所述的数据采集系统，包括多个加速度传感器和多个电涡流传感器(14)，加速度传感器通过磁铁吸在转轴(4)上，电涡流传感器(14)安装在传感器固定架(15)上；所述的LMS测试设备与数据采集系统相连，并对采集的数据进行处理；所述的传感器固定架(15)为П型结构支架，传感器固定架(15)的顶部横梁和两侧支柱上部设有安装孔，用于固定电涡流传感器(14)；传感器固定架(15)共三个，安装在转子—支承系统(B)的底座(1)上，使转轴4位于传感器固定架15中间空隙，其中一个传感器固定架(15)上的电涡流传感器(14)与转子相接触；另外两个传感器固定架(15)位于转子的两侧，分别靠近左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)，转轴(4)位于传感器固定架(15)中间空隙，电涡流传感器(14)与转轴(4)相接触；所述的转子—支承系统(B)，主要由底座(1)、左轴承座支架(2)、左轴承座(3)、转轴(4)、左固定盘(5)、左止口盘(6)、右止口盘(7)、右锥形罩(8)、锁紧螺母(9)、右轴承座(10)、右轴承座支架(11)、变频电机(12)、电机座(13)和深沟球轴承(16)组成；所述底座(1)上设有多个T型槽，电机座(13)、左轴承座支架(2)、右轴承座支架(11)及传感器固定架(15)均通过T型槽安装在底座(1)上；所述的左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)固定安装在底座(1)两端，用于安装左轴承座3和右轴承座10；所述的左轴承座(3)和右轴承座(10)分别安装在左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)上，左轴承座(3)和右轴承座(10)上设有通孔；所述的转轴(4)的两端分别穿过左轴承座(3)和右轴承座(10)通孔，并通过与深沟球轴承(16)的配合，使得转轴(4)在左轴承座(3)和右轴承座(10)之间转动；所述的左固定盘(5)通过胀紧套和螺栓法兰配合左端轴肩套装固定在转轴(4)上；所述的左止口盘(6)和右止口盘(7)依次安装于左固定盘(5)右侧，最后安装右锥形罩(8)，四者之间依次通过止口连接结构相连，通过转轴(4)上的螺纹和锁紧螺母(9)配合实现轴向压紧组成转子，并通过套齿结构实现与转轴(4)之间扭矩的传递；所述的电机座(13)安装在底座(1)上，位于右轴承座支架(11)的外侧；所述的变频电机(12)安装在电机座(13)上，与转轴(4)的右端通过柔性联轴器相连接，防止电动机振动对转子系统产生的影响；所述的电气控制箱(C)，与变频电机(12)相连，用于调节变频电机(12)的转速。...

【技术特征摘要】
1.一种止口连接结构转子试验台，其特征在于，所述的止口连接结构转子试验台主要由测试传感系统(A)、转子—支承系统(B)和电气控制箱(C)组成；所述的测试传感系统(A)，主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架(15)组成，用于激励转子并采集振动信号；所述的采集卡机箱，用于振动测试软件与采集卡之间的连接；所述的采集卡用于测试位移信号和加速度信号；所述的模态力锤带有弹性橡胶冲击垫，模态力锤与数据采集系统的采集口相连接；所述的数据采集系统，包括多个加速度传感器和多个电涡流传感器(14)，加速度传感器通过磁铁吸在转轴(4)上，电涡流传感器(14)安装在传感器固定架(15)上；所述的LMS测试设备与数据采集系统相连，并对采集的数据进行处理；所述的传感器固定架(15)为П型结构支架，传感器固定架(15)的顶部横梁和两侧支柱上部设有安装孔，用于固定电涡流传感器(14)；传感器固定架(15)共三个，安装在转子—支承系统(B)的底座(1)上，使转轴4位于传感器固定架15中间空隙，其中一个传感器固定架(15)上的电涡流传感器(14)与转子相接触；另外两个传感器固定架(15)位于转子的两侧，分别靠近左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)，转轴(4)位于传感器固定架(15)中间空隙，电涡流传感器(14)与转轴(4)相接触；所述的转子—支承系统(B)，主要由底座(1)、左轴承座支架(2)、左轴承座(3)、转轴(4)、左固定盘(5)、左止口盘(6)、右止口盘(7)、右锥形罩(8)、锁紧螺母(9)、右轴承座(10)、右轴承座支架(11)、变频电机(12)、电机座(13)和深沟球轴承(16)组成；所述底座(1)上设有多个T型槽，电机座(13)、左轴承座支架(2)、右轴承座支架(11)及传感器固定架(15)均通过T型槽安装在底座(1)上；所述的左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)固定安装在底座(1)两端，用于安装左轴承座3和右轴承座10；所述的左轴承座(3)和右轴承座(10)分别安装在左轴承座支架(2)和右轴承座支架(11)上，左轴承座(3)和右轴承座(10)上设有通孔；所述的转轴(4)的两端分别穿过左轴承座(3)和右轴承座(10)通孔，并通过与深沟球轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，罗忠，王菲，于清文，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21