一种含套齿连接的弹支转子模型实验台及测试方法技术

本发明专利技术属于航空发动机低压转子系统振动测试试验技术领域，涉及一种含套齿连接的弹支转子模型实验台及测试方法。实验台包括底座、转子部分、转子驱动部分、联轴器部分、激振部分和数据采集部分，转子部分包括转轴a和转盘a、鼠笼式弹性支撑结构、套齿连接结构、转轴b、转盘b、轴承座和支座；转子驱动部分为电主轴电机；联轴器部分包括左半联轴器和右半联轴器；激振部分为带弹性橡胶冲击垫的激振力锤；数据采集部分包括加速度传感器和电涡流传感器。测试方法：选定研究用的含原型转子系统，通过原型转子系统参数加工模型转子系统，对模型进行静态及动态动力学特性测试，预测转子系统的动力学特性。本发明专利技术降低实验成本，缩短实验周期。

A Model Test Bench and Test Method for Elastic Rotor with Sleeve Teeth Connection

The invention belongs to the technical field of vibration test for Aeroengine low-pressure rotor system, and relates to an elastic-supported rotor model test bench with sleeve teeth connection and a test method. The test bench consists of base, rotor, rotor drive, coupling, excitation and data acquisition. The rotor part includes rotary shaft a and rotary disc a, squirrel cage elastic support structure, sleeve tooth connection structure, rotary shaft b, rotary disc b, bearing seat and support; the rotor drive part is electric spindle motor; the coupling part is electric spindle motor. Including left half coupling and right half coupling; the excitation part is a hammer with elastic rubber impact pad; the data acquisition part includes acceleration sensor and eddy current sensor. Test method: Select the prototype rotor system for research, and test the static and dynamic dynamic characteristics of the model rotor system by processing the parameters of the prototype rotor system, so as to predict the dynamic characteristics of the rotor system. The invention reduces the experimental cost and shortens the experimental period.

【技术实现步骤摘要】
一种含套齿连接的弹支转子模型实验台及测试方法
本专利技术属于航空发动机低压转子系统振动测试试验
，涉及一种含套齿连接的弹支转子模型实验台及测试方法。
技术介绍
航空发动机作为飞机的心脏，而转子系统是其重要组成部分，其性能的好坏直接影响飞机的整体性能。作为航空发动机关键部件之一的低压转子系统，在其实际应用过程中，低压转子系统的振动及振动疲劳损伤故障，一直都是航空发动机所面临的严重问题，而超过60％的故障是由转子不对中引起的。对于实际系统，使转子发生故障的原因有很多，其中联轴器不对中和故障时导致转子系统发生故障最常见的原因之一。现阶段，转子系统振动测试实验装置大多不考虑套齿联轴器对转子系统的影响，且为静态振动测试，测试频率低，转子系统尺寸空间受限，测试内容单一，并且对转子系统动态振动测试的实验台还不够完善。随着对航空发动机性能越来越高的要求，大型航空发动机的研发也逐渐成为热点，对于尺寸较大的转子系统，不仅尺寸大，固有频率高，在设计研究过程中对其直接进行实验，成本高且实验周期大大延长。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种含套齿连接的弹支转子模型实验台及测试方法，本专利技术不但能够满足含套齿连接的低压航空转子的静态振动测试，还可满足低压航空转子的动态振动测试，在结合动力学相似理论后，对动力学相似模型转子系统进行测试，来预测原型转子系统的振动特性和故障特性，降低了实验成本，缩短了实验周期。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含套齿连接的弹支转子模型实验台，包括底座1、转子部分、转子驱动部分、联轴器部分、激振部分和数据采集部分；所述的底座1上设有T型槽，电机座2、支座13及传感器固定架17均通过螺栓a14固定在底座1的T型槽内；所述的转子部分，包括转轴a6和转盘a7、鼠笼式弹性支撑结构8、套齿连接结构10、转轴b11、转盘b12、轴承座5和支座13；所述的转轴a6，通过鼠笼式弹性支撑结构8安装在轴承座5上；所述的转盘a7，通过胀紧套b18固定在转轴a6上，转盘a7位于转轴a6的除轴端外的位置；所述的转轴b11，通过鼠笼式弹性支撑结构8安装在轴承座5上；所述的转盘b12，通过胀紧套a15固定在转轴b11上，转盘b12位于转轴b11的除轴端外位置；所述的转轴a6的右端和转轴b11的左端通过套齿连接结构10相固接，并通过销钉9对套齿连接结构10进行轴向定位；所述的套齿连接结构10外部安装有鼠笼式弹性支撑结构8，鼠笼式弹性支撑结构8固定在轴承座5上；所述的轴承座5安装在支座13上，支座13固定在底座1上；所述的转子驱动部分，为电主轴电机3，电主轴电机3的动力输出端通过左半联轴器4和右半联轴器20与转轴a6的左端相固接；所述的电主轴电机3安装在电机座2上，电机座2固定在底座1上；所述的联轴器部分，包括左半联轴器4、右半联轴器20、螺栓b19和胀紧套c21；所述的左半联轴器4和右半联轴器20在法兰盘上具有均布螺纹孔，通过拧紧贯穿螺纹孔的螺栓19，使联轴器抱紧所连接的轴，左半联轴器4与电主轴电机3的动力输出端相连，右半联轴器20与转轴a6的左端相连，并通过胀紧套c21进行紧固；所述的数据采集部分，包括数据采集系统、六个加速度传感器和六个电涡流传感器16；所述的加速度传感器通过磁铁等间距吸在转轴a6和转轴b11的下表面，加速度传感器与数据采集系统采集口相连接；所述的电涡流传感器16安装在传感器固定架17上；传感器固定架17由两根横梁和一根竖梁组成，两根横梁分别固定在竖梁的顶部和底部，竖梁的上部安装有一个电涡流传感器16，竖梁的中部安装有一个垂直的中间板，中间板上安装有一个电涡流传感器16，使得竖梁上的两个电涡流传感器16垂直布置；顶部横梁上安装有一个电涡流传感器16；两个传感器固定架17通过底部横梁固定在底座1上并分别靠近转盘a7和转盘b12；所述的激振部分，包括带弹性橡胶冲击垫的激振力锤，激振力锤的一端和数据采集系统采集口相连接。一种含套齿连接的弹支转子模型实验台的测试方法，包括以下步骤：步骤一：选定研究用的原型转子系统，同时记录原型转子系统的相关参数；步骤二：根据动力学相似原理，通过原型转子系统的相关参数，确定试验模型转子系统的相关参数；具体包括如下步骤：1)：确定转轴的几何尺寸参数将转轴a和转轴b看作一根轴，作为原型转轴，结合原型转轴和实验台几何空间，确定模型转轴与原型转轴各相关参数相似比，模型转轴为阶梯轴，模型转轴几何尺寸参数的相似关系为：λl＝lim/lipλd＝dim/dip其中，λl为转轴长度相似比，lim为模型转轴第i段长度，lip为原型转轴第i段长度，λd为转轴直径相似比，dim为模型转轴第i段直径，dip原型转轴第i段直径。2)：确定转轴的材料参数转轴的材料参数相似关系为：λE＝Em/Epλρ＝ρm/ρpλμ＝μm/μp其中，λE为转轴弹性模量相似比，Em为模型转轴的弹性模量，Ep为原型转轴的弹性模量，λρ为转轴密度相似比，ρm为模型转轴密度，ρp为原型转轴密度，λμ为泊松比相似比，μm为模型转轴泊松比，μp为原型转轴泊松比。3)：确定转盘的材料参数转盘的材料参数相似关系为：λE′＝E′m/E′pλρ′＝ρ′m/ρ′pλμ′＝μ′m/μ′p其中，λE′为转盘弹性模量相似比，E′m为模型转盘的弹性模量，E′p为原型转盘的弹性模量，λρ′为转盘密度相似比，ρ′m为模型转盘密度，ρ′p为原型转盘密度，λμ′为泊松比相似比，μ′m为模型转盘泊松比，μ′p为原型转盘泊松比。4)：确定转盘的几何尺寸参数模型转盘几何尺寸参数的相似关系为：其中，λD为转盘外径相似比，Dm为模型盘的外径，Dp为原型盘的外径，λL为转盘宽度相似比，Lm为模型盘的宽度，Lp为原型盘的宽度，λρ为转轴密度相似比，λρ′为转盘密度相似比，h为原型转盘内径和外径的比值。5)：确定鼠笼式弹性支撑结构的几何尺寸模型鼠笼式弹性支撑结构几何尺寸参数的相似关系：λb＝bm/bpλL＝Lm/Lpλh＝hm/hp其中，λb为鼠笼式弹性支撑结构笼条宽度相似比，bm为模型笼条的宽度，bp为原型笼条的宽度。λL为鼠笼式弹性支撑结构笼条长度相似比，Lm为模型笼条的长度，Lp为原型笼条的长度。λh为鼠笼式弹性支撑结构笼条厚度相似比，hm为模型笼条的厚度，hp为原型笼条的厚度。N为鼠笼式弹性支撑结构笼条数。步骤三：依照步骤二中确定的模型转子系统的相关参数，加工试验模型转子系统；步骤四：对试验模型转子系统进行测试，包括模型转子系统的静态振动测试和模型转子系统的动态振动测试；1)、模型转子系统的静态振动测试在进行静态振动测试前，将六个加速度传感器通过磁铁等间距吸在转轴a、转轴b下方，加速度传感器的另一端和数据采集系统的采集口相连接，此时模型转子系统静态振动测试的准备工作完毕；开始进行模型转子系统的静态振动测试，利用激振力锤在与第二个加速度传感器相反的方向进行敲击，传感器序号为从靠近电主轴电机的一端依次变大，激振力锤将敲击模型转子系统产生的数据，通过数据线传输给计算机，并利用计算机对采集的数据进行处理，最终得到模型转子系统的静态固有频率ωm及振型；2)、模型转子系统的动态振动测试在进行动态振动测试前，将六个电涡流传感器等间距布置在转轴a、转轴b下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含套齿连接的弹支转子模型实验台，其特征在于，所述的试验台包括底座(1)、转子部分、转子驱动部分、联轴器部分、激振部分和数据采集部分；所述的底座(1)上设有T型槽，电机座(2)、支座(13)及传感器固定架(17)均通过螺栓a(14)固定在底座(1)的T型槽内；所述的转子部分，包括转轴a(6)和转盘a(7)、鼠笼式弹性支撑结构(8)、套齿连接结构(10)、转轴b(11)、转盘b(12)、轴承座(5)和支座(13)；所述的转轴a(6)，通过鼠笼式弹性支撑结构(8)安装在轴承座(5)上；所述的转盘a(7)，通过胀紧套b(18)固定在转轴a(6)上，转盘a(7)位于转轴a(6)的除轴端外的位置；所述的转轴b(11)，通过鼠笼式弹性支撑结构(8)安装在轴承座(5)上；所述的转盘b(12)，通过胀紧套a(15)固定在转轴b(11)上，转盘b(12)位于转轴b(11)的除轴端外位置；所述的转轴a(6)的右端和转轴b(11)的左端通过套齿连接结构(10)相固接，并通过销钉(9)对套齿连接结构(10)进行轴向定位；所述的套齿连接结构(10)外部安装有鼠笼式弹性支撑结构(8)，鼠笼式弹性支撑结构(8)固定在轴承座(5)上；所述的轴承座(5)安装在支座(13)上，支座(13)固定在底座(1)上；所述的转子驱动部分，为电主轴电机(3)，电主轴电机(3)的动力输出端通过左半联轴器(4)和右半联轴器(20)与转轴a(6)的左端相固接；所述的电主轴电机(3)安装在电机座(2)上，电机座(2)固定在底座(1)上；所述的联轴器部分，包括左半联轴器(4)、右半联轴器(20)、螺栓b(19)和胀紧套c(21)；所述的左半联轴器(4)和右半联轴器(20)在法兰盘上具有均布螺纹孔，通过拧紧贯穿螺纹孔的螺栓(19)，使联轴器抱紧所连接的轴，左半联轴器(4)与电主轴电机(3)的动力输出端相连，右半联轴器(20)与转轴a(6)的左端相连，并通过胀紧套c(21)进行紧固；所述的数据采集部分，包括数据采集系统、六个加速度传感器和六个电涡流传感器(16)；所述的加速度传感器通过磁铁等间距吸在转轴a(6)和转轴b(11)的下表面，加速度传感器与数据采集系统采集口相连接；所述的电涡流传感器(16)安装在传感器固定架(17)上；传感器固定架(17)由两根横梁和一根竖梁组成，两根横梁分别固定在竖梁的顶部和底部，竖梁的上部安装有一个电涡流传感器(16)，竖梁的中部安装有一个垂直的中间板，中间板上安装有一个电涡流传感器(16)，使得竖梁上的两个电涡流传感器(16)垂直布置；顶部横梁上安装有一个电涡流传感器(16)；两个传感器固定架(17)通过底部横梁固定在底座(1)上并分别靠近转盘a(7)和转盘b(12)；所述的激振部分，包括带弹性橡胶冲击垫的激振力锤，激振力锤的一端和数据采集系统采集口相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种含套齿连接的弹支转子模型实验台，其特征在于，所述的试验台包括底座(1)、转子部分、转子驱动部分、联轴器部分、激振部分和数据采集部分；所述的底座(1)上设有T型槽，电机座(2)、支座(13)及传感器固定架(17)均通过螺栓a(14)固定在底座(1)的T型槽内；所述的转子部分，包括转轴a(6)和转盘a(7)、鼠笼式弹性支撑结构(8)、套齿连接结构(10)、转轴b(11)、转盘b(12)、轴承座(5)和支座(13)；所述的转轴a(6)，通过鼠笼式弹性支撑结构(8)安装在轴承座(5)上；所述的转盘a(7)，通过胀紧套b(18)固定在转轴a(6)上，转盘a(7)位于转轴a(6)的除轴端外的位置；所述的转轴b(11)，通过鼠笼式弹性支撑结构(8)安装在轴承座(5)上；所述的转盘b(12)，通过胀紧套a(15)固定在转轴b(11)上，转盘b(12)位于转轴b(11)的除轴端外位置；所述的转轴a(6)的右端和转轴b(11)的左端通过套齿连接结构(10)相固接，并通过销钉(9)对套齿连接结构(10)进行轴向定位；所述的套齿连接结构(10)外部安装有鼠笼式弹性支撑结构(8)，鼠笼式弹性支撑结构(8)固定在轴承座(5)上；所述的轴承座(5)安装在支座(13)上，支座(13)固定在底座(1)上；所述的转子驱动部分，为电主轴电机(3)，电主轴电机(3)的动力输出端通过左半联轴器(4)和右半联轴器(20)与转轴a(6)的左端相固接；所述的电主轴电机(3)安装在电机座(2)上，电机座(2)固定在底座(1)上；所述的联轴器部分，包括左半联轴器(4)、右半联轴器(20)、螺栓b(19)和胀紧套c(21)；所述的左半联轴器(4)和右半联轴器(20)在法兰盘上具有均布螺纹孔，通过拧紧贯穿螺纹孔的螺栓(19)，使联轴器抱紧所连接的轴，左半联轴器(4)与电主轴电机(3)的动力输出端相连，右半联轴器(20)与转轴a(6)的左端相连，并通过胀紧套c(21)进行紧固；所述的数据采集部分，包括数据采集系统、六个加速度传感器和六个电涡流传感器(16)；所述的加速度传感器通过磁铁等间距吸在转轴a(6)和转轴b(11)的下表面，加速度传感器与数据采集系统采集口相连接；所述的电涡流传感器(16)安装在传感器固定架(17)上；传感器固定架(17)由两根横梁和一根竖梁组成，两根横梁分别固定在竖梁的顶部和底部，竖梁的上部安装有一个电涡流传感器(16)，竖梁的中部安装有一个垂直的中间板，中间板上安装有一个电涡流传感器(16)，使得竖梁上的两个电涡流传感器(16)垂直布置；顶部横梁上安装有一个电涡流传感器(16)；两个传感器固定架(17)通过底部横梁固定在底座(1)上并分别靠近转盘a(7)和转盘b(12)；所述的激振部分，包括带弹性橡胶冲击垫的激振力锤，激振力锤的一端和数据采集系统采集口相连接。2.采用权利要求1所述的一种含套齿连接的弹支转子模型实验台的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选定研究用的原型转子系统，同时记录原型转子系统的相关参数；步骤二：根据动力学相似原理，通过原型转子系统的相关参数，确定试验模型转子系统的相关参数；具体包括如下步骤：1)：确定转轴的几何尺寸参数将转轴a和转轴b看作一根轴，作为原型转轴，结合原型转轴和实验台几何空间，确定模型转轴与原型转轴各相关参数相似比，模型转轴为阶梯轴，模型转轴几何尺寸参数的相似关系为：λl＝lim/lipλd＝dim/dip其中，λl为转轴长度相似比，lim为模型转轴第i段长度，lip为原型转轴第i段长度，λd为转轴直径相似比，dim为模型转轴第i段直径，dip原型转轴第...

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