The stiffness optimization design method of steel ring elastic support structure is proposed. The stiffness of steel ring is designed by combining simulation with theory. A stiffness element method is proposed to calculate the stiffness of steel ring accurately and conveniently. The steel ring is considered as a combination of several elastic elements. Each elastic element consists of an inner convex platform and two adjacent half outer convex platforms. If the stiffness of the whole steel ring is regarded as K and the stiffness of each elastic element as K, the supporting stiffness of the steel ring to the shaft can be regarded as the independent support of the total spring (stiffness is K) to the shaft or as the combined support of a group of springs (stiffness is k) to the shaft. Then the relationship between the overall stiffness and the stiffness of the element is deduced by writing the balance equation with equal energy, and finally obtained by finite element simulation. The stiffness of the elastic element is obtained, and then the overall stiffness of the steel ring is obtained. The method is simple to implement and the calculation results are reliable. It can well meet the design requirements of aeroengine rotor elastic support structure.
【技术实现步骤摘要】
一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法
本专利技术涉及航空发动机支承结构
,特别是一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法。
技术介绍
现代航空发动机的工作转速一般高于其临界转速,常常工作在第二、三阶临界转速之间,而当转子在临界转速或其附近转速工作时,会产生剧烈振动,严重影响航空发动机的正常工作,因此必须采取相应的措施对转子临界转速加以控制,使其尽量远离航空发动机的工作转速区间。但是在航空发动机总体设计方案确定的前提下,通过改变转子轴的直径或支承位置来改变临界转速往往比较困难,于是改变弹性支承结构的刚度就成为控制转子系统临界转速最为方便有效的方法。目前弹性支承结构主要有笼条式弹性支承结构和钢环式弹性支承结构两种形式,钢环式弹性支承结构相比笼条式弹性支承结构优点在于结构简单,占用空间小,重量轻,可以在较小的轮廓尺寸条件下得到所要求的支承刚度。钢环安装结构如图1所示,钢环2上有径向均匀交错的内外凸台,内凸台承受轴承外环的压力而外凸台将此压力传递给刚性机匣1。使用时,在轴承3外环上套有止动衬圈4,其端面的凸台插入机匣内,这个衬套主要用于防止钢环在摩擦力矩作用下相对机匣或轴承外环转动。目前钢环式弹性支承结构已得到广泛应用,但由于现有理论公式计算得到的钢环刚度准确性较差,而利用有限元软件精细化建模仿真钢环刚度的方法效率低下且过程繁琐,所以目前钢环的刚度设计还没有一个方便且准确的方法。
技术实现思路
在航空发动机弹性支承结构设计领域,为解决现有钢环式弹支结构设计方法的不足,本专利技术提出一种将理论公式与有限元仿真相结合的设计方法,以保证钢环设计的效率和准确性。首先根据 ...
【技术保护点】
1.一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,确定初选参数;对于不考虑油膜力的钢环设计,钢环径向刚度由以下公式获得:
【技术特征摘要】
1.一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,确定初选参数;对于不考虑油膜力的钢环设计,钢环径向刚度由以下公式获得:其中Dm=(D1+D2)/2(6)H=Δ+s(7)式中,m为凸台数;L为钢环轴向长度;E为弹性模量;s为壁厚;Δ为凸台高度;b1为凸台长度;d为凸台根部倒圆直径;D1、D2分别为内外凸台表面直径;根据实际设计要求以及理论公式(4),初步选取参数;步骤二,刚度单元法确定准确参数;根据设计要求K和整体钢环刚度与弹性单元刚度的关系,得到弹性单元的目标刚度kd,然后利用有限元软件仿真计算弹性单元刚度;对弹性单元内侧中间凸台施加竖直向下的载荷F,同时对弹性单元外侧两凸台进行固定约束,求解得到弹性单元的位移x,依据广义胡克定律式(8)得到弹性单元刚度k;在初选参数的基础上通过优化设计改变钢环结构参数,使得k=kd,此时认为钢环刚度满...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨阳,侯小捷,罗忠,刘佳荣,周逸夫,李雷,
申请(专利权)人:东北大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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