一种转子降维简化与不平衡响应验证平台及验证方法技术

本发明专利技术提供了一种转子降维简化与不平衡响应验证平台及验证方法，本申请提出一种基于惯性质量集中等效的原则，将转子叶片、转子盘结构、数量、盘轴相对位置进行相应的集中等效。且为了后续实验的开展，保留能引起不平衡的参数，转子在降维后仍具有同轴度、装配间隙、不平衡量等关键装配工艺参数的可调性。在转子降维后，通过仿真和实验，验证简化前后模型的关键装配工艺参数对应的响应特性，是否具有一致性。简化后模型的振动响应趋势保持不变，但参数的具体数值会发生偏移，通过线性函数对这种偏移进行修正。至此即完成了转子模型降维、验证及修正。证及修正。证及修正。

【技术实现步骤摘要】
一种转子降维简化与不平衡响应验证平台及验证方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，特别地涉及一种转子降维简化与不平衡响应验证平台及验证方法。

技术介绍

[0002]装配是保障发动机振动特性的最终环节，现阶段对振动问题的解决方案大多依赖工人经验，缺乏对振动产生机理的探究。因此需建立发动机转子动平衡实验平台，以弹用涡扇发动机为实验对象，探究发动机关键装配工艺参数对整机振动特性的影响。转子动平衡是一个循序渐进的过程，低转速的动平衡是高转速的基础。虽然，弹用涡扇发动机转子工作转速高达30000rpm，但现有的动平衡大多在3000rpm的转速下进行。改造弹用涡扇发动机转子的驱动方式，以不低于3000rpm的伺服电机为外部动力，通过传动带和皮带轮带动弹用涡扇发动机转子转动，进而开展航空发动机转子的动平衡实验研究。
[0003]开展航空发动机整机动力学系统的研究实验，深入研究发动机高低压转子、压气机、中介轴承等重要结构，开展转子
‑
机匣摩擦、碰撞故障试验。要求实验平台为航空发动机整机提供的动力源安全可靠，数据测量分析系统准确有效，附件齐全，运转平稳，防护安全可靠。
[0004]在发动机转子的振动特性探究实验中，为降低系统的维度，保障变量的可控性和单一性，通常需进行转子降维简化。因研究问题的不同，转子简化的方法各具特色，本专利提出一种基于惯性质量集中等效的原则，将转子叶片、转子盘结构、数量、盘轴相对位置进行相应的集中等效。且为了后续实验的开展，保留能引起不平衡的参数，转子在降维后仍具有同轴度、装配间隙、不平衡量等关键装配工艺参数的可调性。在转子降维后，通过仿真和实验，验证简化前后模型的关键装配工艺参数对应的响应特性，是否具有一致性。简化后模型的振动响应趋势保持不变，但参数的具体数值会发生偏移，通过线性函数对这种偏移进行修正。至此即完成了转子模型降维、验证及修正。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的问题，本申请提出一种转子降维简化与不平衡响应验证平台，包括多个转子降维简化的转动构件，所述多个转动构件之间通过支撑轴传动连接，所述支撑轴通过轴承与轴承支撑座转动连接。
[0006]优选地，所述转动构件包括第一转动构件、第二转动构件、第三转动构件，所述第一转动构件、第二转动构件、第三转动构件之间通过支撑轴传动连接，所述支撑轴通过轴承与轴承支撑座转动连接。
[0007]优选地，所述转动构件是具有集中质量和槽结构的转子盘或具有一定的质量的刚性法兰盘联轴器。
[0008]优选地，所述轴承的数量为四个，靠近第一转动构件的两个轴承为深沟球轴承，远离第一转动构件的两个轴承为滚柱轴承。
[0009]优选地，所述验证平台还包括大功率高速电机、电机驱动器以及运动控制器、发动机支撑平台、数据采集分析系统以及滑油润滑系统；在运动控制器的控制下，电机驱动器驱动大功率高速电机，带动发动机转子系统在滑油润滑系统的润滑作用下转动；数据采集分析系统用于采集、分析振动特性分析的原始数据，从而得出发动机转子动平衡实验结果。
[0010]优选地，发动机支撑平台包括底座、外伸型的轴承支撑座、支撑座底板、支撑座盖、至少两个转子和至少两个轴承；底座位于发动机支撑平台底部；外伸型的轴承支撑座滑动安装于底座的上表面；支撑座底板套设于外伸型的轴承支撑座的外侧，两端能够与底座固定连接；支撑座盖与外伸型的轴承支撑座配合，形成供转子中心轴穿过的腔体；转子通过轴承与外伸型的轴承支撑座转动连接。
[0011]优选地，所述数据采集分析系统包括激光对中仪、振动加速度传感器、电涡流位移传感器、光电转速传感器、集成式采集卡；激光对中仪用于测量装配后的转子同轴度误差；电涡流位移传感器用于测量装配后转子径向、轴向跳动；集成式采集卡，集信号调理、采集、存储、分析于一体，能够获得振动加速度时域图。
[0012]本申请还涉及一种转子降维简化与不平衡响应验证方法，包括以下步骤：
[0013]步骤S1、以转动惯量守恒为原则，对转子降维简化，形成权利要求1所述的转子降维简化与不平衡响应验证平台；
[0014]步骤S2、对降维后的模型进行仿真验证及修正；
[0015]步骤S3、对降维后的模型进行误差补偿。
[0016]优选地，所述步骤S1包括以下步骤：
[0017]步骤S11、将具有叶片和止口结构的转子盘简化为具有集中质量的转盘，且在转盘上增加槽结构；将压气机盘简化为具有一定的质量的刚性法兰盘联轴器；
[0018]步骤S12、将发动机转子中转轴横截面直径变化较小的轴段简化为等截面轴段；
[0019]步骤S13、计算过程先将等截面轴段抽象为无体积轴线，再用质量估算计算出轴的体积，继而求得简化后轴的直径。
[0020]优选地，所述步骤S11包括以下步骤：
[0021]步骤S111、以转动惯量守恒为原则简化具有集中质量的转盘，先将简化前模型沿径向进行切片处理，在每一层内进行单元划分，以网格中心到转轴的距离为惯性r
i
半径，求和每个单元的转动惯量即算出简化前转子每一层的转动惯量；
[0022][0023]简化后转子每一层都简化为薄圆盘，为保证转动惯量守恒，用等转动惯量的盘状微元代替原有结构，每层薄圆盘的半径r
n
符合上述公式的隐式表达；
[0024]步骤S112、对简支的悬臂薄单圆盘转子的瞬态涡动方程进行推导，投影到xoy平面内，圆盘形心在力F
y
作用下产生挠度y
F
和偏角γ
F
，在力矩Mz的作用下产生挠度y
M
和偏角γ
M
，将挠度y
’
和偏角β分别叠加得到下式：
[0025][0026]经推导，将上式转化为力F
y
和力矩M
z
的显式表达，为简化表达式，分别用k11、k12、k21和k22代替z'和β的系数表达式；
[0027][0028]步骤S113、xoz平面内，力F
z
、力矩M
y
、力F
y
、力矩M
z
满足下式：
[0029][0030]当圆盘的自转角为圆盘存在偏心且偏心距为e时，转子形心坐标y
’
,z
’
和质心坐标y
c
,z
c
满足下式：
[0031][0032]根据质心定理和动量矩定理，转子盘在匀加速状态下的瞬态涡动方程如下式：
[0033][0034]转子的瞬态位移量与转盘质量m、转盘的极转动惯量J
d
、转盘的直径转动惯量J
p
有关；通过调整转盘位置和半径来从动力学上代替原有的带叶片复杂多盘转子，将风扇和涡轮部分简化成简支的悬臂单圆盘转子，将压气机简化为两端简支的非对称单盘转子。
[0035]优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子降维简化与不平衡响应验证平台，其特征在于，包括多个转子降维简化的转动构件，所述多个转动构件之间通过支撑轴传动连接，所述支撑轴通过轴承与轴承支撑座转动连接。2.根据权利要求1所述的转子降维简化与不平衡响应验证平台，其特征在于，所述转动构件是具有集中质量和槽结构的转子盘或具有一定的质量的刚性法兰盘联轴器。3.根据权利要求1所述的转子降维简化与不平衡响应验证平台，其特征在于，所述轴承的数量为四个，靠近第一转动构件的两个轴承为深沟球轴承，远离第一转动构件的两个轴承为滚柱轴承。4.一种转子降维简化与不平衡响应验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、以转动惯量守恒为原则，对转子降维简化，形成权利要求1所述的转子降维简化与不平衡响应验证平台；步骤S2、对降维后的模型进行仿真验证及修正；步骤S3、对降维后的模型进行误差补偿。5.根据权利要求4所述的转子降维简化与不平衡响应验证方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11、将具有叶片和止口结构的转子盘简化为具有集中质量的转盘，且在转盘上增加槽结构；将压气机盘简化为具有一定的质量的刚性法兰盘联轴器；步骤S12、将发动机转子中转轴横截面直径变化小的轴段简化为等截面轴段；步骤S13、计算过程先将等截面轴段抽象为无体积轴线，再用质量估算计算出轴的体积，继而求得简化后轴的直径。6.根据权利要求4
‑
5所述的转子降维简化与不平衡响应验证方法，其特征在于，所述步骤S11包括以下步骤：步骤S111、以转动惯量守恒为原则简化具有集中质量的转盘，先将简化前模型沿径向进行切片处理，在每一层内进行单元划分，以网格中心到转轴的距离为惯性r
i
半径，求和每个单元的转动惯量即算出简化前转子每一层的转动惯量；简化后转子每一层都简化为薄圆盘，为保证转动惯量守恒，用等转动惯量的盘状微元代替原有结构，每层薄圆盘的半径r
n
符合上述公式的隐式表达；步骤S112、对简支的悬臂薄单圆盘转子的瞬态涡动方程进行推导，投影到xoy平面内，圆盘形心在力F
y
作用下产生挠度y
F
和偏角γ
F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐振超，金绍峰，杨洁，袁伟伟，毛善斌，蒲一民，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：