一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法技术

本发明专利技术公开一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法；本发明专利技术借助于碰摩装置，可实现对碰摩参数的精确调节；通过在滑轨上的轴向移动，不仅可实现对多盘

【技术实现步骤摘要】
一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法


[0001]本专利技术属于航空发动机螺栓连接转子系统碰摩故障工况振动测试
，涉及一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法，是一种分析螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩形式、碰摩刚度、碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数对转子系统振动特性影响的实验台和测试方法。

技术介绍

[0002]螺栓连接结构是航空发动机中连接各个零部件的常用结构，连接结构在一定程度上决定着航空发动机转子系统动力学特性。在传统转子动力学研究中，通常将转子系统看作一个连续整体，忽略螺栓连接结构对转子系统振动特性的影响。事实上，带有大量螺栓连接结构的转子系统固有特性和动态特性与完整转子系统之间存在很大差别，比如工作中接合面接触状态变化和连接刚度软化现象，容易造成振动幅值增大、临界转速变化、诱发碰摩故障及振动特性不稳定等问题。
[0003]在现代航空发动机的设计制造中，为了提高效率，会尽可能缩减转子
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机匣间隙，而由螺栓连接结构刚度软化效应造成转子系统振动幅值增大与振动特性不稳定极易引发碰摩故障，严重影响发动机性能与飞行安全。同时，转子与机匣的摩擦冲击导致连接结构力学特性和接合面接触状态剧烈变化，造成振动加剧，进一步诱发故障产生。所以考虑螺栓连接结构与碰摩耦合作用下转子系统振动特性仍需深入研究。
[0004]目前国内外转子动力学与非线性振动领域的研究人员已经揭示了螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩形式、碰摩位置、碰摩刚度、碰摩间隙及其组合参数对转子动力学特性的重要影响，针对各种故障非线性响应特征，对航空发动机的性能、可靠性和安全性进行了大量的理论研究，而对转子系统中连接结构诱发的碰摩故障和碰摩故障导致连接结构性能变化的研究尚不多见，因此针对航空发动机碰摩参数与螺栓连接参数对转子系统动力学特性影响的理论与试验研究具有重要意义。为实现以上目标，需要结合航空发动机结构特点，对以上参数及其组合参数进行对照研究。因此，需要一种能够实现以上所有情况的多盘螺栓连接转子碰摩实验台。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在问题，本专利技术提供一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法。在结构方面，本专利技术为航空发动机转子系统碰摩故障的一种简化模型，并将高压压气机长螺栓连接结构设计为多盘
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毂筒
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螺栓连接结构。多盘
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毂筒
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螺栓连接结构通过止口辅助对中，同时毂筒的螺孔设有六边形沉头孔，减少不对中与毂筒相对转动对测试的影响。碰摩装置可通过滑轨和调节螺栓调节碰摩位置与碰摩间隙，碰摩装置可通过更换线径不同的弹簧实现碰摩刚度调节，同时碰摩装置可以更换单点碰摩模拟装置和转子
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机匣碰摩模拟装置，分别模拟高压转子系统的单点碰摩及转子
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机匣碰摩故障。碰摩装置内置弹簧避免伸缩杆与弹簧限位器之间的刚性碰撞，进一步提高装置稳定性。在此基础上可以改变螺栓预
紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩刚度，碰摩位置、碰摩间隙与碰摩类型(定点碰摩与转子
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机匣碰摩)，研究上述参数及其组合参数对多盘螺栓连接转子系统的转子动力学特性的影响。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台，主要由电气驱动及控制系统A、高压转子系统B、碰摩系统C、测试传感系统D和基座15组成。
[0008]所述的基座15上安装有多颗螺栓用于固定电机支架3、轴承座支架10、电涡流传感器支架14和碰摩装置支架13；且基座15上设有滑轨11。
[0009]所述的电气驱动及控制系统A包括通过与电控箱支架固定安装于地面的电控箱1与电控箱1驱动的转子变频电机2；所述电控箱1通过变频器调节转子变频电机2的转速以实现对不同转速下的碰摩测试；转子变频电机2固定于过电机支架3上，电机支架3通过螺栓固定于基座15上；转子变频电机2通过柔性联轴器9将扭转传递给高压转子系统B。
[0010]所述的高压转子系统B，主要由转轴、多盘
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毂筒
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螺栓连接结构5、高压涡轮盘16、三个轴承座支架10、第一轴承与轴承座4、第二轴承与轴承座6、第三轴承与轴承座8组成；
[0011]所述多盘
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毂筒
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螺栓连接结构5由两个带裙边的毂筒与四个转子通过对合组成，各毂筒与转子分别通过止口进行辅助对中；同时毂筒边沿设有一圈沉头螺孔，毂筒与转子通过长螺栓连接；两毂筒与转轴过盈配合，且毂筒中心设有螺孔通孔，通过螺栓与转轴连接以保证配合的紧密度；
[0012]所述转轴共两根，其中一根转轴的一端与多盘
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毂筒
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螺栓连接结构5的一个毂筒中心通孔过盈配合形成整体并通过第一轴承与轴承座4和一个轴承座支架10固定于基座15上，另一端与柔性联轴器9相连，另一根转轴的一端与多盘
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毂筒
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螺栓连接结构5的另一个毂筒中心过盈配合形成整体并通过第二轴承与轴承座6、第三轴承与轴承座8和两个轴承座支架10固定于基座15上；高压涡轮盘16通过平行键安装于第二轴承与轴承座6、第三轴承与轴承座8之间的转轴上。
[0013]所述的碰摩系统C主要由碰摩装置12与碰摩装置支架13组成，碰摩装置支架13通过螺栓固定于基座15的滑轨11内，使碰摩系统C可沿转轴轴向位置滑动，分别进行多盘
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毂筒
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螺栓连接结构5及高压涡轮盘16的碰摩实验测试；
[0014]所述碰摩装置12，主要由固定装置20、碰摩间隙调节螺栓19、碰摩间隙调节螺母18、碰摩间隙锁紧螺母17、外弹簧25、内弹簧24、弹簧限位器23、伸缩杆26、碰摩模拟装置27、弹簧限位螺母21和弹簧限位锁紧螺母22组成；固定装置20的下部设有多个螺纹孔，通过螺栓与碰摩装置支架13顶部侧面相固定；固定装置20和弹簧限位器23为竖向的平板结构，相对布置，二者均设有多个相对应的通孔，固定装置20通过多个碰摩间隙调节螺栓19和碰摩间隙调节螺母18与弹簧限位器23连接，碰摩间隙锁紧螺母17位于碰摩间隙调节螺母18外侧，二者形成双螺母形式，实现对碰摩间隙的锁紧；固定装置20和弹簧限位器23的中部设有横向的圆筒结构作为弹簧罩，两个弹簧罩的位置相对应，且固定装置20上的弹簧罩直径大于弹簧限位器23上的弹簧罩直径，固定装置20上的弹簧罩的前端包裹弹簧限位器23上的弹簧罩的前端，弹簧罩的前端和尾端均为开口结构，且弹簧限位器23上的弹簧罩前端设有卡口；内弹簧24置于弹簧限位器23上的弹簧罩内；外弹簧25置于固定装置20上的弹簧罩内，且前端位于弹簧限位器23上的弹簧罩外侧；伸缩杆26的前端设有卡口，下端为螺纹表面，伸缩杆26的前端依次穿过外弹簧25和内弹簧24，伸缩杆26的前端的卡口以及弹簧限位器23上的
弹簧罩前端的卡口将内弹簧24限制在弹簧罩内，弹簧限位螺母21和弹簧限位锁紧螺母22位于固定装置20的外侧且位于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台，其特征在于，所述的多盘螺栓连接转子碰摩实验台主要由电气驱动及控制系统(A)、高压转子系统(B)、碰摩系统(C)、测试传感系统(D)和基座(15)组成；所述的基座(15)上安装有多颗螺栓用于固定电机支架(3)、轴承座支架(10)、电涡流传感器支架(14)和碰摩装置支架(13)；且基座(15)上设有滑轨(11)；所述的电气驱动及控制系统(A)包括通过与电控箱支架固定安装于地面的电控箱(1)与电控箱(1)驱动的转子变频电机(2)；所述电控箱(1)通过变频器调节转子变频电机(2)的转速以实现对不同转速下的碰摩测试；转子变频电机(2)固定于过电机支架(3)上，电机支架(3)通过螺栓固定于基座(15)上；转子变频电机(2)通过柔性联轴器(9)将扭转传递给高压转子系统(B)；所述的高压转子系统(B)，主要由转轴、多盘
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毂筒
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螺栓连接结构(5)、高压涡轮盘(16)、三个轴承座支架(10)、第一轴承与轴承座(4)、第二轴承与轴承座(6)、第三轴承与轴承座(8)组成；所述多盘
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毂筒
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螺栓连接结构(5)由两个带裙边的毂筒与四个转子通过对合组成，各毂筒与转子分别通过止口进行辅助对中；同时毂筒边沿设有一圈沉头螺孔，毂筒与转子通过长螺栓连接；两毂筒与转轴过盈配合，且毂筒中心设有螺孔通孔，通过螺栓与转轴连接以保证配合的紧密度；所述转轴共两根，其中一根转轴的一端与多盘
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毂筒
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螺栓连接结构(5)的一个毂筒中心通孔过盈配合形成整体并通过第一轴承与轴承座(4)和一个轴承座支架(10)固定于基座(15)上，另一端与柔性联轴器(9)相连，另一根转轴的一端与多盘
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毂筒
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螺栓连接结构(5)的另一个毂筒中心过盈配合形成整体并通过第二轴承与轴承座(6)、第三轴承与轴承座(8)和两个轴承座支架(10)固定于基座(15)上；高压涡轮盘(16)通过平行键安装于第二轴承与轴承座(6)、第三轴承与轴承座(8)之间的转轴上；所述的碰摩系统(C)主要由碰摩装置(12)与碰摩装置支架(13)组成，碰摩装置支架(13)通过螺栓固定于基座(15)的滑轨(11)内，使碰摩系统(C)可沿转轴轴向位置滑动，分别进行多盘
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毂筒
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螺栓连接结构(5)及高压涡轮盘(16)的碰摩实验测试；所述碰摩装置(12)，主要由固定装置(20)、碰摩间隙调节螺栓(19)、碰摩间隙调节螺母(18)、碰摩间隙锁紧螺母(17)、外弹簧(25)、内弹簧(24)、弹簧限位器(23)、伸缩杆(26)、碰摩模拟装置(27)、弹簧限位螺母(21)和弹簧限位锁紧螺母(22)组成；固定装置(20)的下部设有多个螺纹孔，通过螺栓与碰摩装置支架(13)顶部侧面相固定；固定装置(20)和弹簧限位器(23)为竖向的平板结构，相对布置，二者均设有多个相对应的通孔，固定装置(20)通过多个碰摩间隙调节螺栓(19)和碰摩间隙调节螺母(18)与弹簧限位器(23)连接，碰摩间隙锁紧螺母(17)位于碰摩间隙调节螺母(18)外侧，二者形成双螺母形式，实现对碰摩间隙的锁紧；固定装置(20)和弹簧限位器(23)的中部设有横向的圆筒结构作为弹簧罩，两个弹簧罩的位置相对应，且固定装置(20)上的弹簧罩直径大于弹簧限位器(23)上的弹簧罩直径，固定装置(20)上的弹簧罩的前端包裹弹簧限位器(23)上的弹簧罩的前端，弹簧罩的前端和尾端均为开口结构，且弹簧限位器(23)上的弹簧罩前端设有卡口；内弹簧(24)置于弹簧限位器(23)上的弹簧罩内；外弹簧(25)置于固定装置(20)上的弹簧罩内，且前端位于弹簧限位器(23)上的弹簧罩外侧；伸缩杆(26)的前端设有卡口，下端为螺纹表面，伸缩杆(26)的前端
依次穿过外弹簧(25)和内弹簧(24)，伸缩杆(26)的前端的卡口以及弹簧限位器(23)上的弹簧罩前端的卡口将内弹簧(24)限制在弹簧罩内，弹簧限位螺母(21)和弹簧限位锁紧螺母(22)位于固定装置(20)的外侧且位于伸缩杆(26)的中部，形成双螺母形式，实现外弹簧(25)和内弹簧(24)的锁紧；伸缩杆(26)的尾端与碰摩模拟装置(27)通过螺纹连接，实现与高压转子系统(B)的单点碰摩及转子
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机匣碰摩的模拟；通过旋紧与放松碰摩间隙调节螺母(18)实现固定装置(20)与弹簧限位器(23)间距的调节，同时弹簧限位器(23)将推动外弹簧(25)移动，外弹簧(25)推动弹簧限位螺母(21)实现对伸缩杆(26)的控制，从而实现对碰摩模拟装置(27)与高压转子系统(B)的碰摩间隙调节；且通过更换不同线径的外弹簧(25)进行碰摩刚度调节；所述的测试传感系统(D)，主要由电涡流传感器支架(14)、电涡流传感器(7)、加速度传感器、距离传感器、功率放大器和LMS振动测试系统组成；所述的电涡流传感器(7)安装在电涡流传感器支架(14)上，共有3组，分别位于第一轴承与轴承座(4)与多盘
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉奇，朱志敏，温传美，靳龙，付学中，刘敏，李天能，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：