航空發(fā)動機軸承裝配條件對轉(zhuǎn)子振動特性的影響.pdf

1、滾動軸承是航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中承力和傳力的核心部件，軸承的裝配工藝參數(shù)是發(fā)動機設(shè)計和裝配階段的重要參數(shù)，對軸承的剛度特性有直接影響，進而影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性和振動特性。因此，有必要將軸承的剛度特性和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性與軸承的裝配工藝參數(shù)和發(fā)動機工況結(jié)合起來進行研究，為發(fā)動機的轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計和整機振動抑制提供支持。
　　針對發(fā)動機高速角接觸球軸承、中介圓柱滾子軸承和外環(huán)固定的圓柱滾子軸承，建立了用于計算此三種軸承在冷態(tài)裝配條

2、件下及熱態(tài)工作條件下的徑向游隙和接觸角的理論模型，討論分析了軸承內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)、軸承內(nèi)、外環(huán)鎖緊螺母擰緊力矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、軸承工作溫度和中介支承結(jié)構(gòu)形式等參數(shù)對軸承徑向游隙和接觸角的影響規(guī)律，為將上述參數(shù)引入軸承的剛度特性分析模型奠定了基礎(chǔ)。分析結(jié)果表明，軸承的裝配工藝參數(shù)和發(fā)動機的工況參數(shù)對軸承幾何參數(shù)的影響較大，設(shè)計時應(yīng)注意軸承的裝配工藝參數(shù)、發(fā)動機工況參數(shù)、潤滑參數(shù)、軸承幾何參數(shù)和機械性能等相關(guān)參數(shù)的合理匹配，以提高軸承壽命，保

3、證發(fā)動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
　　建立了發(fā)動機高速角接觸球軸承的剛度特性分析模型。模型中考慮了軸承內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)、軸承內(nèi)、外環(huán)鎖緊螺母擰緊力矩等裝配工藝參數(shù)，以及高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、軸承工作溫度和聯(lián)合載荷等發(fā)動機工況參數(shù)的綜合影響，分析了某型機高壓轉(zhuǎn)子前軸承的徑向剛度、軸向剛度和角剛度隨上述參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明，該軸承的剛度對鎖緊螺母擰緊力矩不敏感，內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)和發(fā)動機工況參數(shù)對該軸承的剛度影響較大，設(shè)計時應(yīng)考慮該軸承的剛度變化對轉(zhuǎn)子系

4、統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。
　　以發(fā)動機中使用的圓柱滾子軸承為對象，分別建立了外環(huán)固定和內(nèi)、外環(huán)同時旋轉(zhuǎn)的高速圓柱滾子軸承的剛度特性分析模型。模型中綜合考慮了軸承內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)、軸承內(nèi)、外環(huán)鎖緊螺母擰緊力矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、軸承工作溫度、徑向載荷和彈流潤滑等方面影響，對于中介軸承還涉及了內(nèi)、外環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)方向和中介支承的結(jié)構(gòu)形式（一種是中介軸承內(nèi)環(huán)支承在低壓轉(zhuǎn)子上，外環(huán)支承在高壓轉(zhuǎn)子上；另一種是外環(huán)支承在低壓轉(zhuǎn)子上，內(nèi)環(huán)支承在高壓轉(zhuǎn)子上）

5、。分析了某型機低壓渦輪后軸承和中介軸承的徑向剛度隨各參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果表明，軸承的剛度對鎖緊螺母擰緊力矩不敏感，內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)和發(fā)動機工況參數(shù)對軸承的剛度影響較大，設(shè)計時應(yīng)考慮軸承的剛度變化對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響；中介軸承的剛度同中介支承的結(jié)構(gòu)形式和內(nèi)、外環(huán)相對旋轉(zhuǎn)方向緊密相關(guān)，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合發(fā)動機對于氣動性能和動力學(xué)特性的要求，合理地選取中介支承的結(jié)構(gòu)形式和高、低壓轉(zhuǎn)子的相對旋轉(zhuǎn)方向，避免中介軸承的剛度變化給發(fā)動機的可靠性帶來不

6、利影響。
　　針對某型機低壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特征和動力學(xué)特性，以某型機低壓渦輪后軸承為對象，設(shè)計建造了全尺寸的軸承裝配工藝參數(shù)模擬實驗平臺，該實驗平臺為國內(nèi)首創(chuàng)，可用于開展軸承的內(nèi)、外環(huán)配合關(guān)系和鎖緊螺母擰緊力矩等參數(shù)對軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性影響的實驗研究。
　　在動力學(xué)方程的基礎(chǔ)上，建立了振動測試和理論計算相結(jié)合的軸承剛度辨識方法，實驗研究了軸承內(nèi)、外環(huán)配合參數(shù)、鎖緊螺母擰緊力矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子不平衡量等參數(shù)對某型機低壓渦輪后軸

7、承剛度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，內(nèi)、外環(huán)為間隙配合時，支承剛度大幅度地隨機跳動，不符合線性條件假設(shè)。線性條件下，實驗結(jié)果與理論分析所反映的規(guī)律一致，即軸承內(nèi)、外環(huán)過盈配合量增大，軸承剛度增大；轉(zhuǎn)速升高，軸承剛度增大；該軸承的剛度對內(nèi)、外環(huán)鎖緊螺母擰緊力矩和轉(zhuǎn)子不平衡量不敏感。
　　實驗研究了某型機低壓渦輪后軸承內(nèi)、外環(huán)配合關(guān)系、鎖緊螺母擰緊力矩和轉(zhuǎn)子不平衡量等參數(shù)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了軸承裝配工藝準(zhǔn)則。結(jié)果表明，