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行業信息

套齒聯軸器連接剛度和接觸狀態的影響規律

發布時間:2019-04-07

套齒聯軸器廣泛應用於航空發動機等高速旋轉機械轉子係統的軸係連接中。為提高大涵道比渦扇發動機的推重比,常將高壓轉子的後支點設計成中介軸承,使得發動機結構的藕合性很強。又由於低壓轉子軸向跨度長,振動及變形量較大。因此,為了減少低壓轉子的振動、變形及其對高壓轉子的影響,常將渦輪軸與風扇軸通過套齒聯軸器連接。
針對套齒聯軸器對轉子動力學特性的影響,國內外的研究人員對此開展了深入廣泛的研究。對齒式聯軸器的連接剛度進行了仿真計算和試驗研究。套齒聯軸器係統穩定性影響,兩支點剛性轉子非線性係統無量綱微分方程的穩定性準則。對花鍵連接超臨界軸的穩定性進行了理論分析,並在直升機尾傳動軸上開展相應的試驗驗證工作。推導了表征側麵配合齒式聯軸器的四個力學參數(橫向剛度與阻尼係數、角向剛度與阻尼係數),仿真計算和試驗研究表明良好的聯軸器潤滑或阻尼器可以有效避免由於齒式聯軸器齒麵相互摩擦產生的轉子失穩故障“。在超臨界工作狀態下,套齒聯軸器的摩擦力矩是維持和發展非協調進動的一個不穩定因素,其等效為作用於輪盤上的正進動力,因此促使葉輪作正進動。套齒之間的內摩擦力是導致轉子非協調進動失穩的主要原因,失穩轉速高於一階臨界,失穩頻率約等於一階頻率。對用齒套聯軸器連接的汽輪機一齒輪箱軸係的振動進行了測試,結果表明齒套間隙與不平衡量會增大軸係的振動。李明等建立了軸承一轉子一齒輪聯軸器係統的彎扭振動力學模型,分析了轉角剛度對係統的臨界轉速和穩定性的影響。李俊慧等運用接觸有限元方法建立了轉子係統套齒結構的計算分析模型,研究了定位麵間距、定位麵配合緊度和接觸麵積等結構參數以及載荷對套齒結構連接剛度和接觸狀態的影響規律。
國內外研究成果雖有涉及套齒聯軸器對轉子動力學特性的影響,但基本都針對內齒軸與外齒套配合的套齒聯軸器模型,而對於套齒式剛性聯軸器的研究卻僅限於仿真計算,而鮮有試驗研究。對此,本文主要以航空發動機低壓轉子中連接渦輪軸和風扇軸的套齒式剛性聯軸器為研究對象,參照某型航空發動機結構,在簡化物理和數學模型的基礎上推導套齒聯軸器的力學模型;開展相關動力學特性有限元仿真計算,設計並搭建轉子試驗器;通過理論分析與試驗研究總結出軸向螺母擰緊力矩對套齒連接剛度和轉子動力學特性的影響規律,為套齒聯軸器的設計與應用提供參考。

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