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套齿联轴器连接刚度和接触状态的影响规律

2017-10-23 14:35:25

套齿联轴器广泛应用于航空发动机等高速旋转机械转子系统的轴系连接中。为提高大涵道比涡扇发动机的推重比,常将高压转子的后支点设计成中介轴承,使得发动机结构的藕合性很强。又由于低压转子轴向跨度长,振动及变形量较大。因此,为了减少低压转子的振动、变形及其对高压转子的影响,常将涡轮轴与风扇轴通过套齿联轴器连接。

针对套齿联轴器对转子动力学特性的影响,国内外的研究人员对此开展了深入广泛的研究。对齿式联轴器的连接刚度进行了仿真计算和试验研究。套齿联轴器系统稳定性影响,两支点刚性转子非线性系统无量纲微分方程的稳定性准则。对花键连接超临界轴的稳定性进行了理论分析,并在直升机尾传动轴上开展相应的试验验证工作。推导了表征侧面配合齿式联轴器的四个力学参数(横向刚度与阻尼系数、角向刚度与阻尼系数),仿真计算和试验研究表明良好的联轴器润滑或阻尼器可以有效避免由于齿式联轴器齿面相互摩擦产生的转子失稳故障“。在超临界工作状态下,套齿联轴器的摩擦力矩是维持和发展非协调进动的一个不稳定因素,其等效为作用于轮盘上的正进动力,因此促使叶轮作正进动。套齿之间的内摩擦力是导致转子非协调进动失稳的主要原因,失稳转速高于一阶临界,失稳频率约等于一阶频率。对用齿套联轴器连接的汽轮机一齿轮箱轴系的振动进行了测试,结果表明齿套间隙与不平衡量会增大轴系的振动。李明等建立了轴承一转子一齿轮联轴器系统的弯扭振动力学模型,分析了转角刚度对系统的临界转速和稳定性的影响。李俊慧等运用接触有限元方法建立了转子系统套齿结构的计算分析模型,研究了定位面间距、定位面配合紧度和接触面积等结构参数以及载荷对套齿结构连接刚度和接触状态的影响规律。

国内外研究成果虽有涉及套齿联轴器对转子动力学特性的影响,但基本都针对内齿轴与外齿套配合的套齿联轴器模型,而对于套齿式刚性联轴器的研究却仅限于仿真计算,而鲜有试验研究。对此,本文主要以航空发动机低压转子中连接涡轮轴和风扇轴的套齿式刚性联轴器为研究对象,参照某型航空发动机结构,在简化物理和数学模型的基础上推导套齿联轴器的力学模型;开展相关动力学特性有限元仿真计算,设计并搭建转子试验器;通过理论分析与试验研究总结出轴向螺母拧紧力矩对套齿连接刚度和转子动力学特性的影响规律,为套齿联轴器的设计与应用提供参考。