改进PCA算法及其在转子特征提取中的应用

为探索航空发动机轴承装配条件对支承刚度的影响,支撑发动机转子系统的动力学设计和整机振动控制,在动力学方程的基础上,建立了振动测试和理论计算相结合的支承刚度辨识方法,并以某型航空发动机的五号支点轴承为对象,试验研究了圆柱滚子轴承内、外环配合参数、锁紧螺母拧紧力矩等参数对支承刚度的影响规律。结果表明：建立的支承刚度辨识方法准确可行;轴承内、外环为过盈配合时,过盈量增大,支承刚度增大,支承刚度对锁紧螺母拧紧力矩不敏感;轴承内、外环为间隙配合时,转子出现非线性共振,支承刚度大幅度地随机跳动,不符合线性条件假设。设计时应合理考虑轴承内、外环配合参数,避免导致转子系统振动特性恶化。     

航空发动机轴承内环松动理论研究

研究了轴承内环松动的航空发动机转子系统的振动特性。结合内环间隙的轴承组件的结构和几何特点,研究轴承内环和锁紧螺母之间的相对运动关系。在此基础上提出了轴承内环和锁紧螺母之间滑动摩擦载荷的计算方法。建立了带有轴承内环间隙的竖式转子的动力学方程。该方程考虑了内环间隙带来的刚度非线性以及内环和锁紧螺母之间的摩擦载荷带来的阻尼非线性。数值求解动力学方程,得到转子系统的振动响应如波形、频谱和轴心轨迹等。定量研究转子结构参数,如转子的不平衡量、内环间隙尺寸和锁紧螺母拧紧力矩等对转子振动特性的影响。结果表明:内环端面和锁紧螺母之间的内摩擦取决于它们的相对运动关系,正比于锁紧螺母拧紧力矩,并可能促进转子同步正进动,进而导致转子失稳;转子失稳时,振动响应包含系统固有频率、工频及固有频率和工频的差频3种等频率成分;转子不平衡量、内环间隙大小和锁紧螺母拧紧力矩等均对转子的失稳产生影响;合理控制这些参数可以避免因内环松动导致的转子失稳。     

航空发动机主轴轴承径向工作游隙计算与分析

径向工作游隙是航空发动机主轴轴承的重要参数,将影响到轴承中的负荷分布、振动、噪声、摩擦力矩和寿命,所以对轴承径向工作游隙进行研究很有必要。考虑了工作转速、工作温度、过盈配合因素的影响,建立航空发动机滚动轴承的径向工作游隙计算方程,并分析了过盈配合、工作转速、工作温度对工作游隙的影响规律,为航空发动机主轴轴承初始游隙的选取和过盈配合的设计分析提供依据。     

圆柱面配合激起的转子失稳振动研究

根据圆柱面配合引起的转子自激失稳振动的特性,建立了圆柱面间隙配合失稳模型。用Riccati传递矩阵法计算双转子实验器低压转子系统的失稳转速,分析圆柱面配合参数和轴承刚度对转子系统稳定性的影响。实验验证了圆柱面配合处锁紧螺母预紧力对转子门槛转速的影响,通过加大锁紧螺母预紧力能够有效提高转子的失稳转速。     

轴承安装配合方式对电主轴轴承-转子系统振动的影响

轴承-转子系统是决定电主轴单元工作性能的核心部件,而轴承的安装配合关系会直接影响系统的运行精度。考虑热膨胀和轴承内、外圈配合方式,建立了电主轴轴承-转子系统动力学模型,分析了内圈过盈配合和外圈间隙配合对转子振动特性的影响,并通过试验验证了模型的正确性。结果表明：转子振幅随内圈配合过盈量增大而减小,随外圈配合间隙量增大而增大,且外圈配合间隙量对转子振动影响更大;考虑热膨胀时的转子振幅小于不考虑热膨胀时的转子振幅。     

带弹性支承的角接触球轴承动态特性分析

针对航空发动机中的轴承支承模型,在有限元分析和轴承动力学的基础上,采用修正的Craig-Bampton固定界面模态综合法,建立了弹性支承结构与刚性的轴承外圈、轴承座之间的耦合连接,开发了带弹性支承的角接触球轴承动力学分析模型,分析并讨论了不同工况下,弹性支承体对轴承振动特性的影响。结果表明:与刚性支承相比,弹性支承能够降低系统固有频率下的振动幅值。轴承在轴向力作用下,力较小时,增大支承体的刚度能够降低振动幅值,力较大时,采用适当刚度的弹性支承有利于减小振动幅值;轴承在径向力作用下,存在一个合理的弹性支承刚度,使径向振动幅值达到最小。     

基于ABAQUS的轴承过盈配合接触应力分析

航空发动机主轴轴承内圈一般采用过盈配合的安装形式,通过一定的过盈量防止轴承内圈与轴发生相对转动,并对轴承内圈定位。建立了基于ABAQUS软件的轴承内圈过盈接触问题的仿真分析方法,使用该方法分析了某型航空发动机低压转子推力球轴承的内圈过盈配合接触应力,分析了该轴承内圈在装配压紧时发生转动的根本原因。建立的过盈配合接触应力分析方法可为航空发动机主轴轴承过盈配合的设计和校核计算提供理论依据。     

涡轮增压器压气机叶轮锁紧螺母扭力设计计算方法研究

针对车用涡轮增压器高速转子轴承系统可靠性问题,研究车用涡轮增压器的压气机锁紧螺母扭力设计方法。基于理论推导和涡轮增压器的工作特点,确定了压气机锁紧螺母预紧力范围的计算公式。结合压气机热力计算结果,得到发动机不同工况工作条件下转子轴输出功率的大小,从而确定不同设计工况点压气机锁紧螺母扭力值,确保转子轴承系统的可靠运行。将这种方法用在JP50Q汽油机涡轮增压器设计上,计算得到压气机锁紧螺母力矩范围,通过实践安装验证满足增压器高转速工作要求。     

航空发动机双转子系统的振动特性分析

以某航空发动机双转子系统为研究对象,建立考虑coriolis效应的双转子轴承系统的动力学模型,采用有限元法对双转子系统进行了模态分析和振型计算;分析不同转速比下转子系统的不平衡响应,发现不同转速比对转子的共振点影响极小,但是对振幅有一定的影响;研究转子的支承刚度对系统频率的影响,发现随着支承刚度的增加,转子的频率也会逐渐增大,但当刚度达到108以上时,频率变化甚小。研究结果为双转子系统的设计与计算提供理论参考。     

主减速器总成主动齿轮锁紧螺母拧紧及轴承预紧力矩在线检测系统

提出一种主减速器总成主动齿轮锁紧螺母拧紧及轴承预紧力矩在线检测系统的设计原则、总体构造。应用动态拧紧、检测原理,在线完成建立主动齿轮轴承预紧力矩作业。     

滚动轴承-转子系统动力学特性分析

在滚动轴承动力学和转子动力学基础上,建立滚动轴承-转子系统非线性动力学分析模型,采用New-mark-β积分法和Newton-Raphson迭代法对轴承-转子系统非线性动力学微分方程进行求解,对轴承结构参数和工况参数与轴承-转子系统动力学特性关系进行分析,分析结果表明:系统中转子的转动频率始终存在,支承轴承的变刚度频率随着轴承结构参数和系统工况参数的不同而出现或消失;支承轴承内、外沟曲率半径系数的变化不改变系统中已存在的振动频率成分;系统的非线性特性随轴承钢球个数、预紧力的增加而减弱,随径向载荷的增大而增强;存在一个最佳转速区间,在此区间内,系统的非线性特性较弱。     

外圈集成弹支轴承试验研究

以某型航空发动机外圈集成弹支双半内圈角接触球轴承为例,在不同配合条件下开展了外圈集成弹支轴承试验研究,其中外圈配合性质分别为带油膜、小过盈和小间隙,其余如润滑、转速及载荷等条件相同。通过试验发现,外圈带油膜和小间隙时,试验轴承温度较低,系统振动较大;外圈过盈配合时,试验轴承温度较高,系统振动较低。     

燃气涡轮发动机转子轴承的热分析

本文在扼要介绍了航空燃气涡轮发动机转子支承轴承的结构特点、使用条件、润滑冷却技术以及内部驱动功率损失的基础上,重点阐述了滚动轴承的热状态计算方法。同时,针对航空发动机热区轴承的工作特点,建立了从外部向轴承加热时的热状态计算方法。利用文中介绍的计算方法,可以更加合理地确定转子支承轴承的滑油供油量。 这些计算方法不仅适用于航空发动机转子支承轴承,也适用于航空减速器的支承轴承。     

带弹性环式挤压油膜阻尼器转子系统装配特性及试验研究

弹性环式挤压油膜阻尼器(Elastic ring squeeze film damper, ERSFD)作为航空发动机中典型的稳定和振动控制结构,其装配特性(配合紧度)在一定程度上影响组合支承系统的刚度和阻尼,进而影响转子系统的动态特性,但相关研究尚少。为了研究配合紧度对ERSFD动态参数特性的影响,建立了考虑配合紧度的ERSFD耦合模型。采用短轴承理论,分析了配合紧度对弹性环变形、ERSFD油膜压力、油膜厚度和承载力的影响。然后,建立了考虑ERSFD配合紧度的组合支承转子有限元模型,探究配合紧度对转子系统动态特性的影响。结果表明,过盈配合将导致ERSFD转子系统临界转速升高,但ERSFD的减振效果不明显;间隙配合下ERSFD转子系统的临界转速降低,减振效果明显。最后,搭建了ERSFD转子试验台,通过数值仿真与试验结果对比,验证了部分仿真结果的正确性。     

齿轮-转子系统的振动特性分析

根据转子动力学和齿轮啮合的基本原理,建立了考虑陀螺力矩的齿轮转子系统的动力学模型,以此求得齿轮转子啮合刚度矩阵和阻尼矩阵。探讨了啮合刚度、支承刚度对系统固有频率以及系统稳定性的影响。结果表明齿轮的啮合刚度对弯曲振动以及弯扭耦合振动固有频率的影响不大,而当啮合刚度介于2×105~2×108之间时,对弯扭耦合振动的相对稳定性却有较大的影响;另增大支承刚度,固有频率相应提高;减小跨距可以提高系统的稳定性。分析结果对工程应用具有重要的意义。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

机动飞行条件下航空发动机双转子动力学实验研究

利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台分别模拟飞机在进行俯仰运动、横滚运动和偏航运动时系统的振动,研究了机动飞行对双转子系统的动力学特性的影响。实验结果表明,飞机作横滚匀速运动、俯仰匀速运动时在内外转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩对系统振动瞬态幅值有很大的影响,总结了不同机动飞行条件对航空发动机双转子的动力学响应的影响特点。     

非稳态工况下弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性分析

航空发动机主轴系统中滚动轴承常与弹性支承和挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)联合使用,以降低转子的振动.由于支承方式的改变,轴承的运动状态发生较大的变化.基于滚动轴承动力学理论和模态综合法,建立了弹支SFD圆柱滚子轴承-刚性转子刚柔耦合动力学分析模型,开展了转子不平衡量产生的非稳态载荷对弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性的影响研究.结果表明,非稳态工况下,弹支SFD圆柱滚子轴承保持架打滑率表现出明显的波动;挤压油膜阻尼器结构参数对轴承承载和打滑特性有不同程度的影响;周期性的时变载荷使保持架打滑增大且打滑率呈现无规则波动.     

滚动轴承转子系统的非线性动力学特性分析

接触非线性和间隙非线性耦合导致滚动轴承 转子系统表现出复杂的动力学特性 ,在工作转速范围内系统会产生分岔混沌振动 ,从而影响系统工作的稳定性和可靠性 ;在计及轴承接触非线性和径向间隙的条件下 ,建立了滚动轴承支承的水平刚性转子系统的非线性动力学模型 ,用数值积分方法得到系统在不同参数域中的相图、轴心轨迹、频谱图及Poincar啨映射图 ,研究了系统响应随转子转速的变化趋势。结果表明 :轴承的径向间隙是决定轴承 转子系统动态响应的一个重要参数。随着间隙的增大 ,混沌响应区变宽 ,轴承的动态刚度减小 ,故在设计滚动轴承 转子系统时 ,应对径向间隙进行优选。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。