[发明专利]一种鼓筒-轮盘螺栓连接结构的实验装置及测试方法

说明书

本发明属于航空发动机实验模拟装置及结构件测试实验技术领域，公开了一种鼓筒‑轮盘螺栓连接结构的实验装置及测试方法。装置包括永磁交流同步电机、弹性联轴器、主轴、轴承座A、配重盘、轴承座B、轮盘‑鼓筒装配件、带45度反光斜面的可拆卸式轴头、非接触式电磁激振装置、激光测振仪和工作台；该装置适用于螺栓连接的旋转态鼓筒，特别是飞机发动机，燃气轮机等旋转机械中轮盘‑鼓筒的振动特性研究。该装置通过带45度反光斜面的可拆卸式轴头满足对高速旋转鼓筒的非接触式模态特性研究，更换不同规格的轴头，用于非接触式测试鼓筒不同轴向及周向位置；非接触式激振及拾振的方式避免了传统接触式测试引起的附加质量问题，具有更高的测试精度。

技术领域

本发明属于航空发动机模拟装置及结构件测试实验技术领域，涉及一种模拟航空发动机轮盘-鼓筒螺栓连接结构的实验装置及模态测试方法。

技术背景

鼓筒及轮盘等旋转件因其具有质量轻，旋转方式简单，具有一定的承载能力而得到广泛的应用。航空发动机转子系统的结构包括：转子结构、转子支承方案与转子支承结构等三部分。转子是发动机的重要部件，其结构设计很大程度上影响发动机的重量、可靠性和振动特性等。转子结构可以分为三种基本结构形式：鼓式，盘式和混合式。其中鼓式转子的基本构件是圆柱形或圆锥型鼓筒，借安装边和螺栓等与前后轴颈连成一体。如图3所示模拟某种型号发动机低气压压气转子简化结构图，其轮盘-鼓筒结构有盘式鼓筒、主轴、轮盘、连接螺栓、胀紧套等构成。由于轮盘-鼓筒转子的高速旋转，工作环境复杂等产生的振动，特别是由于局部共振所引起的疲劳破坏问题等，以及鼓筒的薄壁圆柱壳结构特征和与轮盘对接面的螺栓连接所引起的非线性，使得鼓式转子的动力学特性和应力分布形式繁琐复杂，与其他转子系统明显不同，为了获得鼓式转子系统的动静态特性，在进行理论研究的同时，也需要展开相关的实验对其进行测试实验的研究，一方面可以用来验证理论分析的正确性，另一方面也可以通过实验研究更为直观的探讨鼓式转子系统的动力学特性。

对于转子系统的振动特性测试，传统的传感器测振方法需要将加速度传感器附着在被测试物体上，但是这种测试方法对于轻薄结构的测量存在质量和刚度上的附加影响问题，对测量结果的准确性产生影响，并且需要特殊的信号传输装置，如带电滑环等；再者就是传统的接触式测量方法抗干扰能力弱，测量结果不太理想。有些非接触式的测量被测物体振动特性的传感器，如涡流位移传感器，测量时虽然不需要接触被测物体，但是需要离被测物体很近，也很难满足一些特殊环境中测量转子系统振动特性的要求。

非接触试测量方法中采用的激光多普勒测振技术，此项技术是从激光测速技术发展而来，激光多普勒振动测速技术是将激光束聚焦照射到运动的被测物体上，通过运动被测物体上的测量点反射光将发生多普勒频移，与原来的参考激光束产生差拍干涉，通过测量差拍频率来获得运动被测物体测量点的速度，该项技术很快在激光测振方面得到了发展。激光测振技术和电学法的传统测振方法相比，激光测振测量法存在诸多优点:1不受电磁场干扰，2测量范围广，3测量精度高，4不受外界环境的干扰，5非接触式方式适用性广，6响应速度快，7动态测量范围广。

在非接触式测试方法中采用非接触式电磁激振器，非接触式电磁激振器在对旋转态鼓筒的激励过程中，不接触鼓筒，对旋转态鼓筒不产生附加质量，激振频率大小可调，亦可对其进行扫频，使其振动特性测试结果更为准确。

发明内容

对于传统接触式振动测量方法的测量方向单一及存在附加质量问题，本发明提出了一种鼓筒-轮盘螺栓连接结构的实验装置及测试方法。

具体技术方案为：

一种鼓筒-轮盘螺栓连接结构的实验装置，包括永磁交流同步电机、弹性联轴器、主轴、轴承座A、配重盘、轴承座B、轮盘-鼓筒装配件、带45度反光斜面的可拆卸式轴头、非接触式电磁激振装置、激光测振仪和工作台；