[发明专利]一种止口连接结构转子试验台及测试方法

说明书

本发明属于航空发动机转子系统试验技术领域，涉及一种止口连接结构转子试验台及测试方法。该试验台主要由测试传感系统、转子—支承系统和电气控制箱组成；测试传感系统主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架组成；转子—支承系统，主要由底座、左轴承座支架、左轴承座、转轴、左固定盘、左止口盘、右止口盘、右锥形罩、锁紧螺母、右轴承座、右轴承座支架、变频电机、电机座和深沟球轴承组成；电气控制箱与变频电机相连，用于调节转速。本发明用于研究止口连接结构及其相关参数变化对转子系统固有特性及动力学特性的影响，为航空发动机止口连接结构设计提供了试验测试依据。

技术领域

本发明涉及航空发动机转子系统试验领域，涉及一种止口连接结构转子试验台及测试方法。

背景技术

航空发动机是由若干部件通过连接结构组成的一个整体，连接结构的存在会降低航空发动机转子系统的局部刚度，从而改变转子系统的振动特性。如果连接结构设计不合理，在航空发动机工作过程中就极有可能导致连接失效，进而引发更加严重的事故。同时在转子高速旋转的过程中，连接刚度也会随着载荷和工况的变化而发生改变，从而使转子系统的动力学行为变得更加复杂。因此，研究连接结构对转子系统振动特性的影响就成为了航空发动机设计制造领域的一个重要研究方向。

现阶段，对于航空发动机连接结构的研究大多集中在螺栓连接等传统领域，对止口连接结构的研究并不多见。螺栓连接等传统连接方式需要额外的连接件，这将使发动机的总体质量增加，并且这些连接件常常会带来不平衡质量，这对于航空发动机这样在高转速下工作的旋转机械来说是极其不利的。此外，螺栓连接中的长拉杆和短螺栓在发动机高速运转时会产生较大的离心力，并且需要在连接位置处打孔，从而影响转子的结构强度，这些弊端在一定程度上限制了航空发动机性能的提升。近些年来，随着航空发动机向着高转速、轻质量、大推重比的方向发展，采用止口连接结构的无螺栓压气机因其结构简单、质量轻、轮盘强度高等优点在国外航空发动机上开始逐渐被使用。止口连接结构是通过内外止口的圆柱面过盈配合实现定心，通过设置中心拉杆实现轴向拉紧，端面在轴向压紧力的作用下通过摩擦传扭。止口连接结构加工装配简单，具有较好的定心传扭功能，很好地弥补了传统连接方式存在的不足。

通过对止口连接结构的理论研究，发现影响其连接能力的因素主要有：内外止口配合面尺寸、轮盘上止口结构径向位置、接触表面的粗糙度和轴向压紧力等参数，为了进一步实现理论与试验的对比，推动止口连接结构研究的深入，需要设计一套试验装置，用于研究止口连接结构不同参数对转子系统振动特性的影响，以更好地指导航空发动机结构设计。

发明内容

在航空发动机连接结构研究领域，针对缺少考虑止口连接结构的航空发动机转子试验台的现状，本发明提供一种带有止口连接结构可用于研究其参数变化对转子系统振动特性影响的试验装置及其测试方法。

本发明的技术方案：

一种止口连接结构转子试验台，主要由测试传感系统、转子—支承系统和电气控制箱组成；

所述的测试传感系统，主要由振动测试软件、采集卡机箱、采集卡、数据采集系统、LMS测试设备、模态力锤和传感器固定架组成，用于激励转子并采集振动信号；所述的采集卡机箱，用于振动测试软件与采集卡之间的连接；所述的采集卡用于测试位移信号和加速度信号；所述的模态力锤带有弹性橡胶冲击垫，模态力锤与数据采集系统的采集口相连接；所述的数据采集系统，包括多个加速度传感器和多个电涡流传感器，加速度传感器通过磁铁吸在转轴上，电涡流传感器安装在传感器固定架上；所述的LMS测试设备与数据采集系统相连，并对采集的数据进行处理；所述的传感器固定架为П型结构支架，传感器固定架的顶部横梁和两侧支柱上部设有安装孔，用于固定电涡流传感器；传感器固定架共三个，安装在转子—支承系统的底座上，使转轴位于传感器固定架中间空隙，其中一个传感器固定架上的电涡流传感器与转子相接触；另外两个传感器固定架位于转子的两侧，分别靠近左轴承座支架和右轴承座支架，电涡流传感器与转轴相接触；