[发明专利]一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法

说明书

本发明属于航空发动机螺栓联接转子系统装配工艺研究与振动测试技术领域，涉及一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法。该试验台主要由电气驱动及控制系统、螺栓自动拧紧装置、非线性支撑‑转子系统、测试传感系统和底座组成。本发明借助于螺栓自动拧紧装置，可实现准确控制对螺栓施加的预紧力矩及螺栓转角；通过滑轨和主拧紧枪固定座上的开口槽可适用于不同尺寸范围的螺栓拧紧。本发明不但能对螺栓自动拧紧转子系统试验台的固有特性及不同参数对其固有特性的影响进行测试，还可用于分析螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、螺栓数量、螺栓型号、螺栓和螺孔间隙及轴承类型和轴承游隙等参数对转子系统非线性动力学特性及运动状态影响的测试。

技术领域

本发明属于航空发动机螺栓联接转子系统装配工艺研究与振动测试技术领域，涉及一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法，是一种分析轴承参数、螺栓拧紧工艺参数、螺栓结构参数及组合参数对转子系统振动特性影响的试验台。

背景技术

螺栓联接结构是发动机转子系统中各零部件联接成整体结构的主要联接方式，联接结构对航空发动机转子系统的动力学特性具有重要影响。轴承作为航空发动机转子常用的支承零件，其类型和径向游隙等相关参数对转子系统非线性振动特性具有重要影响。传统的旋转动力学研究大多忽略了联接结构的动态效应，将转子系统认为是一个连续的整体。事实上，带有联接结构的转子系统的动力学与连续旋转轴不同，很难具体描述一些不稳定的转子动态特性(轴的刚度变化，转子平衡状态的缓慢变化)与联接结构之间的关系。

航空发动机联接结构装配性能及其稳定性是目前国内外研究的热点之一。目前国内的研究主要聚焦在螺栓联接件的建模，与航空发动机真实工作状态存在较大的差距。联接结构在装配后的初始刚度与受力均具有难以预测的不确定性和工艺相关性，在工作状态下其刚度与受力还会随载荷作用而不断变化，呈现出宏观上的结构不稳定特征和明显的性能退化，导致航空发动机转子系统性能特别是动力学特性与理想的确定性系统特性有较大差异。不同螺栓拧紧工艺参数对螺栓法兰联接结构静态特性的影响已有大量研究，但针对航空发动机转子等旋转机械设备中的螺栓-盘毂联接结构中的螺栓联接参数及工艺等对旋转设备非线性动力学特性及运动稳定性方面的研究还不够成熟。

目前，国内外转子动力学与非线性振动领域的相关学者已认识到轴承参数、螺栓联接结构参数及装配工艺对转子动力学特性的重要影响，并进行了相应的理论研究，但尚无完善的理论体系，因此，针对航空发动机螺栓联接结构参数对转子系统动力学特性影响的理论与试验研究具有重要意义。为实现以上目标，需要一种分析轴承参数、螺栓拧紧工艺参数、螺栓联接结构参数及上述所有参数的组合参数对转子非线性动力学特性影响的试验台。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法。在结构方面，本发明是航空发动机转子系统中的螺栓-盘毂联接结构的一种简化模型，转子两端可装配不同类型的轴承。螺栓-盘毂联接结构通过止口辅助完成转子对中，减少不对中对系统测试的影响。螺栓-盘毂联接结构的圆盘外沿开有两排不同直径的螺栓孔，可实现分析不同螺栓规格、螺栓距轴心距离、螺栓数量等参数对转子系统非线性动力学特性的影响。通过主拧紧枪对螺栓施加拧紧力矩，副拧紧枪限制螺母周向转动，结合主拧紧枪内部集成的扭矩传感器和转角传感器可实现对螺栓施加预紧力矩的准确控制。通过滑轨和固定座的开口槽可实现拧紧枪的位置调节。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种螺栓自动拧紧转子系统试验台，主要由电气驱动及控制系统A、螺栓自动拧紧装置B、非线性支撑-转子系统C、测试传感系统D和底座20组成；

所述的底座20上安装有多颗地脚螺栓，用于固定电机支座3、副拧紧枪支座17、主拧紧枪支座12、轴承座支座13和电涡流传感器支架18；

所述的非线性支撑-转子系统C，主要由转轴、螺栓-盘毂联接结构6、轴承座支座13、轴承及轴承座a9和轴承及轴承座b21组成；