[发明专利]一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法

说明书

本发明公开一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法；本发明借助于碰摩装置，可实现对碰摩参数的精确调节；通过在滑轨上的轴向移动，不仅可实现对多盘‑毂筒‑螺栓连接结构各个盘进行碰摩实验，同时可对高压涡轮盘进行碰摩测试；通过加装弹簧限位锁紧螺母与碰摩间隙锁紧螺母，避免碰摩过程中由于振动引起的弹簧限位螺母与碰摩间隙调节螺母的松动，保证碰摩测试的稳定性；通过旋紧与放松碰摩间隙调节螺母和更换不同线径的外弹簧可实现对碰摩间隙和碰摩刚度的调节；可以广泛考虑螺栓预紧力大小、螺栓拧紧工艺、碰摩形式、碰摩间隙、碰摩刚度、碰摩位置及上述参数的组合对整个转子系统的固有特性及动态特性的影响。

技术领域

本发明属于航空发动机螺栓连接转子系统碰摩故障工况振动测试技术领域，涉及一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法，是一种分析螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩形式、碰摩刚度、碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数对转子系统振动特性影响的实验台和测试方法。

背景技术

螺栓连接结构是航空发动机中连接各个零部件的常用结构，连接结构在一定程度上决定着航空发动机转子系统动力学特性。在传统转子动力学研究中，通常将转子系统看作一个连续整体，忽略螺栓连接结构对转子系统振动特性的影响。事实上，带有大量螺栓连接结构的转子系统固有特性和动态特性与完整转子系统之间存在很大差别，比如工作中接合面接触状态变化和连接刚度软化现象，容易造成振动幅值增大、临界转速变化、诱发碰摩故障及振动特性不稳定等问题。

在现代航空发动机的设计制造中，为了提高效率，会尽可能缩减转子-机匣间隙，而由螺栓连接结构刚度软化效应造成转子系统振动幅值增大与振动特性不稳定极易引发碰摩故障，严重影响发动机性能与飞行安全。同时，转子与机匣的摩擦冲击导致连接结构力学特性和接合面接触状态剧烈变化，造成振动加剧，进一步诱发故障产生。所以考虑螺栓连接结构与碰摩耦合作用下转子系统振动特性仍需深入研究。

目前国内外转子动力学与非线性振动领域的研究人员已经揭示了螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩形式、碰摩位置、碰摩刚度、碰摩间隙及其组合参数对转子动力学特性的重要影响，针对各种故障非线性响应特征，对航空发动机的性能、可靠性和安全性进行了大量的理论研究，而对转子系统中连接结构诱发的碰摩故障和碰摩故障导致连接结构性能变化的研究尚不多见，因此针对航空发动机碰摩参数与螺栓连接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，需要结合航空发动机结构特点，对以上参数及其组合参数进行对照研究。因此，需要一种能够实现以上所有情况的多盘螺栓连接转子碰摩实验台。

发明内容

针对现有技术存在问题，本发明提供一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台及其测试方法。在结构方面，本发明为航空发动机转子系统碰摩故障的一种简化模型，并将高压压气机长螺栓连接结构设计为多盘-毂筒-螺栓连接结构。多盘-毂筒-螺栓连接结构通过止口辅助对中，同时毂筒的螺孔设有六边形沉头孔，减少不对中与毂筒相对转动对测试的影响。碰摩装置可通过滑轨和调节螺栓调节碰摩位置与碰摩间隙，碰摩装置可通过更换线径不同的弹簧实现碰摩刚度调节，同时碰摩装置可以更换单点碰摩模拟装置和转子-机匣碰摩模拟装置，分别模拟高压转子系统的单点碰摩及转子-机匣碰摩故障。碰摩装置内置弹簧避免伸缩杆与弹簧限位器之间的刚性碰撞，进一步提高装置稳定性。在此基础上可以改变螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、碰摩刚度，碰摩位置、碰摩间隙与碰摩类型(定点碰摩与转子-机匣碰摩)，研究上述参数及其组合参数对多盘螺栓连接转子系统的转子动力学特性的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多盘螺栓连接转子碰摩实验台，主要由电气驱动及控制系统A、高压转子系统B、碰摩系统C、测试传感系统D和基座15组成。

所述的基座15上安装有多颗螺栓用于固定电机支架3、轴承座支架10、电涡流传感器支架14和碰摩装置支架13；且基座15上设有滑轨11。