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含滚动轴承的同向和反向旋转双转子系统

时间:2017-6-30 15:37:00   来源:中国轴承网   添加人:admin

  航空动力学报含滚动轴承的同向和反向旋转双转子系统动力学响应罗贵火周海仑2,王飞杨喜关1(1.南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;2.南京航空航天大学民航学院,南京210016)模型中考虑了低压转子与高压转子的中介轴承耦合作用,滚动轴承模型中考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(varyingcompliance)振动等因素。利用仿真模型,进行了同向和反向旋转双转子系统的拍振响应分析,结果表明当高低压转子的转速差较小时,双转子系统的拍振响应明显。同时研究了同转和反转双转子系统轴心轨迹响应的差异,研究表明反向旋转双转子系统的轴心轨迹会形成“花瓣”状。最后,利用双转子试验器验证了仿真结果的正确性,进步验证本文所建模型的正确性。

  188730.html:罗贵火(I960―),男,江西南昌人,副教授,博士,主要研究领域为转子动力学、发动机结构强度与振动等。

  目前,双转子结构已被大多数航空发动机采用,其中,高低压转子同向旋转的双转子发动机居多。另外,为了减轻发动机重量,提高发动机性能,高低压转子反向旋转的双转子结构也被采用,如装备于F22战斗机上的F119发动机。因此,研究同向和反向旋转双转子系统的振动响应特性,对航空发动机的设计和制造将具有重要的意义。

  国内外学者在双转子系统的振动特性方面做了许多的研究,研究了反向旋转双转子系统的轴心轨迹和非线性响应等。分别利用传递矩阵法和有限元法,对双转子系统进行了临界转速、振型和不平衡响等方面的研究。以上研究均将中介轴承简化为弹簧和阻尼。将双转子系统简化为两个不同频的余弦信号,进行了拍振响应分析;对中介轴承单独进行了建模和分析,对同向和反向旋转时中介轴承的寿命进行了对比分析,但是没有与双转子系统进行耦合分析。因此,本文对支承轴承和中介轴承进行了详细建模,并与高低压转子以及机匣相耦合,建立了双转子-滚动轴承-机匣动力学模型,利用双转子系统仿真模型对进行了双转子系统的响应特性进行了分析,并利用双转子试验器对仿真结果进行了验证,结果表明试验与仿真达成了很好的致性。

  1双转子-滚动轴承-机匣蒿合系统动力学模型为本文建立的双转子-滚动轴承-机匣系统模型,高低压转子通过中介支承耦合在一起,高压转子通过支承轴承与机匣耦合在一起。根据高低压转子及轴承动力学关系,可得系统的运动微分方程(1)。

  +是1其中用表示转子在圆盘处的质量,mwl和Mwr表示转子的左右滚动轴承外圈质量,mri和表示转子在左右两端轴承处的质量,mbi和mbr表示转子左右轴承支座质量,x表示转子的转速,1表示转子在圆盘处的质量偏心距,々表示转子刚度,〔b表示转子在轴承处的阻尼,〔表示转子在圆盘航空发动机双转子-滚动轴承-机匣耦合系统的动力学模型示意图滚动轴承模型示意图Fig.处的阻尼,并用下标“1”表示高压转子对应的参数,下标“2”表示低压转子对应的参数。另外,mc表示机匣质量,表示机匣与基础之间的支承刚度,ceh表示机匣与基础之间的阻尼,CIlhi和CIrhi表示左右端轴承支座与机匣之间的支承阻尼,々llhi和々rhi表示左右轴承外圈与轴承座之间的支承刚度,Cllhi和Cuhi表示左右轴承外圈与轴承座之间的挤压油膜阻尼,Fxbu,Fybu,Fxbi和Fybi左端和右端轴承的支承反力在和y方向的分力。

  1.1滚动轴承动力学模型