雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組合不對中-碰摩耦合故障動力學(xué)特性研究

關(guān)鍵詞：軸承不對中；聯(lián)軸器不對中；碰摩；耦合故障；非線性

中圖分類號：TK05；TH113. 1 DOI：10. 16579/j. issn. 1001. 9669. 2025. 01. 001

0引言

航空發(fā)動機雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中會導(dǎo)致振動異常增大，進而發(fā)生轉(zhuǎn)靜碰摩，對發(fā)動機安全穩(wěn)定運行造成巨大威脅。因此，研究雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中-碰摩耦合故障動力學(xué)特性，對故障診斷、結(jié)構(gòu)設(shè)計等具有重要的學(xué)術(shù)價值和工程應(yīng)用價值。

國內(nèi)外學(xué)者對轉(zhuǎn)子不對中故障［1-3］、碰摩［4-7］等進行了大量的研究，韓清凱等［8］總結(jié)了轉(zhuǎn)子不對中類型及其建模方法并梳理了航空發(fā)動機雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中模式。張宏獻等［9］討論了存在不對中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性以及不對中故障定量分析方面的研究。JIANG等［10］對線性碰摩剛度下的反向全周碰摩動力學(xué)特性進行了詳細的研究。不對中故障下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)偏離設(shè)計工況運行，軸承和聯(lián)軸器設(shè)計參數(shù)發(fā)生改變從而改變了振動特性。在軸承不同心故障下，軸承載荷隨標(biāo)高量呈線性變化而軸承套偏角不對中會引起軸承接觸角、游隙和滾珠轉(zhuǎn)速的周期性變化，增強系統(tǒng)軸向振動［11］。對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究［12-13］表明，不對中故障特性會通過中介軸承傳遞至另一個轉(zhuǎn)子，由不對中引起的諧波頻率與雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率相同時系統(tǒng)都會發(fā)生共振。近年來，不少學(xué)者通過有限元軟件研究了含不對中故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性［14-15］及碰摩動力學(xué)特性［16-17］。王美令［18］考慮軸承不在同一水平線、軸承內(nèi)外圈傾斜，將軸承平行不對中等效為軸承受到徑向載荷并產(chǎn)生相應(yīng)的位移量，將軸承角度不對中等效為軸承受到附加彎矩并產(chǎn)生相應(yīng)的角位移，建立了五自由度滾動軸承剛度模型，并基于Ansys和實驗，驗證了所建立模型的正確性。為了更全面地反映碰摩過程對碰摩的影響，研究者提出了一種能夠分析葉片數(shù)量和碰摩間隙變化對碰摩影響的動力學(xué)模型［19-20］。

本文建立了組合不對中和碰摩故障耦合的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究轉(zhuǎn)速、聯(lián)軸器不對中量、不對中角度、中介軸承剛度等關(guān)鍵參數(shù)對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性的影響規(guī)律。