一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置及其设计方法与流程

本发明涉及航空发动机和旋转机械领域，公开了一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置及其设计方法。

背景技术：

1、当前先进的航空发动机工作转速越来越高，发动机转子往往会过一阶甚至多阶临界转速，对于这样的发动机，其可靠性和结构完整性问题十分突出，而其转子—支承系统的振动和稳定性设计往往是问题的症结。在转子动力学设计时会采用鼠笼（结构如图3所示）作为支承的弹性元件用于调整转子的临界转速。整机试验时会在发动机支点附近或是机匣外部增加振动测点用于监控发动机振动状态或是验证发动机的动力学设计结果。最理想的振动测点安装位置为支点轴承处，但实际情况是由于轴承腔空间狭小、油气、高温等原因无法安装振动传感器。此时通常会在弹性支承的鼠笼笼条上粘贴应变片，通过鼠笼动应力的变化间接获得支点的振动情况。

2、当前确定动应力和支点位移关系的方法是通过有限元分析建立鼠笼动应力和支点位移的关系，该方法第一步在鼠笼安装轴承位置施加单位横向位移获取鼠笼在单位横向变形情况下的应力分布情况，第二步根据鼠笼笼条应力分布情况选择贴片区域，第三步根据贴片区域的大小计算应变片平均应力，得到鼠笼应变片应力与支点位移间的关系。整机试验时根据两者的对应关系获得转子的振动位移。该方法主要问题在于仿真计算对边界十分敏感，计算结果和实际情况存在一定的偏差，此外计算应变片区域平均应力时人为因素影响较大，使得最终测得的应变值和鼠笼的实际变形情况存在较大差异，无法真实模拟发动机转子实际装配形式与不平衡受力工况，达不到监控发动机振动和验证转子动力学设计的作用。严重时可能造成对发动机状态的错误判断导致严重故障发生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置及其设计方法，准确模拟航空发动机鼠笼实际装配形式与不平衡受力工况，提升鼠笼振动应力标定精度。

2、为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

3、一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置，包括：

4、转接轴，所述转接轴的驱动端与驱动电机驱动连接；

5、转接盘，通过轴承同轴安装于所述转接轴上，所述转接盘用于同轴固定安装待标定鼠笼；

6、配重盘，固定安装于所述转接轴上，且所述配重盘和所述驱动端分别位于所述转接盘的两侧；

7、配重块，用于安装在所述配重盘上，以通过旋转产生不平衡力。

8、进一步地，所述配重盘通过锁紧机构同轴固定于所述转接轴上。

9、进一步地，所述配重块为配重螺栓，所述配重盘设有安装孔，所述配重螺栓螺纹连接在安装孔中。

10、进一步地，所述转接盘中心位置同轴设置有套设在所述转接轴上的套筒，所述套筒上设置有用于将转接盘固定在转接轴上的锁紧螺钉。

11、一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置的设计方法，用于设计如前述的航空发动机鼠笼振动应力标定装置，包括：

12、根据待标定鼠笼的几何参数，构建所述航空发动机鼠笼振动应力标定装置三维模型；

13、根据所述航空发动机鼠笼振动应力标定装置三维模型中转接轴的直径、转接盘距离转接轴驱动端端部的距离、转接轴的力学性能参数，分析获得配重盘与转接盘之间的轴向间距；

14、根据配重块距离转接轴轴线的安装半径、鼠笼的刚度、转接轴的力学性能参数、鼠笼的限幅间隙和鼠笼振动应力标定所需的设计转速，通过配重块质量分析模型分析获得所述配重块的质量上限；

15、根据所述配重盘与转接盘之间的轴向间距和所述配重块的质量上限，完成航空发动机鼠笼振动应力标定装置的设计。

16、进一步地，所述转接轴的力学性能参数包括转接轴的设计弯曲刚度和弹性模量。

17、进一步地，所述配重盘与所述转接盘之间的轴向间距通过以下公式确定：

18、

19、其中：为配重盘与所述转接盘之间的轴向间距，为转接轴的设计弯曲刚度，为转接轴材料的弹性模量，为转接轴的直径，为转接盘距离转接轴驱动端端部的距离。

20、进一步地，所述配重块质量分析模型的表达式为：

21、

22、其中，为配重块的质量上限，为鼠笼的限幅间隙，为鼠笼的刚度，为转接轴的设计弯曲刚度，为配重块距离转接轴轴线的安装半径，为鼠笼振动应力标定所需的设计转速。

23、与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：

24、本发明依托包括转接轴、转接盘、配重盘与配重块的标定装置，配合对应的装置设计方法确定配重盘与转接盘轴向间距以及配重块质量上限，能够依托配重块随转轴旋转生成真实不平衡离心载荷，准确模拟航空发动机鼠笼实际装配形式与不平衡受力工况，规避了原有有限元标定方案受仿真边界条件、平均应力计算带来的偏差，而且依托标定装置建立鼠笼应变与实际振动位移的精准对应关系，能够提升鼠笼振动应力标定精度，在发动机整机试验中依托该标定结果能够真实反映支点振动状态，有效避免因振动数据失真误判发动机运行状态、诱发结构故障的技术弊端。

1.一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的航空发动机鼠笼振动应力标定装置，其特征在于，所述配重盘(4)通过锁紧机构同轴固定于所述转接轴(1)上。

3.根据权利要求2所述的航空发动机鼠笼振动应力标定装置，其特征在于，所述配重块为配重螺栓，所述配重盘(4)设有安装孔(41)，所述配重螺栓螺纹连接在安装孔(41)中。

4.根据权利要求1所述的航空发动机鼠笼振动应力标定装置，其特征在于，所述转接盘(3)中心位置同轴设置有套设在所述转接轴(1)上的套筒，所述套筒上设置有用于将转接盘(3)固定在转接轴(1)上的锁紧螺钉。

5.一种航空发动机鼠笼振动应力标定装置的设计方法，用于设计如权利要求1-4任一所述的航空发动机鼠笼振动应力标定装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述转接轴(1)的力学性能参数包括转接轴(1)的设计弯曲刚度和弹性模量。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述配重盘(4)与所述转接盘(3)之间的轴向间距通过以下公式确定：

8.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述配重块质量分析模型的表达式为：