用于避开高转速有害共振频率的转子试验装置的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，特别地，涉及一种用于避开高转速有害共振频率的转子试验装置。


背景技术：

2.现代中小型航空发动机的研制希望得到更高的发动机性能，同时采用重量更轻的转、静子零件。实现这一目标的一个重要措施就是提高航空发动机的转速，使得中小型航空发动机的转子朝着长径比越来越大、越来越“柔”的方向发展，结构日益复杂，普遍采用高转速、高应变能的柔性转子，现有国内外航空发动机燃气发生器转子转速普遍高于40000r/min，使得试验风险加大，主要体现试验支座在转子的工作转速范围内存在有害的高转速共振频率，导致在该转速下反映出的振动加速度很大，危及高转速下的转子试验安全。
3.现有方案为：采用中部镂空结构的试验支座，见图1。
4.采用中间部分镂空结构的试验支座，其整体刚性降低，经有限元分析和试验验证，在燃气发生器转子转速范围内存在两阶有害共振频率(振型表现为扭转和弯扭)，且共振转速接近燃气发生器转子的工作转速，使得转子在试验过程中因振动超限而无法运行至工作转速，并危及试验安全，影响型号研制进度。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于避开高转速有害共振频率的转子试验装置，以解决采用中间部分镂空结构的试验支座使转子在试验过程中因振动超限而无法运行至工作转速，并危及试验安全，影响型号研制进度的技术问题。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种用于避开高转速有害共振频率的转子试验装置，包括：用于使转子试验装置避开高转速有害共振频率的试验支座、用于稳定传递动力扭矩的传扭轴件、用于安装支撑传扭轴件的轴承座总成；试验支座为实体三角形结构，用于与试验平台可拆卸式固定，且试验支座的上端设有垂直贯穿板面的安装通孔；轴承座总成沿轴向固定装设于安装通孔中，轴承座总成的端面设有沿轴向贯穿轴承座总成的轴承座孔，传扭轴件沿轴向转动装设于轴承座孔中，且传扭轴件延伸出轴承座孔的输入端用于与动力输入设备相连，其相对的输出端延伸出轴承座孔后用于与试验件相连；轴承座总成内还设有用于对传扭轴件进行润滑的润滑油路结构，以使传扭轴件稳定、可靠传递动力和扭矩。
8.进一步地，试验支座为一体成型结构；试验支座的两个下底角上各设有内凹用于安装吊环的吊环螺纹孔，及竖直贯穿下底角且用于安装固定试验支座的紧固件的安装螺纹孔；试验支座的下底边内凹以使相对外凸的下底面形成用于对试验支座进行支撑定位的支承底面。
9.进一步地，轴承座总成包括中空筒状的轴承座主体，及分设于轴承座主体两端的第一端盖构件和第二端盖构件；安装通孔为沿轴向设置的阶梯孔，轴承座主体的第二端外
凸形成限位凸缘，轴承座主体沿轴向装设于安装通孔内，且限位凸缘抵靠阶梯孔的第一限位台阶限位，并轴承座主体的第二端通过周向依次设置的紧固螺钉与限位凸缘可拆卸式固定；轴承座主体的中心孔形成轴承座孔，且第一端盖构件和第二端盖构件分别装设于传扭轴件输入端和输出端的外圆上，并第一端盖构件和第二端盖构件分别与轴承座主体可拆卸式固定，以用于对传扭轴件沿轴向定位，并封堵轴承座孔的两端。
10.进一步地，轴承座总成还包括用于调整轴承座主体相对试验支座沿轴向安装位置的第一调整垫；第一调整垫装设于轴承座主体的外圆上，且位于限位凸缘和第一限位台阶之间。
11.进一步地，传扭轴件包括沿轴向穿设轴承座孔设置的传扭轴，及装设于传扭轴输入端和输出端外圆上的轴承；传扭轴伸出轴承座孔的输入端用于连接动力输入设备，其相对的输出端用于连接试验件，且传扭轴输入端和输出端的外圆上各设有外凸用于定位的第二限位台阶；轴承位于轴承座孔中，且轴承的内侧端与对应侧的第二限位台阶顶抵限位，其相对的外侧端与对应侧的第一端盖构件或第二端盖构件顶抵限位。
12.进一步地，传扭轴包括用于传递扭矩的花键轴和连接轴；花键轴沿轴向转动支设于轴承内，且花键轴输入端的外圆上加工有外花键，以用于与动力输入设备相连；连接轴呈中空筒状，其一端通过连接件固定套装于花键轴输出端的外圆上，其相对的另一端的内壁上设有内花键，以用于与试验件相连。
13.进一步地，第一端盖构件包括用于密封的第一篦齿环，及第一限位端板；第一篦齿环装设于花键轴输入端的外圆上，且内侧端抵靠对应侧的轴承限位；第一限位端板套装于第一篦齿环的外圆上，且抵靠第一篦齿环的外侧端限位，并第一限位端板通过压紧螺钉与轴承座主体可拆卸式固定。
14.进一步地，第二端盖构件包括用于密封的第二篦齿环、用于施加轴承初始压力的碟簧、第二限位端板；第二篦齿环装设于花键轴输出端的外圆上，且其内侧端抵靠对应侧的轴承限位，其相对的外侧端抵靠连接轴的端部限位；碟簧和第二限位端板分别装设于第二篦齿环的外圆上，且碟簧位于对应侧的轴承和第二限位端板之间，并第二限位端板通过压紧螺钉与轴承座主体可拆卸式固定。
15.进一步地，润滑油路结构包括设置于轴承座主体内和第一限位端板内的润滑油路、开设于轴承座主体上且连接润滑油路的油路入口和油路出口、连接于油路入口中的供油嘴、连接于油路出口中的回油嘴、喷油环；喷油环套装于第二篦齿环的外圆上，且限位于碟簧和对应侧的轴承之间；润滑油路连通轴承座主体的两个端面，及轴承、第一篦齿环、第二篦齿环及喷油环。
16.进一步地，转子试验装置还包括用于测量试验时振动加速度的加速度传感器，及用于监测轴承工作温度的温度传感器；加速度传感器设置于试验支座上；温度传感器设置于轴承座主体上。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明专利，旨在解决航空发动机转子在高转速试验时存在的共振问题，设计一种在转速范围内避开有害共振频率的试验支座，提高试验支座的共振频率，同时，设计带该试验支座、轴承座总成及传扭轴件的转子试验装置，用于航空发动机转子试验，覆盖目前各类转子的转速范围，使其有害共振频率在最高转速范围外且具有一定裕度，避免转子在高
转速下试验过程中发生共振，同时保证该试验支座内的轴承座总成及传扭轴件结构有效，传扭轴件能够稳定、可靠地传递动力和扭矩，从而给试验带来安全保障；现有技术中，如背景技术部分所述，为获得更高的发动机性能，主要采用重量更轻的转、静子零件，故而现有发动机转子试验装置的试验支座一般采用如附图1所示的中部镂空结构，进而产生“转子在试验过程中因振动超限而无法运行至工作转速，危及试验安全，影响型号研制进度”技术问题，本发明中，为解决该存在的技术问题，经过长期的探索和大量的试验、设计后，提出解决该技术问题的技术手段，即使本发明中的试验支座为实体三角形结构，“实体”结构，可有效增加结构刚度，从而避开高转速的共振频率，“三角形”结构，增加了结构的稳定性和支承刚性，从而在燃气发生器转子转速范围内不存在有害共振频率，且具有较大的裕度，可满足现有航空发动机转子试验需求，同时，为减小由于试验支座为实体结构设置而导致的试验装置重量增重问题，本发明中，配合设置轴承座总成、传扭轴件及润滑油路结构的设计，使试验装置整体结构简单，工作稳定、可靠；另外，本发明已经过试验验证，试验支座带转子成功运行至燃气发生器转子目标转速，并且在试验转速范围内试验支座上的振动加速度很小，尤其是在高转速无有害共振，试验结果证明可行，并已成功应用于其他型号的转子试验，同时也可指导其他类似结构的转子试验支座设计。
19.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1是现有试验支座的主视结构示意图；
22.图2是本发明优选实施例的转子试验装置的剖视结构示意图；
23.图3是图2中试验支座的主视结构示意图；
24.图4是图2中轴承座总成及传扭轴件装配示意图；
25.图5是图4的主视结构示意图。
26.图例说明
27.10、试验支座；101、安装通孔；102、吊环螺纹孔；103、安装螺纹孔；104、支承底面；105、第一限位台阶；20、传扭轴件；21、传扭轴；211、花键轴；212、连接轴；213、连接件；22、轴承；30、轴承座总成；301、轴承座孔；31、轴承座主体；311、限位凸缘；32、第一端盖构件；321、第一篦齿环；322、第一限位端板；323、压紧螺钉；33、第二端盖构件；331、第二篦齿环；332、碟簧；333、第二限位端板；34、紧固螺钉；35、第一调整垫；36、第二调整垫；40、润滑油路结构；41、润滑油路；42、供油嘴；43、回油嘴；44、喷油环；50、加速度传感器；60、温度传感器。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
29.参照图2，本发明的优选实施例提供了一种用于避开高转速有害共振频率的转子试验装置，包括：用于使转子试验装置避开高转速有害共振频率的试验支座10、用于稳定传
递动力扭矩的传扭轴件20、用于安装支撑传扭轴件20的轴承座总成30。试验支座10为实体三角形结构，用于与试验平台可拆卸式固定，且试验支座10的上端设有垂直贯穿板面的安装通孔101。轴承座总成30沿轴向固定装设于安装通孔101中，轴承座总成30的端面设有沿轴向贯穿轴承座总成30的轴承座孔301，传扭轴件20沿轴向转动装设于轴承座孔301中，且传扭轴件20延伸出轴承座孔301的输入端用于与动力输入设备相连，其相对的输出端延伸出轴承座孔301后用于与试验件相连。轴承座总成30内还设有用于对传扭轴件20进行润滑的润滑油路结构40，以使传扭轴件20稳定、可靠传递动力和扭矩。
30.本发明专利，旨在解决航空发动机转子在高转速试验时存在的共振问题，设计一种在转速范围内避开有害共振频率的试验支座10，提高试验支座10的共振频率，同时，设计带该试验支座10、轴承座总成30及传扭轴件20的转子试验装置，用于航空发动机转子试验，覆盖目前各类转子的转速范围，使其有害共振频率在最高转速范围外且具有一定裕度，避免转子在高转速下试验过程中发生共振，同时保证该试验支座10内的轴承座总成30及传扭轴件20结构有效，传扭轴件20能够稳定、可靠地传递动力和扭矩，从而给试验带来安全保障；现有技术中，如背景技术部分所述，为获得更高的发动机性能，主要采用重量更轻的转、静子零件，故而现有发动机转子试验装置的试验支座一般采用如附图1所示的中部镂空结构，进而产生“转子在试验过程中因振动超限而无法运行至工作转速，危及试验安全，影响型号研制进度”技术问题，本发明中，为解决该存在的技术问题，经过长期的探索和大量的试验、设计后，提出解决该技术问题的技术手段，即使本发明中的试验支座10为实体三角形结构，“实体”结构，可有效增加结构刚度，从而避开高转速的共振频率，“三角形”结构，增加了结构的稳定性和支承刚性，从而在燃气发生器转子转速范围内不存在有害共振频率，且具有较大的裕度，可满足现有航空发动机转子试验需求，同时，为减小由于试验支座10为实体结构设置而导致的试验装置重量增重问题，本发明中，配合设置轴承座总成30、传扭轴件20及润滑油路结构40的设计，使试验装置整体结构简单，工作稳定、可靠；另外，本发明已经过试验验证，试验支座10带转子成功运行至燃气发生器转子目标转速，并且在试验转速范围内试验支座10上的振动加速度很小，尤其是在高转速无有害共振，试验结果证明可行，并已成功应用于其他型号的转子试验，同时也可指导其他类似结构的转子试验支座设计。
31.可选地，如图2和图3所示，试验支座10为一体成型结构，加工工艺简单，且整体结构强度高、稳定性好。试验支座10的两个下底角上各设有内凹用于安装吊环的吊环螺纹孔102，及竖直贯穿下底角且用于安装固定试验支座10的紧固件的安装螺纹孔103；本可选方案中，同螺纹规格的吊环与吊环螺纹孔102连接，在运输过程中起到承重作用，试验支座10与试验平台通过穿设安装螺纹孔103的内六角螺杆连接紧固，拆装便捷。试验支座10的下底边内凹以使相对外凸的下底面形成用于对试验支座10进行支撑定位的支承底面104；本可选方案中，整个试验支座10通过支承底面104与试验平台接触，减少接触面积，进而提高支承底面104的加工精度，保证其与试验平台接触的精度。
32.可选地，如图2和图4所示，轴承座总成30包括中空筒状的轴承座主体31，及分设于轴承座主体31两端的第一端盖构件32和第二端盖构件33。安装通孔101为沿轴向设置的阶梯孔，轴承座主体31的第二端外凸形成限位凸缘311，轴承座主体31沿轴向装设于安装通孔101内，且限位凸缘311抵靠阶梯孔的第一限位台阶105限位，并轴承座主体31的第二端通过周向依次设置的紧固螺钉34与限位凸缘311可拆卸式固定。轴承座主体31的中心孔形成轴
承座孔301，且第一端盖构件32和第二端盖构件33分别装设于传扭轴件20输入端和输出端的外圆上，并第一端盖构件32和第二端盖构件33分别与轴承座主体31可拆卸式固定，以用于对传扭轴件20沿轴向定位，并封堵轴承座孔301的两端。
33.本可选方案中，如图4所示，轴承座总成30还包括用于调整轴承座主体31相对试验支座10沿轴向安装位置的第一调整垫35。第一调整垫35装设于轴承座主体31的外圆上，且位于限位凸缘311和第一限位台阶105之间。第一调整垫35的作用为当传扭轴件20与动力输入设备的动力输入连接后轴向距离偏小时，可通过补加第一调整垫35而减小限位凸缘311的厚度来实现轴向距离的调整。
34.本可选方案中，如图4所示，传扭轴件20包括沿轴向穿设轴承座孔301设置的传扭轴21，及装设于传扭轴21输入端和输出端外圆上的轴承22。传扭轴21伸出轴承座孔301的输入端用于连接动力输入设备，其相对的输出端用于连接试验件，且传扭轴21输入端和输出端的外圆上各设有外凸用于定位的第二限位台阶。轴承22位于轴承座孔301中，且轴承22的内侧端与对应侧的第二限位台阶顶抵限位，其相对的外侧端与对应侧的第一端盖构件32或第二端盖构件33顶抵限位。
35.本可选方案的具体实施例中，如图4所示，传扭轴21包括用于传递扭矩的花键轴211和连接轴212。花键轴211沿轴向转动支设于轴承22内，且花键轴211输入端的外圆上加工有外花键，以用于与动力输入设备相连。连接轴212呈中空筒状，其一端通过连接件213固定套装于花键轴211输出端的外圆上，其相对的另一端的内壁上设有内花键，以用于与试验件相连；连接件213包括压板和锁紧螺钉，压板压紧于连接轴212内腔的台阶面上，且通过穿过压板和花键轴211的锁紧螺钉将连接轴212和花键轴211锁紧固定。传扭轴21的该结构设置，稳定、有效传递扭矩的同时，还可通过更换不同结构类型的连接轴212实现与不同试验件相连，同时保证花键轴211的结构强度，并传扭轴21结构简单、容易加工。
36.本可选方案中，如图4所示，第一端盖构件32包括用于密封的第一篦齿环321，及第一限位端板322。第一篦齿环321装设于花键轴211输入端的外圆上，且内侧端抵靠对应侧的轴承22限位。第一限位端板322套装于第一篦齿环321的外圆上，且抵靠第一篦齿环321的外侧端限位，并第一限位端板322通过压紧螺钉323与轴承座主体31可拆卸式固定。本可选方案中，第一篦齿环321用于在供油旋转环境下，通过篦齿起到封油作用，从而有效防止滑油从第一限位端板322和传扭轴21之间的间隙向外泄露；第一限位端板322用于在试验过程中起到堵塞油路作用，避免漏油，同时沿轴向限位第一篦齿环321，进而定位对应侧的轴承，结构设置简单，同时具有堵塞漏油及轴向定位作用。
37.本可选方案中，如图4所示，第二端盖构件33包括用于密封的第二篦齿环331、用于施加轴承22初始压力的碟簧332、第二限位端板333。第二篦齿环331装设于花键轴211输出端的外圆上，且其内侧端抵靠对应侧的轴承22限位，其相对的外侧端抵靠连接轴212的端部限位。碟簧332和第二限位端板333分别装设于第二篦齿环331的外圆上，且碟簧332位于对应侧的轴承22和第二限位端板333之间，并第二限位端板333通过压紧螺钉323与轴承座主体31可拆卸式固定。本可选方案中，第二篦齿环331用于在供油旋转环境下，通过篦齿起到封油作用，从而有效防止滑油从第二限位端板333和传扭轴21之间的间隙向外泄露；第二限位端板333用于在试验过程中起到堵塞油路作用，避免漏油，同时沿轴向限位碟簧332，使碟簧332给对应侧轴承初始预施加轴向作用力，保证轴承有效装配和工作可靠，该结构设置简
单，同时具有堵塞漏油及轴向定位作用。进一步地，如图4所示，第二端盖构件33还包括第二调整垫36，设置于第二限位端板333和轴承座主体的端面之间。
38.可选地，如图4所示，润滑油路结构40包括设置于轴承座主体31内和第一限位端板322内的润滑油路41、开设于轴承座主体31上且连接润滑油路41的油路入口和油路出口、连接于油路入口中的供油嘴42、连接于油路出口中的回油嘴43、喷油环44。喷油环44套装于第二篦齿环331的外圆上，且限位于碟簧332和对应侧的轴承22之间。润滑油路41连通轴承座主体31的两个端面，及轴承22、第一篦齿环321、第二篦齿环331及喷油环44。工作时，通过供油嘴42供油，供油经润滑油路41到达第一端盖构件32和喷油环44，通过第一端盖构件32和喷油环44的润滑油路41分别给对应侧的轴承22供油，确保轴承22有效润滑和工作可靠，且供油通过重力回油，最后到达回油嘴43流入试验器。润滑油路结构40的结构设置简单，且轴承座内的轴承润滑有效，工作可靠。
39.可选地，如图2和图5所示，转子试验装置还包括用于测量试验时振动加速度的加速度传感器50，及用于监测轴承22工作温度的温度传感器60。加速度传感器50设置于试验支座10上；本可选方案中，在试验支座10的顶面设计一个m5螺纹孔，用于试验时在试验支座10垂直方向安装振动加速度传感器，同时在试验支座10相对两个侧面各设置螺纹孔，安装振动加速度传感器，试验时进行振动加速度参数监测，本发明中，同时设计有竖向和横向的两种振动加速度传感器，其主要作用是在试验过程中监测支座的振动加速度值，使监测结果更准确。温度传感器60设置于轴承座主体31上，本可选方案中，轴承座主体31设计有用于压紧温度传感器60的压紧螺栓，用于在试验过程中分别监测轴承的轴承外环温度。
40.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。