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

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

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

0引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對(duì)中會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)異常增大，進(jìn)而發(fā)生轉(zhuǎn)靜碰摩，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成巨大威脅。因此，研究雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對(duì)中-碰摩耦合故障動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)故障診斷、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障［1-3］、碰摩［4-7］等進(jìn)行了大量的研究，韓清凱等［8］總結(jié)了轉(zhuǎn)子不對(duì)中類型及其建模方法并梳理了航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對(duì)中模式。張宏獻(xiàn)等［9］討論了存在不對(duì)中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性以及不對(duì)中故障定量分析方面的研究。JIANG等［10］對(duì)線性碰摩剛度下的反向全周碰摩動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。不對(duì)中故障下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，軸承和聯(lián)軸器設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變從而改變了振動(dòng)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(duì)中會(huì)引起軸承接觸角、游隙和滾珠轉(zhuǎn)速的周期性變化，增強(qiáng)系統(tǒng)軸向振動(dòng)［11］。對(duì)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究［12-13］表明，不對(duì)中故障特性會(huì)通過(guò)中介軸承傳遞至另一個(gè)轉(zhuǎn)子，由不對(duì)中引起的諧波頻率與雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率相同時(shí)系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生共振。近年來(lái)，不少學(xué)者通過(guò)有限元軟件研究了含不對(duì)中故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性［14-15］及碰摩動(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)軸承剛度模型，并基于Ansys和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所建立模型的正確性。為了更全面地反映碰摩過(guò)程對(duì)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(duì)碰摩影響的動(dòng)力學(xué)模型［19-20］。

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