套齿连接转子简化建模及动力特性分析

在进行转子和整机计算时建立套齿结构接触模型会增加计算量，降低计算效率，直接将套齿结构省略又无法体现其刚 度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题，基于航空发动机单圆柱面套齿连接的结构和力学特征，建立了考虑构件间界面 接触状态的力学特征分析模型，提出了考虑套齿结构刚度随参数变化的简化建模方法，并与套齿接触模型进行了对比分析。建立 了单圆柱面套齿连接结构转子简化模型，开展了相应的转子动力特性试验，对比分析了拧紧力矩对转子模态频率的影响。结果表 明：转子简化模型与试验模型最大计算误差小于5%，证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性，可为工程实践中高 效开展含套齿结构转子及整机动力学准确计算分析提供方法与参考。     

拉杆转子力学模型的研究

 提出了一种力学模型。该力学模型刻画了拉杆转子各部件之间在相互联接处的力学状态和性质。用动态子结构方法时一试验模型拉杆转子进行了理论计算,同时在实验室对模型拉杆转子的固有频率进行测试。由计算和试验的对比分析表明,这种力学模型较好地反映了拉杆转子系统的物理本质。     

转子强度整体求解的有限元柔度计算法

本文对既有径向过盈又有轴向预紧、结构复杂的转子的整体强度提出一种计算方法,即先用有限元素法求转子各子结构联接节点柔度,再求联接节点内力,最后求出各子结构变形与应力。其优点是使转子与各子结构间的力学关系清晰,并可在小型计算机或微机上求解大题目。本文提供了该方法的力学模型与基本方程、计算方法和算例。      

转子结构系统界面失效分析及稳健设计方法

针对结构非连续转子中连接界面接触状态变化引起界面力学特征改变,使转子系统动力特性不稳健的问题进行分析,并提出了一种界面接触状态的稳健设计方法。结果表明:该方法通过分析结构非连续转子系统中界面损伤失效的力学过程,对结构特征参数进行优化设计,降低界面力学特性对载荷环境的敏感度。以涡轮转子套齿连接为例进行优化设计得到,在加工装配误差所导致的应力极限情况下,最优解的接触应力水平更加远离应力约束边界,使带有连接界面的结构非连续转子系统的力学特性更加稳健,具有较好的工程应用价值。      

10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算

为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 kW、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转子小间隙内的空气对转子起到了类似“热密封”的作用,当转子损耗功率较大时,仅依靠螺旋槽水冷套并不能有效地冷却转子,还必需辅以定转子小间隙的强迫空气冷却,以进一步降低转子温度。研究结果为大功率高速永磁电机热设计提供了重要参考依据。     

双转子涡扇发动机碰摩振动特征研究

针对某双转子涡扇发动机转子叶片-机匣碰摩振动问题,建立了新型叶片-机匣碰摩的力学模型。将所提出的碰摩模型 应用于某型发动机转子-支承-机匣整机模型中,开展了高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩仿真分析。分析结果表明：碰摩 导致整机振动值较大幅度的增大,同时伴随着高压转子倍频和高低压组合频振动成分。对某发动机整机试车振动数据分析表明： 其振动偏大主要是由于工作过程中转子和静子机匣的热变形不协调导致的高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩引起的,主 要特征表现为振动总量和高压基频振动的增大,同时伴随明显的高压2倍频振动和高低压组合频振动。仿真分析结果与发动机 实测振动数据基本一致。     

高速转子系统支承结构及力学特性设计方法

针对航空发动机高速转子系统支承结构及力学特性设计问题，开展支承结构约束特性（支点位置和支承刚度）对转子系统刚度及转子动力学特性的影响分析，建立转子支承结构约束特性与转子力学特性关联力学模型。通过对转子系统支承结构特征参数与刚度特性、振动特性等力学特性的关联性分析，定量描述了转子支承约束特征及轮盘惯性载荷对转子系统动力学特性的影响规律，在此基础上，提出了基于转子变形控制的支承约束特性与转子力学特性一体化设计方法。仿真计算结果表明:对于高速转子系统可以通过对支点位置及支承约束刚度的设计，调整转子弯曲变形和临界转速的分布特征，使其在通过或靠近弯曲振型临界转速的高转速工作状态下，具有足够的安全裕度。这种通过结构特征参数的变化，优化转子系统力学特性的方法，对航空发动机总体结构布局及动力学设计具有重要的工程参考价值。      

单圆盘转子非线性振动模型及机理

根据转子非线性振动的力学性质及大变形假设,结合工程实际构建了转子非线性振动具有Duffing方程形式的力学模型,推导了非线性系统的等效频率和频响方程,研究了刚度元件、阻尼元件与非线性元件对系统振动的影响.通过单圆盘转子非线性振动实验,验证了非线性振动模型结构与Duffing方程求解及频响方程的合理性与有效性,揭示了共振、突变、滞后等非线性现象的机理,为转子振动特性分析提供了一种新的研究方法.      

航空发动机高速滚珠轴承力学特性分析与研究

滚动轴承是航空发动机转子系统广泛使用的一种支承,其结构和力学特性对转子系统的动力特性有重要的影响,尤其是高速下更为显著。研究高速滚动轴承的力学特性具有十分重要的意义。本文利用拟动力学法,同时考虑径向负荷、轴向负荷、自身离心力以及陀螺力矩作用的影响,建立了高速滚珠轴承载荷分布的分析模型。研究了不同结构参数和载荷参数对滚珠轴承力学特性的影响,得到了滚珠轴承接触角、变形以及接触刚度的变化规律。最后,通过实验进行了验证。      

共用支承-双转子系统振动耦合机理及响应特性

针对带有涡轮级间共用承力框架的双转子系统，采用机械阻抗理论定量描述结构质量/刚度分布特征，建立了复杂转子系统振动耦合机理模型，并提出了针对共用支承-双转子系统的振动耦合点确定方法，以及交互激励瞬态响应仿真方法。仿真结果表明：共用支承-双转子系统振动耦合的力学本质，是转子与支承结构振动交互作用下的动力响应耦合，既包括共用支承结构振动基础激励带来的振动耦合力学行为，又包括多转子交互激励下多频率组合的振动响应耦合力学行为。其中基础激励下耦合程度与支承机械阻抗及转子振型有关，转子间交互激励下耦合程度则受被激转子模态振型影响，被激转子刚体模态振型对基础振动敏感，在激励转子作用下更易产生转子交互激励下振动耦合。     

一种转子空间弯曲轴线的测试方法及试验验证

提出了一种转子空间弯曲轴线的测试技术。针对某实际弯曲转子，首先，利用电涡流位移传感器测量转子不同截面的弯曲向量，得到了在同一绝对坐标下的各截面形心相对于旋转中心的弯曲向量；然后，应用三次样条函数拟合了转子的空间几何中心线，再利用Visual C++ 编程调用OPENGL图形函数，对弯曲转子进行了三维实体显示；最后利用百分表测量法和所提方法进行了对比试验。结果表明:所提方法测得的弯曲转子各截面轴心轨迹与百分表测得的各截面轴心轨迹基本一致，拟合圆结果也基本重合，其中截面1、截面6的拟合圆结果虽有轻微误差，但误差在可允许范围以内，由此验证了该方法的准确性和可行性。      

纤维增强复合材料轴结构铺层方案优化设计

基于细观力学有限元法,采用改进的细观力学代表体积元（RVE）模型预测连续纤维增强金属基复合材料力学性能,对比分析相同体积分数下不同排列RVE模型的计算结果.选定连续纤维增强金属基复合材料轴结构为研究对象,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构细、宏观力学模型,开展该轴结构承载能力计算.在此基础上,为实现连续纤维增强金属基复合材料低压涡轮轴铺层方案优化设计,参照某型航空发动机设计要求,以总铺层厚度为目标函数,采用random design法,确定了由细观RVE排列结构至宏观轴结构铺层方案.结果表明：采用正方形对角排列RVE模型计算的力学性能优于四边形排列RVE模型;纤维与基体呈正方形对角排列可提高轴结构承载能力、临界屈曲载荷、临界转速;该方法确定的铺层方案与通用（GE）公司的SiC/Ti低压涡轮轴铺层方案一致.     

1 种高精度大型阶梯轴圆柱轮廓测量模型

为了提高大型阶梯轴回转部件圆柱轮廓的测量精度,提出1种考虑偏心量、工件倾斜及传感器测头偏移的3偏置测量模型。分析了综合偏置误差对阶梯轴截面圆柱轮廓残余误差的影响及偏置误差在不同工件半径下对圆柱轮廓测量结果的影响,实现了阶梯轴圆柱轮廓精度的准确评定。为了验证3偏置圆柱轮廓测量模型的有效性,采用超精密航空发动机测量仪对大直径阶梯轴的圆柱轮廓进行了测量与评定。结果表明:与传统双偏置测量模型相比,3偏置圆柱轮廓测量模型所评定的大半径阶梯轴同轴度的准确性提高了9.39μm;阶梯轴半径越大,测量精度越高。     

燃气轮机转子动力特性分析的旋转对称有限元模型

本文给出了燃气轮机转子临界转速和不平衡响应计算分析的旋转对称有限元模型,付立叶级数的引入可以使得三维转子只在一个基础扇区上使用三维单元建立有限元模型。与梁单元相比,实体单元能准确描述转子的几何形状。文中给出了一个验证性算例和一个工程实例。      

涡轮泵转子的临界转速研究(Ⅳ)分布质量轴的传递矩阵法

根据旋转的 Timoskenko梁的运动微分方程式 ,导出分布质量轴段的 4× 4阶精确传递矩阵 ,计入轴分布质量的平动惯量、转动惯量、陀螺力矩和剪切变形的影响 ,并计算了三个转子的临界转速。算例的计算结果表明 ,轴模型是否按分布质量考虑、是否计入平动惯量、转动惯量、陀螺力矩和剪切变形 ,对临界转速有明显的差别 ;同时在等截面轴不分段情况下 ,传递矩阵的计算结果和精确解一致性很好 ,表明计算实际转轴临界转速时 ,只需按截面不同划分轴段 ,即所取的轴分段数量少 ,就可以达到很高的计算精度     

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.      

直升机尾传动系统扭转振动建模与特性

将直升机传动系统简化为轴段和当量圆盘的串联系统,建立了直升机尾传动系统扭转振动的等效多自由度动力学模型.模型中考虑了啮合齿轮对的综合啮合误差激励和尾减齿轮的啮合刚度.针对系统的扭转动力学方程,求得了系统的扭转振动响应,分析了直升机尾传动系统在轴的不同扭转刚度和齿轮的不同啮合刚度下的扭转振动的特性,结果表明:与尾斜轴相联的当量圆盘的扭转角位移始终比与水平轴相联的当量圆盘的扭转角位移的数值大,即与尾斜轴相联的尾减输出齿轮振动大于输入齿轮;当轴的扭转刚度变化时,水平轴相联的当量圆盘与尾斜轴相联的当量圆盘的扭转角位移变化的趋势相反;啮合刚度对系统扭转角位移的影响比较大,在建模时应当给予重视.      

基于制造特性的马达轴孔装配有限元分析

基于Pro/E逆向工程技术构建了实际马达轴孔装配体的三维模型,以Abaqus仿真软件为平台,建立了考虑制造特性的有限元仿真模型,开展了关键零部件制造特性对整个装配体力学特性的影响研究。对比了存在制造误差和无制造误差情况下的接触面应力分布及马达轴质心偏移,结果表明制造误差对马达轴孔装配精度和马达质心位置有显著影响且不容忽视。分析了螺钉装配力水平、拧紧顺序及大小和分布状态对马达轴质心偏移的影响规律,得出了几何结构刚度是影响Z向质心偏移的决定性因素,并依据其余方向的质心偏移确定了合适的螺钉拧紧顺序和预紧力优化方法,为提高装配精度和控制马达质心位置的装配工艺优化方法提供参考依据,保证了精密马达系统运行的可靠性和稳定性。     

机电产品安全风险评价模型研究

目前，我国的机电产品在其全寿命周期中基本上不做安全风险评价，一个重要的原因是缺乏有效的风险评价模型。为此，本文提出了一种适合于我国机电产品在设计阶段进行风险评价的通用模型。     

Effects of splined shaft bending rigidity on cylinder tilt behaviour for high-speed electro-hydrostatic actuator pumps

High-speed axial piston pumps are hydraulic power supplies for electro-hydrostatic actuators(EHAs). The efficiency of a pump directly affects the operating performance of an EHA, and an understanding of the physical phenomena occurring in the cylinder/valve plate interface is essential to investigate energy dissipation. The effects of the splined shaft bending rigidity on the cylinder tilt behaviour in an EHA pump need to be considered, because the deflection and radial expansion of a steel shaft rotating at a high speed cannot be ignored. This paper proposes a new mathematical model to predict the cylinder tilt behaviour by establishing a quantitative relationship between the splined shaft deflection, the cylinder tilt angle, and the tilt azimuth angle. The moments exerted by the splined shaft are included in the equilibrium equation of the cylinder. The effects of solid and hollow splined shafts equipped in an EHA pump prototype are compared at variable speeds of 5000–10,000 r/min. With a weight saving of 29.7%, the hollow shaft is experimentally found to have almost no influence on the volumetric efficiency, but to reduce the mechanical efficiency by 0.6–2.4%. The results agree with the trivial differences of the simulated central gap heights of the interface between the two shafts and the enlargement of the simulated tilt angles by the hollow shaft. The findings could guide designs of the cylinder/valve plate interface and the splined shaft to improve both the efficiency and power density of an EHA pump.