CN111678689A - 弹性环支承转子系统固有特性试验台及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空发动机弹性环支承转子系统固有特性测试领域，涉及弹性环支承转子系统固有特性试验台及其测量方法。本发明提供弹性环支承转子系统固有特性试验台及其测量方法。在结构方面，本发明是航空发动机弹性环支承转子系统中的三级盘结构实体模型，转子两端可装配不同类型的轴承及不同尺寸的弹性环支承组件。三级盘结构通过止口辅助完成转子对中，减少不对中对系统测试的影响。弹性环支承转子系统固有特性测试试验台主要采用LMS模态分析软件及数据采集装置，在LMS模态分析软件中将实验台转子系统的模型进行建立，对试验测点进行规划并将传感器安装在转子试验台上，通过力锤敲击法对转子系统的固有特性进行测量。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机弹性环支承转子系统固有特性测试领域，涉及弹性环支承转子系统固有特性试验台及其测量方法。
背景技术
航空发动机的结构复杂，在工作中会受到机械激振、气动激振等作用，使振动问题突出。机械振动产生破坏主要因共振引起，当激振频率与系统的某阶固有频率接近时，振幅会急剧增大，从而产生严重后果。因此，各阶固有频率和振型是结构承受动力荷载设计中的重要参数，所以必须对发动机的动力学特性进行研究。
航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械，在国防、能源、电力、交通和化工等领域中得到广泛应用并发挥着重要的作用。转子系统是旋转机械的重要组成部分，转子系统的固有特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全。以航空发动机为代表的复杂而重要的旋转机械装备，在工作中会受到机械激振、气动激振等作用，使振动问题突出。机械振动产生破坏主要因共振引起，当激振频率与系统的某阶固有频率接近时，振幅会急剧增大，从而产生严重后果。因此，各阶固有频率和振型是结构承受动力荷载设计中的重要参数，所以必须对发动机的动力学特性进行研究，对转子系统的固有特性(即模态) 进行测量是重要的也是必要的。
目前，对于转子系统人们越来越多的采用柔性支撑来调节临界转速、减小结构振动。弹性环式减振结构是一种重要的柔性支撑，具有结构简单、占用空间小、可靠性高、成本低等特点，能够减小转子共振时的振幅，使得转子顺利通过临界转速，在转子柔性支撑结构中得到了广泛的应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供弹性环支承转子系统固有特性试验台及其测量方法。在结构方面，本发明是航空发动机弹性环支承转子系统中的三级盘结构实体模型，转子两端可装配不同类型的轴承及不同尺寸的弹性环支承组件。三级盘结构通过止口辅助完成转子对中，减少不对中对系统测试的影响。弹性环支承转子系统固有特性测试试验台主要采用LMS模态分析软件及数据采集装置，在LMS模态分析软件中将实验台转子系统的模型进行建立，对试验测点进行规划并将传感器安装在转子试验台上，通过力锤敲击法对转子系统的固有特性(即模态)进行测量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弹性环支承转子系统固有特性试验台，包括三级盘转子系统A、弹性环支承系统B和底台；
所述的底台上表面通过螺栓固定两个轴承座底座，弹性环支承系统B固定在轴承座底座上端，三级盘转子系统A与弹性环支承系统B相连；
所述的三级盘转子系统A是由转轴、轴毂结构、一级盘、二级盘和三级盘组成，其中转轴和轴毂结构以套齿联接的形式装配在一起，3个盘结构通过过盈配合方式安装在轮毂结构上；
所述的弹性环支承系统B包括轴承座、弹性支承组件和轴承座底座，轴承座固定于轴承座底座的上端，轴承座上开设圆孔，圆孔中设置弹性支承组件；
所述的弹性支承组件是由外凸环、轴承、内凸环套设而成的，其中外凸环与轴承座相接触，内凸环与转轴相接触；所述的外凸环外表面设有梯形凸起，成偶数个均匀分布在环的外侧；所述的内凸环内表面设有梯形凸起，成偶数个均匀分布在环的外侧；外凸环和内凸环的凸起个数相同且相互间隔。
所述的测试传感系统主要由压电式加速度传感器、LMS模态分析软件及数据采集装置组成；测试的具体环节主要包括：有限元模型建立、LMS软件中测点选取、压电式加速度传感器的胶粘、力锤敲击、数据处理与分析等。
在进行试验测试之前首先在LMS模态分析软件中对实验台转子系统的模型进行建立，然后对试验测点分布进行规划，测点分布规划完毕后在试验台转子系统的对应位置进行压电式加速度传感器的胶粘，传感器粘贴工作结束后即可进行力锤敲击来对转子系统的模态进行测量，在这里要注意为保证系统的可辨识性，进行模态测试试验时一般要求激励点(即敲击点)不靠近节点或节线附近，即要求激励点的位移响应值大于零，不然某些模态不能被激励出来。
一种弹性环支承转子系统固有特性(模态)的测量方法，用于测量弹性环支承转子系统的模态，所述的弹性环组件包括外凸环、轴承、内凸环，测量方法具体如下：
(1)在LMS模态分析软件中对实验台转子系统的模型进行建立，在建立过程中可忽略一些细节因素，只建立简化模型即可。
(2)模型建立完毕后对试验测点分布进行规划，测点分布规划完毕后在试验台转子系统的对应位置进行压电式加速度传感器的胶粘，在胶粘过程中要严格按照LMS软件中的测点规划位置进行传感器的粘贴。
(3)传感器粘贴工作结束后即可进行力锤敲击来对转子系统的模态进行测量，在这里要注意为保证系统的可辨识性，进行模态测试试验时一般要求激励点(即敲击点)不靠近节点或节线附近，即要求激励点的位移响应值大于零，不然某些模态不能被激励出来。
本试验过程中有如下需要着重注意：
(1)在进行力锤敲击的过程中要注意敲击力不宜过大，如果敲击力过大在 LMS软件上会有“过载”警告。
(2)在进行力锤敲击的过程中要注意不能黏连敲击，即不能出现二次敲击的情况。
(3)在胶粘传感器的过程中要注意其胶粘方向，由于传感器是三相传感器，即能够对X、Y、Z三个方向的变化进行测量，胶粘时要保证传感器的方向与所要测量的方向所在轴线平行。
(4)由于本试验在每个测点上都胶粘了传感器，所以力锤敲击过程中只需敲击一点即可，本试验设置敲击五次取平均值，以保证试验的准确性及精确性。
本发明的有益效果：
本发明的试验台在以往的普通试验台基础上添加了弹性环组件，增加了弹性环组件的转子系统能够保证测得数据的准确性及精密性。通过LMS模态分析软件及数据采集装置，在LMS模态分析软件中将实验台转子系统的模型进行建立，对试验测点进行规划并将传感器安装在转子试验台上，通过力锤敲击法对转子系统的固有特性(即模态)进行测量。
本发明通过改变轴承的型号，可以对不同尺寸的弹性环进行装配，并且可以在实验台转子系统的模型上进行不同位置的测点规划，进而能够以不同的方式通过力锤敲击法对转子系统的固有特性(即模态)进行测量，保证了测量的准确性。
附图说明
图1为本发明的实验台系统组成示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的弹性环支承三级盘转子系统示意图。
图4为本发明的盘轴联接结构示意图。
图5(a)为本发明的弹性支承组件主视图。
图5(b)为本发明的弹性支承组件立体图。
图6为本发明的轴承座示意图。
图7为本发明的轴承座底座示意图。
图8为弹性环组件示意图。
图9为实验底台示意图。
图中：A为三级盘转子系统、B为弹性环支承系统。1轴承座底座；2弹性环组件；3转轴；4轮毂结构；5一级盘；6二级盘；7三级盘；8轴承座；10螺栓；11底台。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，一种弹性环支承转子系统固有特性测试试验台，主要由三级盘转子系统A、弹性环支承系统B、测试传感系统和底台11组成；
所述的底台11安装有多颗地脚螺栓，用于固定轴承座支座1。
如图3所示，所述的三级盘转子系统A是由转轴3、轴毂结构4、一级盘5、二级盘6和三级盘7组成，其中转轴3和轴毂结构4以套齿联接的形式装配在一起，3个盘结构通过过盈配合方式安装在轮毂结构4上；盘轴联接结构3、4 的结构如图4所示；
所述的测试传感系统主要由压电式加速度传感器、LMS模态分析软件及数据采集装置组成；测试的具体环节主要包括：有限元模型建立、LMS软件中测点选取、压电式加速度传感器的胶粘、力锤敲击、数据处理与分析等。
做好前期准备后进行弹性环支承转子系统固有特性(即频率)的测量，一种弹性环支承转子系统固有特性(即频率)的测量方法，用于测量弹性环支承转子系统的固有特性(即频率)，具体如下：
(1)在LMS模态分析软件中对实验台转子系统的模型进行建立，在建立过程中可忽略一些细节因素，只建立简化模型即可。
(2)模型建立完毕后对试验测点分布进行规划，测点分布规划完毕后在试验台转子系统的对应位置进行压电式加速度传感器的胶粘，在胶粘过程中要严格按照LMS软件中的测点规划位置进行传感器的粘贴。
(3)传感器粘贴工作结束后即可进行力锤敲击来对转子系统的模态进行测量，在这里要注意为保证系统的可辨识性，进行模态测试试验时一般要求激励点(即敲击点)不靠近节点或节线附近，即要求激励点的位移响应值大于零，不然某些模态不能被激励出来。
本试验过程中有如下需要着重注意的点：
(1)在进行力锤敲击的过程中要注意敲击力不宜过大，如果敲击力过大在 LMS软件上会有“过载”警告。
(2)在进行力锤敲击的过程中要注意不能黏连敲击，即不能出现二次敲击的情况。
(3)在胶粘传感器的过程中要注意其胶粘方向，由于传感器是三相传感器，即能够对X、Y、Z三个方向的变化进行测量，胶粘时要保证传感器的方向与所要测量的方向所在轴线平行。
(4)由于本试验在每个测点上都胶粘了传感器，所以力锤敲击过程中只需敲击一点即可，本试验设置敲击五次取平均值，以保证试验的准确性及精确性。基于以上测试方法本发明主要在于对弹性环支承转子系统的固有特性(即频率) 进行测量，以下阐述本发明所能实现的多种工况：
主要试验工况变化在于：通过LMS模态分析软件及数据采集装置，在LMS 模态分析软件中将实验台转子系统的模型进行建立，对试验测点进行规划并将传感器安装在转子试验台上，通过力锤敲击法对转子系统的固有特性(即模态) 进行测量。通过改变轴承的型号，可以对不同尺寸的弹性环进行装配，并且可以在实验台转子系统的模型上进行不同位置的测点规划，进而能够以不同的方式通过力锤敲击法对转子系统的固有特性(即模态)进行测量，保证了测量的准确性。
本实验台能够全面的测量弹性环支承转子系统的固有特性(即频率)并得到准确的结果。
Claims (5)
1.弹性环支承转子系统固有特性试验台，其特征在于，包括三级盘转子系统A、弹性环支承系统B和底台；
所述的底台上表面通过螺栓固定两个轴承座底座，弹性环支承系统B固定在轴承座底座上端，三级盘转子系统A与弹性环支承系统B相连；
所述的三级盘转子系统A是由转轴、轴毂结构、一级盘、二级盘和三级盘组成，其中转轴和轴毂结构以套齿联接的形式装配在一起，3个盘结构通过过盈配合方式安装在轮毂结构上；
所述的弹性环支承系统B包括轴承座、弹性支承组件和轴承座底座，轴承座固定于轴承座底座的上端，轴承座上开设圆孔，圆孔中设置弹性支承组件；
所述的弹性支承组件是由外凸环、轴承、内凸环套设而成的，其中外凸环与轴承座相接触，内凸环与转轴相接触；所述的外凸环外表面设有梯形凸起，成偶数个均匀分布在环的外侧；所述的内凸环内表面设有梯形凸起，成偶数个均匀分布在环的外侧；外凸环和内凸环的凸起个数相同且相互间隔。
2.如权利要求1所述的弹性环支承转子系统固有特性试验台，其特征在于，所述的试验台包括测试传感系统，测试传感系统包括压电式加速度传感器、LMS模态分析软件及数据采集装置。
3.采用权利要求2所述的弹性环支承转子系统固有特性试验台的测试方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：在LMS模态分析软件中对实验台转子系统的模型进行建立；
步骤二：模型建立完毕后对试验测点分布进行规划，测点分布规划完毕后在试验台转子系统的对应位置进行压电式加速度传感器的胶粘，在胶粘过程中要严格按照LMS软件中的测点规划位置进行粘贴；
步骤三：传感器粘贴工作结束后即可进行力锤敲击来对转子系统的模态进行测量，要求激励点的位移响应值大于零。
4.如权利要求3所述的弹性环支承转子系统固有特性试验台的测试方法，其特征在于，步骤二中，在胶粘压电式加速度传感器的过程中要注意其胶粘方向，保证传感器的方向与所要测量的方向所在轴线平行。
5.如权利要求3或4所述的弹性环支承转子系统固有特性试验台的测试方法，其特征在于，步骤三中，在进行力锤敲击的过程中不能出现二次敲击的情况。
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