CN113177276A - 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法 - Google Patents

一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113177276A
CN113177276A CN202110457350.0A CN202110457350A CN113177276A CN 113177276 A CN113177276 A CN 113177276A CN 202110457350 A CN202110457350 A CN 202110457350A CN 113177276 A CN113177276 A CN 113177276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
axial
thrust bearing
force
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110457350.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113177276B (zh
Inventor
刘文龙
杨宇
王丹丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AECC Shenyang Engine Research Institute
Original Assignee
AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AECC Shenyang Engine Research Institute filed Critical AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority to CN202110457350.0A priority Critical patent/CN113177276B/zh
Publication of CN113177276A publication Critical patent/CN113177276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113177276B publication Critical patent/CN113177276B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

本申请提供了一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，所述方法包括：确定止推轴承载荷的计算输入，所述计算输入包括高压转子气体轴向力、转子自重载荷、发动机过载和锥齿轮啮合力；根据计算输入确定止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷，其中，止推轴承的轴向载荷根据转子气体轴向力、转子自重载荷与发动机过载的结合在轴向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加轴向力得到，止推轴承的径向载荷根据转子自重载荷与发动机过载的结合在径向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加径向力和切向力得到；根据止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷绘制载荷谱。本申请的方法可以使止推轴承的载荷计算结果更加接近于实际情况，使载荷计算更加真实可靠。

Description

一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法
技术领域
本申请属于航空发动机设计技术领域，特别涉及一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法。
背景技术
航空发动机主轴轴承具有高温、高速、高载荷等特点，是制约发动机整机寿命和可靠性的关键部件。一般情况下，发动机高压轴止推轴承转速更高、承受载荷更大，更容易发生故障。为了保证高压轴止推轴承可靠工作，其所承受载荷是发动机设计重要指标之一。在工程研制中，普遍认为高压轴止推轴承的径向载荷来源于转子重量，轴向载荷来源于高压转子气动轴向力。但该种方法一方面忽略了发动机过载产生的惯性载荷，一方面由于高压轴通过锥齿轮与附加机匣连接，齿轮啮合产生的附加载荷同样没有考虑，这将影响载荷分析的准确性，进一步影响轴承的性能和寿命分析。
发明内容
本申请的目的是提供了一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，所述方法包括：
确定止推轴承载荷的计算输入，所述计算输入包括高压转子气体轴向力、转子自重载荷、发动机过载和锥齿轮啮合力；
根据计算输入确定止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷，其中，止推轴承的轴向载荷根据转子气体轴向力、转子自重载荷与发动机过载的结合在轴向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加轴向力得到，止推轴承的径向载荷根据转子自重载荷与发动机过载的结合在径向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加径向力和切向力得到；
根据止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷绘制载荷谱。
进一步的，所述高压转子气体轴向力Fxq由多个功率状态下的轴向力组成，其中，每个功率状态下的轴向力具有预定的时间占比。
进一步的，转子自重载荷与发动机过载的结合在轴向上的分力形成惯性轴向载荷，所述惯性轴向载荷FRx＝Rxnx；
式中，Rx为转子自重载荷沿轴向的支点单位载荷，nx为轴向过载系数。
进一步的，转子自重载荷与发动机过载的结合在径向上的分力形成惯性径向载荷，所述惯性径向载荷FRz＝Rznz；
式中，Rz为转子自重载荷沿径向的支点单位载荷，nz为径向过载系数。
进一步的，锥齿轮啮合力提供的附加轴向力、附加径向力和附加切向力满足如下：
-Nt×(L1+L34)+Fy3×L34＝0
-Nr×(L1+L34)+Fz3×L34＝0
-Nx+Fx3＝0
式中，Nt、Nr、Nx分别为齿轮啮合的切向力、径向力与轴向力，Fx3、Fy3、Fz3分为止推轴承所受的附加轴向、切向、径向力，L1、L34分别为锥齿轮啮合点与止推轴承之间的轴向跨距、止推轴承与高压轴另一支点滚棒轴承的轴向跨距。
进一步的，所述轴向载荷Fx＝∑(Fxq,FRx,Fx3)。
进一步的，所述径向载荷
Figure BDA0003041007720000021
本申请的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，通过增加对发动机过载以及锥齿轮啮合力所带来的轴向载荷和径向载荷，使止推轴承的载荷计算结果更加接近于实际情况，使载荷计算更加真实可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的航空发动机高压轴止推轴承载荷分析方法流程图。
图2为本申请中的高压轴中央传动锥齿轮结构示意图。
图3为本申请中的高压轴受力简图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决现有技术中对高压轴止动轴承载荷计算不准确，进而导致轴承性能和寿命分析误差较大的问题，本申请提供了一种综合考虑航空发动机转子重量、气动轴向力、机动过载以及锥齿轮附加载荷的高压轴止推轴承载荷计算方法。
如图1所示，本申请提供的航空发动机高压轴止推轴承载荷计算方法主要包括如下过程：
1、确定高压轴止推轴承载荷的计算输入，所述计算输入包括转子气体轴向力、转子自重载荷、发动机过载以及锥齿轮啮合力。
其中，相比于常规的分析方法，本申请的计算输入中考虑了航空发动机实际使用过程中的惯性过载以及转子中锥齿轮结构产生的啮合力。上述四项计算输入均为发动机研制过程中的重要设计指标，属于常规设计分析内容，无需针对本申请的方法开展计算。
2、根据上述四项的计算输入，确定止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷。
2.1、对于转子气体轴向力，其一般受发动机工作功率状态影响，是止推轴承承受轴向载荷的主要来源。高压转子气体轴向力Fxq一般由多个功率状态下的轴向力组成，每个功率状态下的轴向力具有一定的时间占比，高压转子气体轴向力的输入数据参见表1所示。
表1发动机高压转子气动轴向力Fxq示例
功率状态 功率状态1 功率状态2 功率状态3 功率状态4 功率状态5
轴向力/N F<sub>xq1</sub> F<sub>xq2</sub> F<sub>xq3</sub> F<sub>xq4</sub> F<sub>xq5</sub>
时间比例/％ 10 55 30 4 1
对于常规的高压轴止推轴承载荷计算方法而言，一般认为止推轴承的轴向载荷与高压转子气体轴向力Fxq相等，但在本申请的方法中，转子气体轴向力Fxq仅为轴向载荷的计算输入之一。
2.2、对于转子自重载荷，其一般是在仅考虑发动机转子重力情况下，发动机主轴轴承所承受的外部载荷，一般又称为支点单位载荷。发动机高压轴止推轴承支点单位载荷的输入数据参见表2所示。
表2发动机高压轴止推轴承支点单位载荷示例
R<sub>x</sub>(N) R<sub>y</sub>(N) R<sub>z</sub>(N)
n<sub>x</sub>＝1 -2630 0 0
n<sub>y</sub>＝1 0 1100 0
n<sub>z</sub>＝1 0 0 1100
表中：Rx、Ry、Rz分别代表沿X、Y、Z轴方向的支点单位载荷；X、Y、Z轴方向为发动机轴向、切向、径向，顺航向向前、向右、向下为正；nx、ny、nz分别为X、Y、Z轴方向过载系数。
对于常规的高压轴止推轴承载荷计算方法而言，一般认为止推轴承的径向载荷与Rz相等，但在本申请的方法中，径向支点单位载荷Rz仅为径向载荷的计算输入之一。
2.3、对于发动机过载，其一般与发动机设计指标相关，在进行载荷分析时一般可根据实际情况，选取典型的过载数值并匹配适当的时间比例，参见表3所示。
表3发动机径向过载系数nz与时间比例示例
n<sub>z</sub> n<sub>z1</sub> n<sub>z2</sub> n<sub>z3</sub> n<sub>z4</sub> n<sub>z5</sub>
时间比例/％ 65 20 9 5 1
在本申请的方法中，通过将转子自重载荷与发动机过载相结合，得到考虑了惯性过载情况下的惯性轴向载荷FRx和惯性径向载荷FRz，惯性轴向载荷FRx和惯性径向载荷FRz满足下式：
FRx＝Rxnx、FRz＝Rznz
式中，nx、nz分别为轴向和径向过载系数。
2.4、最后，对于锥齿轮啮合力，其一般情况下，发动机高压轴与附件机匣通过中央传动锥齿轮连接，结构示意图见图2，主动锥齿轮2的右侧抵靠于止动轴承3，主动锥齿轮2的左侧与从动锥齿轮1进行啮合。
中央传动锥齿轮产生的啮合力与发动机功率状态密切相关，通常其输入数据见表4。
表4中央传动锥齿轮受力N示例
功率状态 功率状态1 功率状态2 功率状态3 功率状态4 功率状态5
N<sub>t</sub> N<sub>t1</sub> N<sub>t2</sub> N<sub>t3</sub> N<sub>t4</sub> N<sub>t5</sub>
N<sub>r</sub> N<sub>r1</sub> N<sub>r2</sub> N<sub>r3</sub> N<sub>r4</sub> N<sub>r5</sub>
N<sub>x</sub> N<sub>x1</sub> N<sub>x2</sub> N<sub>x3</sub> N<sub>x4</sub> N<sub>x5</sub>
表中：Nt、Nr、Nx分别为齿轮啮合的切向力、径向力与轴向力。
发动机高压轴一般由止推轴承和滚棒轴承共同支撑，止推轴承承受轴向载荷和径向载荷，滚棒轴承承受径向载荷，高压轴受力简图见图3。
根据高压轴受力平衡可得：
-Nt×(L1+L34)+Fy3×L34＝0
-Nr×(L1+L34)+Fz3×L34＝0
-Nx+Fx3＝0
式中，Fx3、Fy3、Fz3分为止推轴承所受的附加轴向、切向、径向力，L1为锥齿轮啮合点与止推轴承之间的轴向跨距，L34为止推轴承与高压轴另一支点滚棒轴承的轴向跨距。
3、通过将上述载荷或力进行综合，可得到止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷。
3.1、止推轴承的轴向载荷由转子气动轴向力、轴向惯性载荷以及锥齿轮附加的轴向载荷叠加而成，其计算公式为：
Fx＝∑(Fxq,FRx,Fx3)。
3.2、止推轴承的径向载荷由转子惯性载荷、锥齿轮附加径向力、锥齿轮附加切向力叠加而成，其计算公式为：
Figure BDA0003041007720000061
4、在本申请的方法中不仅考虑了发动机不同的功率状态，还考虑了发动机不同的过载情况，所以功率状态与过载情况需进行匹配，匹配原则一般需结合发动机实际使用情况，通常情况下大的功率状态匹配大的过载系数，依此组合出新的止推轴承载荷谱，参见表5所示。
表5止推轴承载荷谱
功率状态1+n<sub>z1</sub> 功率状态1+n<sub>z2</sub> 功率状态2+n<sub>z2</sub> 功率状态2+n<sub>z3</sub> ……
F<sub>x</sub> ……
F<sub>z</sub> ……
与现有技术相比，本申请的止推轴承载荷确定方法通过增加机动过载以及锥齿轮附加载荷，其计算结果更加接近于实际情况。此外，更多因素的引入使得载荷计算的组合状态更加细致，载荷谱更加全面，载荷要求也更加苛刻，能够解决根据原有方法计算载荷开展轴承分析时不能及时发现问题的弊端。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，所述方法包括：
确定止推轴承载荷的计算输入，所述计算输入包括高压转子气体轴向力、转子自重载荷、发动机过载和锥齿轮啮合力；
根据计算输入确定止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷，其中，止推轴承的轴向载荷根据转子气体轴向力、转子自重载荷与发动机过载的结合在轴向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加轴向力得到，止推轴承的径向载荷根据转子自重载荷与发动机过载的结合在径向上的分力以及锥齿轮啮合力提供的附加径向力和切向力得到；
根据止推轴承所承受的轴向载荷和径向载荷绘制载荷谱。
2.如权利要求1所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，所述高压转子气体轴向力Fxq由多个功率状态下的轴向力组成，其中，每个功率状态下的轴向力具有预定的时间占比。
3.如权利要求1或2所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，转子自重载荷与发动机过载的结合在轴向上的分力形成惯性轴向载荷，所述惯性轴向载荷FRx＝Rxnx；
式中，Rx为转子自重载荷沿轴向的支点单位载荷，nx为轴向过载系数。
4.如权利要求3所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，转子自重载荷与发动机过载的结合在径向上的分力形成惯性径向载荷，所述惯性径向载荷FRz＝Rznz；
式中，Rz为转子自重载荷沿径向的支点单位载荷，nz为径向过载系数。
5.如权利要求4所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，锥齿轮啮合力提供的附加轴向力、附加径向力和附加切向力满足如下：
-Nt×(L1+L34)+Fy3×L34＝0
-Nr×(L1+L34)+Fz3×L34＝0
-Nx+Fx3＝0
式中，Nt、Nr、Nx分别为齿轮啮合的切向力、径向力与轴向力，Fx3、Fy3、Fz3分为止推轴承所受的附加轴向、切向、径向力，L1、L34分别为锥齿轮啮合点与止推轴承之间的轴向跨距、止推轴承与高压轴另一支点滚棒轴承的轴向跨距。
6.如权利要求5所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，所述轴向载荷Fx＝∑(Fxq,FRx,Fx3)。
7.如权利要求6所述的航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法，其特征在于，所述径向载荷
Figure FDA0003041007710000021
CN202110457350.0A 2021-04-27 2021-04-27 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法 Active CN113177276B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110457350.0A CN113177276B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110457350.0A CN113177276B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113177276A true CN113177276A (zh) 2021-07-27
CN113177276B CN113177276B (zh) 2022-08-19

Family

ID=76926364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110457350.0A Active CN113177276B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113177276B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114510798A (zh) * 2022-01-25 2022-05-17 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机气动轴向力防错分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107944161A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种用于推力矢量发动机固定装置的载荷计算方法
CN110967185A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 中国航发商用航空发动机有限责任公司 转子轴承径向载荷测量方法、装置及航空发动机
CN111766064A (zh) * 2020-07-31 2020-10-13 中国航发贵阳发动机设计研究所 一种舰载主轴轴承冲击试验方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107944161A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种用于推力矢量发动机固定装置的载荷计算方法
CN110967185A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 中国航发商用航空发动机有限责任公司 转子轴承径向载荷测量方法、装置及航空发动机
CN111766064A (zh) * 2020-07-31 2020-10-13 中国航发贵阳发动机设计研究所 一种舰载主轴轴承冲击试验方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114510798A (zh) * 2022-01-25 2022-05-17 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机气动轴向力防错分析方法
CN114510798B (zh) * 2022-01-25 2023-07-21 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机气动轴向力防错分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113177276B (zh) 2022-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113177276B (zh) 一种航空发动机高压轴止推轴承的载荷确定方法
CN109684598B (zh) 一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法
CN101560890A (zh) 涡轮喷气发动机中间箱
CN109766670B (zh) 基于Copula函数的工业机器人用谐波减速器可靠性分析方法
CN112699503B (zh) 一种基于无量纲负荷控制参数的轴流压气机s2反问题设计方法
CN111859715A (zh) 一种基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法
CN113297706B (zh) 一种根据设计指标预测压气机各转速峰值效率点的方法
Wahl Further Studies of Stress Distribution in Rotating Disks and Cylinders Under Elevated-Temperature Creep Conditions
CN114186406A (zh) 一种考虑随机载荷作用的编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的预测方法
CN113051720A (zh) 一种考虑基体碎断的编织陶瓷基复合材料裂纹张开位移的预测方法
CN112380673A (zh) 变速器传动效率优化方法及装置
JP4332800B2 (ja) 電気設備の稼動状態並びに異常劣化診断法
CN106500989A (zh) 一种变速器齿轮接触斑点台架装置
US9709156B2 (en) Bearing shaft
CN110805661A (zh) 一种复合行星减速器
CN113123876A (zh) 无涡轮后机匣构型航空发动机
CN114741800B (zh) 一种基于遗传算法建立盾构主轴承结构优化模型的方法
Bian Optimum Design and Modal Analysis of Reducer Worm Drive for Belt Conveyor by Matlab and ANSYS
CN108256254A (zh) 一种基于样本拓展的非平衡数据多维度参数估计方法
CN113294512B (zh) 一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构
Peng et al. Vibration problems and application of vibration reduction system in engineering
CN115952628B (zh) 一种计算航空发动机涡轮盘盘心等效应力的方法
CN118335258A (zh) 一种高低周复合疲劳加载的复合材料刚度退化建模方法
Gadre et al. Improved Alternated Charting Statistic Multi-Attribute Control Chart to Identify Process Deterioration
CN114722515A (zh) 一种航空发动机轮盘材料弹塑性曲线的构造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant