CN116242624A - 一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器 - Google Patents

Abstract

本申请属于振动机械技术领域，特别涉及一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器。包括：壳体、转轴以及驱动电机。所述壳体为分段结构，多个壳体段之间通过支撑盘组装为一体，所述支撑盘上通过滑块式轴承座安装有偏心块，且所述支撑盘上通过传感器安装座安装有力传感器；所述转轴穿过所述支撑盘的中心，并与所述滑块式轴承座连接；所述驱动电机通过安装架与所述支撑盘连接，且所述驱动电机配置有增速器，所述增速器通过皮带组件与所述转轴连接。本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，在提供高速旋转不平衡振动激励载荷的同时，还能保持与发动机质量、质心以及惯量一致，并且避开了某型发动机高低压转子频率共振区，可更真实的再现发动机振动工况。

Description

一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器

技术领域

本申请属于振动机械技术领域，特别涉及一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器。

背景技术

航空发动机作为飞行动力装置，是最主要的噪声源和振动源之一，而航空发动机振动主要由转子不平衡振动导致。目前，在进行发动机振动相关试验中，一般采用基于激振器/振动台的振动载荷加载方法，但由于激振杆等部件带来的附加刚度导致研究对象边界改变，进一步将会影响载荷的传递特性等。因此亟待设计一种可模拟发动机旋转不平衡振动基本特征的发动机模拟件，为发动机振动传递试验提供振动载荷输入。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器，包括：

壳体，所述壳体为分段结构，多个壳体段之间通过支撑盘组装为一体，所述支撑盘上通过滑块式轴承座安装有偏心块，且所述支撑盘上通过传感器安装座安装有力传感器；

转轴，所述转轴穿过所述支撑盘的中心，并与所述滑块式轴承座连接；

驱动电机，所述驱动电机通过安装架与所述支撑盘连接，且所述驱动电机配置有增速器，所述增速器通过皮带组件与所述转轴连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述支撑盘与所述壳体段通过螺栓连接，所述支撑盘的中心开设有长条孔。

在本申请的至少一个实施例中，所述滑块式轴承座包括轴承座端盖、轴承座滑块以及滚珠轴承，其中，

所述轴承座滑块嵌入所述支撑盘的长条孔中，所述轴承座滑块上开设有传感器安装孔；

所述轴承座端盖设置在所述轴承座滑块的一侧，且所述轴承座端盖与所述轴承座滑块的中心均开设有用于所述转轴穿过的中心孔；

所述滚珠轴承设置在所述轴承座滑块的中心孔中，且与所述轴承座滑块过盈配合。

在本申请的至少一个实施例中，所述偏心块与所述轴承座端盖分别位于所述支撑盘的两侧，所述偏心块与所述轴承座端盖通过螺栓固定连接，实现所述滑块式轴承座以及所述偏心块的定位安装。

在本申请的至少一个实施例中，所述传感器安装座的一端设置有双耳结构，所述双耳结构的两个耳片分别位于所述支撑盘的两侧，并通过螺栓与所述支撑盘固定连接，所述力传感器的一端与所述传感器安装座远离所述双耳结构的一端螺接，所述力传感器的另一端与所述轴承座滑块螺接。

在本申请的至少一个实施例中，所述皮带组件包括大皮带轮、高速皮带以及小皮带轮，其中，

所述增速器的一端与所述大皮带轮连接，所述大皮带轮通过所述高速皮带与所述小皮带轮连接，所述小皮带轮与所述转轴连接。

在本申请的至少一个实施例中，壳体包括4个壳体段，相邻两个所述壳体段之间分别通过第一支撑盘、第二支撑盘以及第三支撑盘连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述偏心块包括第一偏心块、第二偏心块以及第三偏心块，所述第一偏心块通过第一滑块式轴承座安装在所述第一支撑盘上，所述第二偏心块通过第二滑块式轴承座安装在所述第二支撑盘上，所述第三偏心块通过第三滑块式轴承座安装在第三支撑盘上，

所述第一偏心块、所述第二偏心块以及所述第三偏心块的偏心距的调节范围为0～20mm。

在本申请的至少一个实施例中，所述第一滑块式轴承座、所述第二滑块式轴承座以及所述第三滑块式轴承座上均留有加油孔，用于试验开始前添加润滑油。

在本申请的至少一个实施例中，所述力传感器包括第一力传感器、第二力传感器以及第三力传感器，所述第一力传感器通过第一传感器安装座安装在所述第一支撑盘上，所述第二力传感器通过第二传感器安装座安装在所述第二支撑盘上，所述第三力传感器通过第三传感器安装座安装在所述第三支撑盘上。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，在提供高速旋转不平衡振动激励载荷的同时，还能保持与发动机质量、质心以及惯量一致，并且避开了某型发动机高低压转子频率共振区，可更真实的再现发动机振动工况。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的涡扇发动机偏心旋转激励试验器整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的去除壳体后的试验器第一角度视图；

图3是本申请一个实施方式的去除壳体后的试验器第二角度视图；

图4是本申请一个实施方式的支撑盘示意图；

图5是本申请一个实施方式的滑块式轴承座示意图；

图6是本申请一个实施方式的偏心块示意图；

图7是本申请另一个实施方式的偏心块示意图；

图8是本申请一个实施方式的传感器安装座示意图；

图9是本申请一个实施方式的皮带组件示意图；

图10是本申请一个实施方式的安装架示意图；

图11是本申请一个实施方式的动机推力加载点示意图。

其中：

1-壳体；2-驱动电机；3-增速器；4-皮带组件；5-转轴；6-第一偏心块；7-第二偏心块；8-第三偏心块；9-第一安装架；10-第一支撑盘；11-第二支撑盘；12-第三支撑盘；13-第一滑块式轴承座；14-第二滑块式轴承座；15-第三滑块式轴承座；16-第一传感器安装座；17-第二传感器安装座；18-第三传感器安装座；19-第一力传感器；20-第二力传感器；21-第三力传感器；22-大皮带轮；23-高速皮带；24-小皮带轮；25-第二安装架；26-轴承座端盖；27-轴承座滑块；28-滚珠轴承；29-传感器安装孔；30-发动机推力加载点。

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。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图11对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器，包括：壳体1、转轴5、驱动电机2。

具体的，如图1-3所示，壳体1为分段结构，相邻两个壳体段之间通过支撑盘连接，多个壳体段通过支撑盘组装为一体，支撑盘上通过滑块式轴承座安装有偏心块，且支撑盘上通过传感器安装座安装有力传感器，力传感器用于实现各个偏心块偏心力的实时测量及分析；转轴5穿过支撑盘的中心，并与滑块式轴承座连接；驱动电机2通过安装架与支撑盘连接，且驱动电机2配置有增速器3，增速器3通过皮带组件4与转轴5连接。在该试验器中，驱动电机2以及增速器3与转轴5之间通过皮带组件4进行软连接，在增大转速的同时，还可以通过皮带传动的柔性连接极大的减小偏心运转时转轴5振动对驱动电机2和增速器3的损害，以进行长时间振动。

在本申请的优选实施方式中，如图4所示，支撑盘的外缘沿周向均匀开设有安装孔，用于与各个壳体段之间通过螺栓连接，支撑盘的中心开设有长条孔，该长条孔的周围还开设有用于滑块式轴承座以及传感器安装座安装的安装孔。转轴5能够穿过支撑盘中心的长条孔，配合滑块式轴承座实现装配。

在本申请的优选实施方式中，如图5所示，滑块式轴承座包括轴承座端盖26、轴承座滑块27以及滚珠轴承28，其中，轴承座滑块27嵌入支撑盘的长条孔中，轴承座滑块27上开设有用于力传感器的装配的传感器安装孔29；轴承座端盖26设置在轴承座滑块27的一侧，且轴承座端盖26与轴承座滑块27的中心均开设有用于转轴5穿过的中心孔；滚珠轴承28设置在轴承座滑块27的中心孔中，且与轴承座滑块27过盈配合，滚珠轴承28可以选择市场标准货架产品。偏心块与轴承座端盖26分别位于支撑盘的两侧，偏心块与轴承座端盖26通过螺栓固定连接，从而将滑块式轴承座以及偏心块锁紧于支撑盘上，实现滑块式轴承座以及偏心块的定位安装，防止高速旋转下滑动。

在本申请的优选实施方式中，如图6-7所示，给出了两种形式的偏心块结构，一种为圆形偏心块，另一种为椭圆形偏心块。其中，圆形偏心块适合高速旋转(15000R/min)下产生偏心激励载荷，偏心距可调范围为0～20mm。椭圆形偏心块适合中高转速(3500R/min)下产生偏心激励载荷，偏心距可调范围为0～20mm。

在本申请的优选实施方式中，如图8所示，传感器安装座的一端设置有双耳结构，双耳结构的两个耳片分别位于支撑盘的两侧，并通过螺栓与支撑盘固定连接，力传感器的一端与传感器安装座远离双耳结构的一端螺接，力传感器的另一端与轴承座滑块27螺接。

在本申请的优选实施方式中，如图9所示，皮带组件4包括大皮带轮22、高速皮带23以及小皮带轮24，其中，增速器3的一端与大皮带轮22连接，大皮带轮22通过高速皮带23与小皮带轮24连接，小皮带轮24与转轴5连接。本实施例中，大皮带轮22的外径为90mm，一侧凸起插入增速器3进行连接，小皮带轮24的外径为30mm，中心插入转轴5进行连接，大皮带轮22与小皮带轮24通过高速皮带23进行连接，大皮带轮22与小皮带轮24转速比为1：3。通过增速器3以及皮带组件4两级增速实现驱动电机2与转轴5的转速比达到1:9，转轴5及其上的偏心块等最高转速可达20000R/min。

本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，驱动电机2通过安装架与支撑盘连接，如图10所示，第一安装架9与第二安装架25将驱动电机2与增速器3固定于支撑盘上，驱动电机2与增速器3可选择市场上标准货架产品。

在本申请的优选实施方案中，给出了一种具体的试验器结构，其中，壳体1包括4个壳体段，相邻两个壳体段之间分别通过第一支撑盘10、第二支撑盘11以及第三支撑盘12连接。该试验器在三个不同位置设置了偏心块，偏心块包括第一偏心块6、第二偏心块7以及第三偏心块8，第一偏心块6为圆形偏心块，第二偏心块7以及第三偏心块8均为椭圆形偏心块，第一偏心块6通过第一滑块式轴承座13安装在第一支撑盘10上，第二偏心块7通过第二滑块式轴承座14安装在第二支撑盘11上，第三偏心块8通过第三滑块式轴承座15安装在第三支撑盘12上。其中，第一偏心块6可以模拟发动机高压转子处振动激励，第二偏心块7可以模拟发动机质心处振动激励，第三偏心块8可以模拟发动机低压转子处振动激励，实现模拟发动机单点激励或多点同步激励。而且，各个偏心块的偏心距可进行微调(0～20mm)，可根据需求实现同一转速下不同位置不同振动激励量级的调整。

进一步，第一滑块式轴承座13、第二滑块式轴承座14以及第三滑块式轴承座15上均留有加油孔，用于试验开始前添加润滑油，以降低滑块式轴承座内部滚珠轴承摩擦面，以进行长时间振动并提高使用寿命。力传感器包括第一力传感器19、第二力传感器20以及第三力传感器21，第一力传感器19通过第一传感器安装座16安装在第一支撑盘10上，第二力传感器20通过第二传感器安装座17安装在第二支撑盘11上，第三力传感器21通过第三传感器安装座18安装在第三支撑盘12上。

本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，装配时，首先将壳体1各段通过三个支撑盘进行螺接组装。其次，将三个偏心块以及对应的滑块式轴承座依次安装于转轴5上，然后将转轴5等组件穿过各支撑盘，并将滑块式轴承座、偏心块、传感器安装座与支撑盘锁紧。再次，将驱动电机2与增速器3通过第一安装架9以及第二安装架25螺接于第一支撑盘10上，增速器3另一端与大皮带轮22连接，大皮带轮22通过高速皮带23连接小皮带轮24，小皮带轮24与转轴5固定连接，从而驱动转轴5旋转。最后，将三个力传感器分别通过对应的传感器安装座固定于各支撑盘上。在该试验器的壳体1内部设置风扇，风扇中心的圆筒上设置发动机推力加载点30，最大可承受发动机推力23kN，可实现发动机静动载荷的联合加载。

本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，经过紧密装配，在提供高速旋转不平衡振动激励载荷的同时，还能保持质心、质量以及三向转动惯量与某型发动机参数基本一致，进一步模拟发动机振动特性，而且其临界转速避开了某型发动机高低压转子频率共振区，可更真实的再现发动机振动工况，适用于0～20000R/min转速内的偏心旋转激励，并且在3500R/min(某型发动机低压转子转速)以及15000R/min(某型发动机高压转子转速)转速下可实现振动激励力0～5000N范围的无级调整，能够满足某国产发动机研制相关试验中转速及激振力的需求。

本申请的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，能够模拟涡扇发动机旋转不平衡振动的基本特征，为航空发动机振动传递试验提供振动载荷输入，区别于传统的激振器/振动台激励方法，可消除其所带来的边界改变影响。本申请结构相对简单，安装方便，可为其他行业高速旋转试验等需求提供借鉴。

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 (10)

1.一种涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，包括：

壳体(1)，所述壳体(1)为分段结构，多个壳体段之间通过支撑盘组装为一体，所述支撑盘上通过滑块式轴承座安装有偏心块，且所述支撑盘上通过传感器安装座安装有力传感器；

转轴(5)，所述转轴(5)穿过所述支撑盘的中心，并与所述滑块式轴承座连接；

驱动电机(2)，所述驱动电机(2)通过安装架与所述支撑盘连接，且所述驱动电机(2)配置有增速器(3)，所述增速器(3)通过皮带组件(4)与所述转轴(5)连接。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述支撑盘与所述壳体段通过螺栓连接，所述支撑盘的中心开设有长条孔。

3.根据权利要求2所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述滑块式轴承座包括轴承座端盖(26)、轴承座滑块(27)以及滚珠轴承(28)，其中，

所述轴承座滑块(27)嵌入所述支撑盘的长条孔中，所述轴承座滑块(27)上开设有传感器安装孔(29)；

所述轴承座端盖(26)设置在所述轴承座滑块(27)的一侧，且所述轴承座端盖(26)与所述轴承座滑块(27)的中心均开设有用于所述转轴(5)穿过的中心孔；

所述滚珠轴承(28)设置在所述轴承座滑块(27)的中心孔中，且与所述轴承座滑块(27)过盈配合。

4.根据权利要求3所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述偏心块与所述轴承座端盖(26)分别位于所述支撑盘的两侧，所述偏心块与所述轴承座端盖(26)通过螺栓固定连接，实现所述滑块式轴承座以及所述偏心块的定位安装。

5.根据权利要求4所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述传感器安装座的一端设置有双耳结构，所述双耳结构的两个耳片分别位于所述支撑盘的两侧，并通过螺栓与所述支撑盘固定连接，所述力传感器的一端与所述传感器安装座远离所述双耳结构的一端螺接，所述力传感器的另一端与所述轴承座滑块(27)螺接。

6.根据权利要求1所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述皮带组件(4)包括大皮带轮(22)、高速皮带(23)以及小皮带轮(24)，其中，

所述增速器(3)的一端与所述大皮带轮(22)连接，所述大皮带轮(22)通过所述高速皮带(23)与所述小皮带轮(24)连接，所述小皮带轮(24)与所述转轴(5)连接。

7.根据权利要求1所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，壳体(1)包括4个壳体段，相邻两个所述壳体段之间分别通过第一支撑盘(10)、第二支撑盘(11)以及第三支撑盘(12)连接。

8.根据权利要求7所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述偏心块包括第一偏心块(6)、第二偏心块(7)以及第三偏心块(8)，所述第一偏心块(6)通过第一滑块式轴承座(13)安装在所述第一支撑盘(10)上，所述第二偏心块(7)通过第二滑块式轴承座(14)安装在所述第二支撑盘(11)上，所述第三偏心块(8)通过第三滑块式轴承座(15)安装在第三支撑盘(12)上，

所述第一偏心块(6)、所述第二偏心块(7)以及所述第三偏心块(8)的偏心距的调节范围为0～20mm。

9.根据权利要求8所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述第一滑块式轴承座(13)、所述第二滑块式轴承座(14)以及所述第三滑块式轴承座(15)上均留有加油孔，用于试验开始前添加润滑油。

10.根据权利要求9所述的涡扇发动机偏心旋转激励试验器，其特征在于，所述力传感器包括第一力传感器(19)、第二力传感器(20)以及第三力传感器(21)，所述第一力传感器(19)通过第一传感器安装座(16)安装在所述第一支撑盘(10)上，所述第二力传感器(20)通过第二传感器安装座(17)安装在所述第二支撑盘(11)上，所述第三力传感器(21)通过第三传感器安装座(18)安装在所述第三支撑盘(12)上。

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