CN216899428U - 一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其组成主要包括基本刚度架、上瓦盖、摆架体、T型截面卡座、附加刚度板簧、轴向刚度杆、测振传感器等部件。基本刚度架为整体式，它由轴承座下瓦座、支承杆簧和基本刚度架底托组成，其中支承杆簧采用变截面结构，提高了抗压稳定性。附加刚度板簧实现了支承摆架的可变刚度需求。轴向刚度杆形成了瓦座的轴向刚度、绕垂直轴和水平轴的扭转刚度。本实用新型的航空发动机转子高速动平衡支承摆架，适用于航空发动机转子特殊的滚动轴承支承结构，具有足够的机械振动灵敏度，满足了航空发动机转子的高速动平衡及卧式旋转试验需求。

Description

一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架

技术领域

本实用新型涉及转子高速动平衡及航空发动机转子试验领域，具体而言，是一种高速动平衡机中的转子支承摆架，应用于航空发动机转子的高速动平衡与卧式旋转试验。该支承摆架是高速动平衡机的最核心部件，用于支承被平衡的转子，测量转子旋转时由不平衡量引起的振动信号。其主要技术要求为：适用于滚动轴承支承的航空发动机转子，尽量保持转子在其工作状态下所呈现的动态特性，具有足够的机械振动灵敏度。支承摆架设计的正确与否直接关系到其是否适用于平衡对象、测量结果正确与否、高速动平衡机的性能和平衡效率。

背景技术

高速动平衡机是专门用于挠性转子动平衡测量的设备。工程中许多高速旋转设备的转动件都是挠性转子，都需要进行高速动平衡以降低其运行时的机械振动。根据转子工作时支承轴承类型分，高速旋转设备有滑动轴承和滚动轴承两种支承方式。传统的高速动平衡机支承摆架只适用于滑动轴承支承，不适用于滚动轴承支承。

航空发动机是典型的滚动轴承支承的高速旋转机械，其转动件是典型的挠性转子，但目前没有合适的高速动平衡机用于该类转子的动平衡，其关键在于没有合适的支承摆架适用于这种转子的支承结构。

目前涡轮式航空发动机转子的动平衡，是靠叶片力矩排序、单轮盘及转子段的低速动平衡、严格的配合公差及准确的装配工艺来实现的，以期保证高速旋转下的平衡状态。但实际上，由于航空发动机零部件加工及装配难度大，最终往往难以达到理想的平衡状态，振动超差问题时有发生。因此，在航空发动机研发、制造和维修保养过程中，都十分渴望进行高速动平衡。

涡轮式航空及航天发动机转子与通用机械工业转子的主要区别在于它是由具有复杂结构的滚动轴承支承的，而不是由滑动轴承支承的。针对这种涡轮式航空及航天发动机转子的特殊平衡任务，高速动平衡支承摆架的设计需具备如下技术特征。

1）正确的径向刚度值。也就是支承摆架的径向刚度应与航空及航天发动机的实际径向刚度在同一量级。这样可以保证实际发动机转子在高速动平衡机上所展现的动态特性，与其实际工况近似；也可以保证支承摆架与发动机转子组成的振动系统的固有频率，高于发动机转子最高工作转速时所对应的频率；同时，支承摆架具有足够的机械振动灵敏度，所产生的振动信号幅值足以用于不平衡量的分解计算。

2）径向各向等刚度要求。即支承摆架的支承刚度在垂直方向及水平方向接近相等。这样的设计既与发动机转子的实际刚度特征一致，也可以避免发动机转子临界转速振动峰值被分裂，从而影响测量的正确性。

3）附加自由度上高刚度要求。径向刚度是直接影响航空发动机转子动特性的参数，径向振动是进行动平衡测量的参数，所以支承摆架的径向刚度设计值要准确。但在其它的附加自由度上，包括轴向刚度、绕垂直轴和水平轴的扭转自由度上的刚度，则要求高刚度值。只有这样，才能适应航空发动机转子特殊的滚动轴承支承结构，比如轴承面与支承摆架承载面不重合、同一支承摆架对应航空发动机两个轴承的组合轴承、带鼠笼式阻尼器的复杂轴承等。

4）可变刚度设计。为了拓宽支承摆架适用航空发动机转子参数的范围，为了满足航空发动机转子动特性研究中的支承刚度影响试验要求，支承摆架设计成可变刚度结构，除基本刚度外，还可施加两档附加刚度，从而实现一对支承摆架多档不同刚度。

5）高同心度要求。两支承摆架的轴承孔的同心度精度，应与实际航空发动机转子同心度精度在同一量级，这样才能保证滚柱轴承不偏载、涡轮轴不受附加弯矩。因此，支承摆架的结构应能使两只（一对）摆架一起在机床上加工，以保证同心度精度。

6）轴承座端面定位结构。轴承座除柱面可直接匹配滚动轴承外，两个端面也需精加工，具备定位精度，用以通过工装来适配航空发动机转子滚动轴承的复杂结构。

实用新型内容

基于通用机械滑动轴承转子高速动平衡机支承摆架的应用经验，针对航空发动机滚动轴承转子的结构特点，本实用新型提出了一种新型结构的航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其主要特征有以下几个方面。

核心部件为轴承座下瓦座1，其两侧45°方向各有两根支承杆簧2作为弹性支承件，每侧的两根支承杆簧下部带着基本刚度架底托4。轴承座下瓦座1、支承杆簧2、基本刚度架底托4，三者为整体件，不需要其它任何连接件，以下称此三者一体件为基本刚度架。

基本刚度架每侧的两根支承杆簧2布局要拉开一定距离，以便承受驱动航空发动机转子升降速时传递过来的摩擦力矩。支承杆簧2采用变截面结构，以提高其抗压稳定性。

轴承座还包括上瓦盖15，其与轴承座下瓦座1通过轴承座螺钉14连接，形成完整的轴承座。

上瓦盖15上装有垂直测振传感器16和水平测振传感器17，分别测量轴承座垂直和水平方向的振动，振动信号用于进行动不平衡量的分解计算。

轴承座两端面加工两圈轴承座螺纹孔，分别用于安装滚动轴承连接工装和润滑油的集油回油盘。

基本刚度架的刚度这样来确定，它与轴承座及其上承载的航空发动机转子质量形成振动系统的固有频率，要高于航空发动机转子最高工作时所对应的频率。

基本刚度架底托4通过基本刚度架底托螺钉7与摆架体11固定，摆架体11与摆架底座9焊接在一起，形成整体结构。摆架底座9的四个脚打有螺栓孔，通过底脚固定螺栓6与高速动平衡机机座固定。

配备四个T型截面卡座5，用于安装附加刚度板簧3。其中上部两个T型截面卡座5用螺钉安装于下瓦座1两个45°侧面的中间；另外两个T型截面卡座5压在基本刚度架底托4上，通过螺钉紧固于摆架体11上。

附加刚度板簧3平常不安装在T型截面卡座5上，只有需要增加刚度时才将其通过螺钉与T型截面卡座5固连。每侧两个附加刚度板簧3成为一组，一只支承摆架两侧共需要两组。一对支承摆架需要四组尺寸完全相同的附加刚度板簧3。为了扩大支承摆架的应用范围和满足航空发动机转子动特性试验需要，一对摆架配备两套刚度值不同的附加刚度板簧3

轴承座下瓦座1的两侧装有两个侧耳13，用于安装轴向刚度杆12。轴承座下瓦座1的下部通过一根下延伸杆8与下部轴向刚度杆相连。三套轴向刚度杆形成瓦座的轴向刚度、绕垂直轴和水平轴的扭转刚度。

轴向刚度杆12结构如附图2，它是一根变截面拉压杆，以形成较高的拉压刚度和较低的弯曲刚度。轴向刚度杆12一端通过锁紧螺母18与套筒19的封闭端固定，另一端与摆架体11的伸出臂固定，套筒19与侧耳13固定，其位置可调节并锁紧。轴承座下瓦座1下部的轴向刚度杆结构与此相同。

轴向刚度杆12安装好后，上瓦盖15固定于轴承座下瓦座1上，可对轴承孔柱面和两端面进行精加工。

摆架底座9下部设有一定位平键10，用于支承摆架在高速动平衡机机座上轴向导向和水平方向定位，它随支承摆架在高速动平衡机机座的T型槽内滑动，侧面与T型槽侧壁形成带有公差要求的配合，从而保证支承摆架在高速动平衡机机座上的水平和角度定位精度。

设计并制作一件工装，它的截面尺寸与高速动平衡机机座完全相同，将两只（一对）支承摆架固定在这个工装上，再上机床进行轴承座轴孔柱面和端面进行精加工，以保证两只支承摆架轴承孔的同心度精度要求。

附图说明

图1为本实用新型一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架的示意图。

组成有轴承座下瓦座1、支承杆簧2、附加刚度板簧3、基本刚度架底托4、T型截面卡座5、底脚固定螺栓6、基本刚度架底托螺钉7、下延伸杆8、摆架底座9、定位平键10、摆架体11、轴向刚度杆12、侧耳13、轴承座螺钉14、上瓦盖15、垂直测振传感器16、水平测振传感器17。

图2为轴向刚度杆12结构示意图。

图中标记：锁紧螺母18，套筒19。

具体实施方式

本实用新型的思路是设计一种新型结构的航空发动机转子高速动平衡支承摆架，使其适用于航空发动机滚动轴承转子的结构特点，并使其尽量保持转子在其工作状态下所呈现的动态特性，具有足够的机械振动灵敏度，所产生的振动信号幅值足以用于不平衡量的分解计算。具体实施方式如下所述。

核心部件为轴承座下瓦座1，其两侧45°方向各有两根支承杆簧2作为弹性支承件，每侧的两根支承杆簧下部带着基本刚度架底托4。轴承座下瓦座1、支承杆簧2、基本刚度架底托4，三者为整体件，不需要其它任何连接件，以下称此三者一体件为基本刚度架。

基本刚度架每侧的两根支承杆簧2布局要拉开一定距离，以便承受驱动航空发动机转子升降速时传递过来的摩擦力矩。支承杆簧2采用变截面结构，以提高其抗压稳定性。

轴承座还包括上瓦盖15，其与轴承座下瓦座1通过轴承座螺钉14连接，形成完整的轴承座。

上瓦盖15上装有垂直测振传感器16和水平测振传感器17，分别测量轴承座垂直和水平方向的振动，振动信号用于进行动不平衡量的分解计算。

轴承座两端面加工两圈轴承座螺纹孔，分别用于安装滚动轴承连接工装和润滑油的集油回油盘。

基本刚度架的刚度这样来确定，它与轴承座及其上承载的航空发动机转子质量形成振动系统的固有频率，要高于航空发动机转子最高工作时所对应的频率。

基本刚度架底托4通过基本刚度架底托螺钉7与摆架体11固定，摆架体11与摆架底座9焊接在一起，形成整体结构。摆架底座9的四个脚打有螺栓孔，通过底脚固定螺栓6与高速动平衡机机座固定。

配备四个T型截面卡座5，用于安装附加刚度板簧3。其中上部两个T型截面卡座5用螺钉安装于下瓦座1两个45°侧面的中间；另外两个T型截面卡座5压在基本刚度架底托4上，通过螺钉紧固于摆架体11上。

附加刚度板簧3平常不安装在T型截面卡座5上，只有需要增加刚度时才将其通过螺钉与T型截面卡座5固连。每侧两个附加刚度板簧3成为一组，一只支承摆架两侧共需要两组。一对支承摆架需要四组尺寸完全相同的附加刚度板簧3。为了扩大支承摆架的应用范围和满足航空发动机转子动特性试验需要，一对摆架配备两套刚度值不同的附加刚度板簧3

轴承座下瓦座1的两侧装有两个侧耳13，用于安装轴向刚度杆12。轴承座下瓦座1的下部通过一根下延伸杆8与下部轴向刚度杆相连。三套轴向刚度杆形成瓦座的轴向刚度、绕垂直轴和水平轴的扭转刚度。

轴向刚度杆12结构如附图2，它是一根变截面拉压杆，以形成较高的拉压刚度和较低的弯曲刚度。轴向刚度杆12一端通过锁紧螺母18与套筒19的封闭端固定，另一端与摆架体11的伸出臂固定，套筒19与侧耳13固定，其位置可调节并锁紧。轴承座下瓦座1下部的轴向刚度杆结构与此相同。

轴向刚度杆12安装好后，上瓦盖15固定于轴承座下瓦座1上，可对轴承孔柱面和两端面进行精加工。

摆架底座9下部设有一定位平键10，用于支承摆架在高速动平衡机机座上轴向导向和水平方向定位，它随支承摆架在高速动平衡机机座的T型槽内滑动，侧面与T型槽侧壁形成带有公差要求的配合，从而保证支承摆架在高速动平衡机机座上的水平和角度定位精度。

设计并制作一件工装，它的截面尺寸与高速动平衡机机座完全相同，将两只（一对）支承摆架固定在这个工装上，再上机床进行轴承座轴孔柱面和端面进行精加工，以保证两只支承摆架轴承孔的同心度精度要求。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，包括轴承座下瓦座（1）、支承杆簧（2）、附加刚度板簧（3）、基本刚度架底托（4）、T型截面卡座（5）、底脚固定螺栓（6）、基本刚度架底托螺钉（7）、下延伸杆（8）、摆架底座（9）、定位平键（10）、摆架体（11）、轴向刚度杆（12）、侧耳（13）、轴承座螺钉（14）、上瓦盖（15）、垂直测振传感器（16）、水平测振传感器（17），其特征在于轴承座下瓦座（1）两侧45°方向各有两根支承杆簧（2）作为弹性支承件，每侧的两根支承杆簧下部带着基本刚度架底托（4），轴承座下瓦座（1）、支承杆簧（2）、基本刚度架底托（4），三者为整体件。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其特征在于，支承杆簧（2）采用变截面结构。

3.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其特征在于，轴向刚度杆（12）是一根变截面拉压杆，其一端通过锁紧螺母（18）与套筒（19）的封闭端固定，另一端与摆架体（11）的伸出臂固定，套筒（19）与侧耳（13），其位置可调节并锁紧。

4.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其特征在于，上瓦盖（15）上装有垂直测振传感器（16）和水平测振传感器（17），分别测量轴承座垂直和水平方向的振动。

5.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子高速动平衡支承摆架，其特征在于，配备附加刚度板簧（3），通过T型截面卡座（5）安装。

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