航空发动机双转子轴承试验机的设计研究

发布时间：2017-09-29 08:26

  本文关键词：航空发动机双转子轴承试验机的设计研究

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【摘要】：滚动轴承作为航空发动机转子的重要支撑部件,其性能好坏是整个转子系统稳定工作的关键。高速、重载等苛刻的工况要求轴承有更好的使用性能。为了评判轴承性能好坏,采用轴承试验机进行试验轴承的模拟试验成为目前最为有效的方法。本文根据试验轴承的技术参数和指标研制了专用的航空发动机双转子轴承试验机,其主要研究内容和结果如下：(1)研发了一种适用于航空发动机轴承内圈、外圈分别旋转的双转子轴承试验机,针对目前航空发动机轴承高速、重载的苛刻工况,依据试验机技术参数和要求,确定了试验机系统的总体设计方案,包括机械系统、加载系统、驱动系统、润滑系统及电气与控制系统部分,重点对试验机的主体机械结构进行了研究；主要包含主轴、加载装置、试验机底座的结构设计,完成试验机整体三维模型的设计。(2)试验机主轴由两个锥度轴通过法兰螺栓联接构成,为保证高速旋转主轴能够安全可靠地工作,需要对法兰螺栓联接进行研究。论文依据VDI2230高强度螺栓联接设计理论,对主轴法兰螺栓进行了设计和计算。通过对螺栓进行受力分析,得到螺栓的等效载荷；通过对螺栓预紧力和工作载荷进行研究,得到螺栓预紧力与工作载荷之间的关系。同时,为简化对复杂法兰刚度的计算,对法兰单元截面进行等效截面计算,建立法兰联接的刚度等效模型,计算出螺栓的初始预紧力,为之后进行的主轴静动态性能分析提供数据参数。(3)试验机主轴作为试验机正常运转的关键部件,其结构特性影响试验机的使用性能和寿命。为研究主轴的承载性能和振动特性,根据设计的法兰螺栓联接主轴结构,采用ANSYS workbench有限元分析软件对主轴进行动静态特性分析。通过进行动静态特性分析,得到试验机主轴的静刚度、主轴螺栓应力值值及试验轴承内外圈倾角变形量。在试验机主轴动力学模态分析中,提取主轴前6阶固有频率和振型,分析得到主轴临界转速值,分析结果验证了主轴的动静态特性参数满足技术要求,说明主轴结构设计的合理性,保证了试验主轴系统的运转稳定性。本论文研究的航空发动机双转子轴承试验机是一台满足航发轴承试验需求,针对试验轴承内圈和外圈分别旋转的试验机。这些研究可能对其他轴承试验机的研制提供一些思路。
【关键词】：航空轴承 试验机 主轴 法兰联接 动静态特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 国内外轴承试验技术研究现状10-12
• 1.2.2 国内外动静态特性分析研究现状12-15
• 1.3 轴承试验机种类及应用15-16
• 1.3.1 军品轴承试验机15
• 1.3.2 民品轴承试验机15-16
• 1.3.3 其他性能试验机16
• 1.4 目前存在的问题16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 2 轴承试验机总体设计方案18-25
• 2.1 试验轴承概况18-19
• 2.1.1 航空轴承工作要求18-19
• 2.1.2 试验轴承参数19
• 2.2 试验机技术要求19-20
• 2.3 试验机系统方案20-25
• 2.3.1 试验机主体结构21-22
• 2.3.2 加载系统22-23
• 2.3.3 驱动系统23
• 2.3.4 润滑系统23-24
• 2.3.5 电气控制系统24-25
• 3 轴承试验机机械系统设计25-32
• 3.1 主轴设计25-27
• 3.1.1 主轴总体结构设计25-26
• 3.1.2 主轴单元主要结构参数的确定26-27
• 3.2 支撑轴承选型及配置27-29
• 3.3 加载装置设计29-30
• 3.4 试验机底座设计30-32
• 4 轴承试验机主轴法兰螺栓联接计算32-47
• 4.1 VDI2230高强度螺栓联接理论简介32
• 4.2 主轴法兰联接刚度等效模型的建立32-40
• 4.2.1 螺栓等效载荷的计算33-35
• 4.2.2 预紧力—工作载荷关系35-37
• 4.2.3 法兰联接等效面积计算37-38
• 4.2.4 法兰联接刚度模型38-40
• 4.3 螺栓联接的设计计算40-47
• 4.3.1 检查有效范围41
• 4.3.2 确定拧紧系数41
• 4.3.3 最小夹紧载荷41-42
• 4.3.4 螺栓—法兰柔度计算42-45
• 4.3.5 螺栓预紧力45-47
• 5 轴承试验机主轴动静态特性分析47-59
• 5.1 试验机主轴动静态特性分析47-48
• 5.1.1 主轴静态性能及分析的必要性47
• 5.1.2 主轴的动态性能及分析的必要性47-48
• 5.2 轴承试验机主轴有限元分析48-52
• 5.2.1 有限元理论48-49
• 5.2.2 几何模型的建立49-50
• 5.2.3 有限元模型的建立50-52
• 5.3 主轴静态特性分析52-54
• 5.3.1 确定接触、边界条件、加载52-53
• 5.3.2 主轴静刚度分析53-54
• 5.4 主轴结构动力学分析54-59
• 5.4.1 主轴模态分析55-58
• 5.4.2 主轴临界转速分析58-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：940960