留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

中介轴承波纹度对双转子系统动力学特性的影响

李静 曹树谦 郭虎伦

李静, 曹树谦, 郭虎伦. 中介轴承波纹度对双转子系统动力学特性的影响[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1794-1804. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190317
引用本文: 李静, 曹树谦, 郭虎伦. 中介轴承波纹度对双转子系统动力学特性的影响[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1794-1804. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190317
Li Jing, Cao Shuqian, Guo Hulun. Effects of Surface Waviness of Intershaft Bearing on Dynamic Characteristics of Dual Rotor System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1794-1804. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190317
Citation: Li Jing, Cao Shuqian, Guo Hulun. Effects of Surface Waviness of Intershaft Bearing on Dynamic Characteristics of Dual Rotor System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1794-1804. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190317

中介轴承波纹度对双转子系统动力学特性的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190317
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11672201

国家自然科学基金项目 11872045

航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目 2017-IV-0008-0045

详细信息
    作者简介:

    李静(1995-), 硕士研究生, 研究方向为航空发动机转子动力学, jodie_li_tju@163.com

    通讯作者:

    曹树谦, 教授, 博士生导师, sqcao@tju.edu.cn

  • 中图分类号: V231

Effects of Surface Waviness of Intershaft Bearing on Dynamic Characteristics of Dual Rotor System

  • 摘要: 针对航空发动机双转子系统,根据转子动力学理论和拉格朗日方程建立中介轴承-双转子系统模型,采用数值仿真方法获得系统动力学特性,借助时变刚度曲线、幅频响应曲线、三维瀑布图、分岔图以及庞加莱截面图等,对比分析了理想中介轴承-双转子系统和考虑波纹度的中介轴承-双转子系统的时变刚度特性、中介轴承力、主共振、频谱特征以及分岔与混沌特性。结果表明,中介轴承波纹度使双转子系统运动状态更加复杂,尤其在较低转速下,波纹度会对双转子系统的动力学特性产生显著影响。
  • 图  1  双转子系统模型

    图  2  中介轴承模型

    图  3  中介轴承时变刚度

    图  4  理想中介轴承力

    图  5  考虑波纹度的中介轴承力

    图  6  理想中介轴承-双转子系统幅频曲线

    图  7  考虑波纹度的中介轴承-双转子系统幅频曲线

    图  8  不同常数间隙时高压转子幅频曲线

    图  9  不同滚动体数时高压转子幅频曲线

    图  10  忽略不平衡激励的三维瀑布图

    图  11  系统三维瀑布图

    图  12  低压转子频谱图(ω1=250 rad/s)

    图  13  高压转子频谱图(ω1=250 rad/s)

    图  14  低压转子频谱图(ω1=700 rad/s)

    图  15  高压转子频谱图(ω1=700 rad/s)

    图  16  低压转子分岔图

    图  17  高压转子分岔图

    图  18  不同转速下的庞加莱截面图

    表  1  系统计算参数

    参数 数值
    低压转子长度L/m 0.4
    转速比λ -1.3
    低、高压转子粘性阻尼系数C1, C2/(N·s·m-1) 1 400, 1 200
    转子弹性模量E/Pa 2×1011
    支承刚度α/(N·m-1) 1×107
    低、高压转子盘偏心距s1, s2/m 7×106, 3×10-6
    低、高压转子盘半径ri, ro/m 0.1, 0.1
    低、高压转子盘质量m1, m2/kg 6, 10
    低、高压转轴密度ρ1, ρ2/(kg·m-1.5) 7 800, 7 800
    低压转轴半径R1/m 0.029
    高压转轴内、外半径R2, R3/m 0.064, 0.08
    中介轴承内外滚道半径Ri, Ro/m 0.03, 0.062
    中介轴承径向游隙δ0/m 2×10-6
    中介轴承刚度k/(N·m-1.5) 3×109
    滚动体数Nb 9
    下载: 导出CSV
  • [1] 毛起广.表面粗糙度的评定和测量[M].北京:机械工业出版社, 1991
    [2] Ferraris G, Maisonneuve V, Lalanne M. Prediction of the dynamic behavior of non-symmetrical coaxial co-or counter-rotating rotors[J]. Journal of Sound and Vibration, 1996, 195(4):649-666 doi: 10.1006/jsvi.1996.0452
    [3] Hu Q H, Deng S E, Teng H F. A 5-DOF model for aeroengine spindle dual-rotor system analysis[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2011, 24(2):224-234 doi: 10.1016/S1000-9361(11)60027-7
    [4] 邓四二, 付金辉, 王燕霜, 等.航空发动机滚动轴承-双转子系统动态特性分析[J].航空动力学报, 2013, 28(1):195-204 http://www.cqvip.com/QK/91591X/20131/45184707.html

    Deng S E, Fu J H, Wang Y S, et al. Analysis on dynamic characteristics of aero-engine rolling bearing/dual-rotor system[J]. Journal of Aerospace Power, 2013, 28(1):195-204(in Chinese) http://www.cqvip.com/QK/91591X/20131/45184707.html
    [5] Chen G. Vibration modelling and verifications for whole aero-engine[J]. Journal of Sound and Vibration, 2015, 349:163-176 doi: 10.1016/j.jsv.2015.03.029
    [6] 路振勇.航空发动机转子系统的动力学建模及非线性振动研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017

    Lu Z Y. Dynamical modeling and nonlinear vibration study of aero-engine rotor system[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2017(in Chinese)
    [7] 崔江.双转子-滚动轴承系统的动力学特性研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017

    Cui J. Dynamic characteristic research of dual rotor-rolling bearing systems[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2017(in Chinese)
    [8] 胡绚.反向旋转双转子系统动力学特性研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2007

    Hu X. Research on the dynamical characteristics of counter-rotating dual-rotor system[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2007(in Chinese)
    [9] 杨喜关.航空发动机反向旋转双转子系统及中介轴承动力特性研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2014

    Yang X G. Research on dynamic characteristics of counter-rotating dual-rotor system and intermediate bearing in aero-engines[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2007(in Chinese)
    [10] Wang N F, Jiang D X, Xu H Z. Dynamic characteristics analysis of a dual-rotor system with inter-shaft bearing[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G:Journal of Aerospace Engineering, 2019, 233(3):1147-1158 doi: 10.1177/0954410017748969
    [11] 白雪川, 曹树谦, 杨蛟, 等.机动飞行时航空发动机反向旋转双转子动力学实验研究[J].机械科学与技术, 2015, 34(4):623-628 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0427

    Bai X C, Cao S Q, Yang J, et al. Experiment research on aero-engine counter-rotating dual-rotor dynamics subjected to maneuvering conditions[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2015, 34(4):623-628(in Chinese) doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0427
    [12] Harsha S P, Sandeep K, Prakash R. Nonlinear dynamic response of a rotor bearing system due to surface waviness[J]. Nonlinear Dynamics, 2004, 37(2):91-114 doi: 10.1023/B:NODY.0000042916.10351.ff
    [13] 刘静.滚动轴承缺陷非线性激励机理与建模研究[D].重庆: 重庆大学, 2014

    Liu J. Nonlinear vibration mechanisms and modeling of defects in rolling element bearings[D]. Chongqing: Chongqing University, 2014(in Chinese)
    [14] 刘国云, 曾京, 戴焕云, 等.考虑轴箱轴承表面波纹度的高速车辆振动特性分析[J].机械工程学报, 2016, 52(14):147-156 http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=669831478

    Liu G Y, Zeng J, Dai H Y, et al. Vibration performance of high-speed vehicles under axle box bearing surface waviness[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(14):147-156(in Chinese) http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=669831478
    [15] 符毅强, 陈予恕, 侯磊, 等.反向旋转双转子系统滞后特性分析[J].振动与冲击, 2015, 34(15):23-27, 37 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZDCJ201515006.htm

    Fu Y Q, Chen Y S, Hou L, et al. A counter-rotating dual-rotor system's hysteretic characteristics[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(15):23-27, 37(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZDCJ201515006.htm
    [16] 顾晓辉, 杨绍普, 刘永强, 等.表面波纹度对滚动轴承-转子系统非线性振动的影响[J].振动与冲击, 2014, 33(8):109-114 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZDCJ201408019.htm

    Gu X H, Yang S P, Liu Y Q, et al. Effect of surface waviness on nonlinear vibration of a rotor with ball bearings[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(8):109-114(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZDCJ201408019.htm
    [17] Hou L, Chen Y S, Fu Y Q, et al. Application of the HB-AFT method to the primary resonance analysis of a dual-rotor system[J]. Nonlinear Dynamics, 2017, 88(4):2531-2551 doi: 10.1007/s11071-017-3394-4
    [18] Harsha S P. Nonlinear dynamic analysis of a high-speed rotor supported by rolling element bearings[J]. Journal of Sound and Vibration, 2006, 290(1-2):65-100 doi: 10.1016/j.jsv.2005.03.008
    [19] 王海飞, 陈果.含滚动轴承径向游隙的航空发动机整机振动响应特征分析[J].推进技术, 2016, 37(5):945-959 http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjjs201605020

    Wang H F, Chen G. Characteristics analysis of aero-engine whole vibration response with rolling bearing radial clearance[J]. Journal of Propulsion Technology, 2016, 37(5):945-959(in Chinese) http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjjs201605020
    [20] 符毅强.双转子系统非线性动力学响应分析[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2015

    Fu Y Q. Nonlinear dynamic response analysis of dual-rotor system[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2015(in Chinese)
  • 加载中
图(18) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  217
  • HTML全文浏览量:  90
  • PDF下载量:  22
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-21
  • 刊出日期:  2020-11-01

目录

    /

    返回文章
    返回