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循环冲击激励下某发动机附件传动系统的振动特性研究

严红 刘正强 蒋沁辰 任鸿飞

严红,刘正强,蒋沁辰, 等. 循环冲击激励下某发动机附件传动系统的振动特性研究[J]. 机械科学与技术,2024,43(3):438-445 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274
引用本文: 严红,刘正强,蒋沁辰, 等. 循环冲击激励下某发动机附件传动系统的振动特性研究[J]. 机械科学与技术,2024,43(3):438-445 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274
YAN Hong, LIU Zhengqiang, JIANG Qinchen, REN Hongfei. Study on Vibration Characteristics of Accessory Transmission System of an Engine Under Cyclic Impact Excitation[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(3): 438-445. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274
Citation: YAN Hong, LIU Zhengqiang, JIANG Qinchen, REN Hongfei. Study on Vibration Characteristics of Accessory Transmission System of an Engine Under Cyclic Impact Excitation[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(3): 438-445. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274

循环冲击激励下某发动机附件传动系统的振动特性研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274
详细信息
    作者简介:

    严红,工程师,硕士,homeyam@163.com

  • 中图分类号: V233.1

Study on Vibration Characteristics of Accessory Transmission System of an Engine Under Cyclic Impact Excitation

  • 摘要: 考虑到某涡桨发动机中附件传动系统动力学建模困难的问题,本文基于子结构总体耦合矩阵法,将同轴多转子耦合系统和斜交弧齿锥齿轮耦合多转子子系统的动力学模型加以综合和扩展,建立了主转子与附件传动系统耦合系统的动力学模型,并推导了动力学方程,使用变阶次Adams-Bashforth-MoutlonPECE算法对动力学方程进行求解,获得不同循环冲击载荷谱下,系统的动态响应,研究了该型航空发动机主转子与附件耦合系统的振动特性。结果表明:该下斜附件传动系统由于第三级齿轮副传递扭矩较大,同时斜齿轮副相较于弧齿锥齿轮副运转平稳性差,故两种交变载荷下各级齿轮副的最大法向相对位移、最大动载系数均值及最大法向振动加速度均方根均发生在斜传下斜齿轮副上;各级齿轮副沿法线方向的振动均为周期振动,且一个负载周期中同时包含有多个啮合周期。
  • 图  1  某航空发动机附件传动系统的运动简图

    Figure  1.  Motion of an aero-engine accessory transmission system

    图  2  某航空发动机附件传动系统的动力学模型

    Figure  2.  Dynamic model of an aero-engine accessory transmission system

    图  3  软弹簧法消除刚体位移

    Figure  3.  Soft spring method to eliminate rigid body displacement

    图  4  循环冲击载荷谱

    Figure  4.  Cyclic impact load spectrum

    图  5  载荷谱1下中央传动锥齿轮副振动特性

    Figure  5.  Vibration characteristics of central transmission bevel gear pair under load spectrum 1

    图  6  载荷谱1下第二级传动锥齿轮副振动特性

    Figure  6.  Vibration characteristics of the second-stage transmission bevel gear pair under load spectrum 1

    图  7  载荷谱1下第三级传动圆柱齿轮副振动特性

    Figure  7.  Vibration characteristics of the third-stage transmission cylindrical gear pair under load spectrum 1

    图  8  载荷谱2下中央传动锥齿轮副振动特性

    Figure  8.  Vibration characteristics of central transmission bevel gear pair under load spectrum 2

    图  9  载荷谱2下第二级传动锥齿轮副振动特性

    Figure  9.  Vibration characteristics of the second-stage transmission bevel gear pair under load spectrum 2

    图  10  载荷谱2下第三级传动圆柱齿轮副振动特性

    Figure  10.  Vibration characteristics of the third-stage transmission cylindrical gear pair under load spectrum 2

    表  1  齿轮的基本几何参数

    Table  1.   Basic geometric parameters of gears

    参数 齿轮1 齿轮2 齿轮3 齿轮4 齿轮5 齿轮6
    齿数 43 29 23 39 26 35
    模数/mm 3 3 3 3 3 3
    压力角/(°) 20 20 20 20 20 20
    螺旋角/(°) 30 30 30 30 10 10
    节锥角/(°) 65 35 30 70
    齿宽/mm 16 16 16 16 18 16
    旋向
    转动惯量/(kg·m2 0.0028 0.0008 0.0002 0.0014 0.0005 0.0018
    转速/(r·min−1 12300 18238 18238 10756 10756 7990
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    表  2  系统参数

    Table  2.   System parameters

    结构名称 扭转刚度/
    (Nm·rad−1
    扭转阻尼/
    (N·s·m·rad−1
    轴段1 100 0.073
    轴段2 9494 0.14
    轴段3 41161 0.43
    轴段4 867250 4.64
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    表  3  循环冲击载荷谱1下结果汇总

    Table  3.   Summary of results under cyclic impact load spectrum 1

    各级齿轮副 法相相对位移
    最大值/10−5 m
    动载系数
    均值
    法向振动加速度
    均方根/(m·s−2
    斜传中锥齿轮副 0.148 1.000 18.402
    斜传下锥齿轮副 0.165 1.000 28.185
    斜传下斜齿轮副 0.200 1.000 140.364
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    表  4  循环冲击载荷谱2下结果汇总

    Table  4.   Summary of results under cyclic impact load spectrum 2

    各级齿轮副 法相相对位移
    最大值/10−5 m
    动载系数
    均值
    法向振动加速度
    均方根/(m·s−2
    斜传中锥齿轮副 0.110 0.696 5.217
    斜传下锥齿轮副 0.115 0.699 8.126
    斜传下斜齿轮副 0.139 0.705 27.887
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  • 收稿日期:  2022-03-04
  • 刊出日期:  2024-03-25

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