含套齿联轴器局部非线性的转子系统动力学特性研究

Dynamics of rotor system with coupling local nonlinearity is studied with main method of theory analysis combined with numerical simulation. Considering the interval characteristics, nonlinear dynamic model of coupling with cores of meshing and contact is established, and the influence of characteristic parameters on mechanical properties of the coupling is analyzed. Modeling method of rotor system with local nonlinearity is studied; resonance characteristics of the rotor system and the effect of characteristic parameters on the nonlinear response and stability are analyzed. Research on experiments is carried out to realize the supporting model with experiment data, reproducing nonlinear phenomenon with experiments, experimental validation of the theoretical results. Research methods and results are tested by low pressure rotor - gear coupling structure in actual engine; a theoretical analysis method of dynamics of rotor system with coupling local nonlinearity is formed, this method is helpful to guide the rotating machinery design with deputy of aeroplane engine, stability analysis of rotor system and nonlinear vibration control.

针对联轴器局部非线性转子系统的动力学问题，采用理论解析为主，辅以数值模拟手段，建立考虑区间特征，以啮合和接触为核心的套齿联轴器非线性动力学模型，在此基础上分析特征参数对联轴器力学特性的影响规律。研究含有套齿联轴器局部非线性转子系统的建模方法，分析该类转子系统的共振特性、特征参数对非线性响应和稳定性的影响。开展实验研究实现建模的实验数据支持、非线性现象的实验重现、理论结果的实验验证。研究方法和结果通过实际发动机低压转子-套齿联轴器结构进行检验，从而形成针对联轴器局部非线性转子系统动力学的一套理论分析方法，该理论方法有助于指导以发动机为代表的旋转机械的设计、轴系的稳定性分析、非线性振动控制。

以航空发动机低压转子系统采用套齿联轴器连接风扇转子和低压涡轮转子，套齿联轴器由于自身采用套齿曲面接触传扭、圆柱定位面曲面接触定心，必然导致接触的非线性问题；此外在不对中、接触不对称、不平衡过大等条件下会出现复杂的非线性激励，影响到整个转子系统，使其具有丰富的非线性振动行为。.针对联轴器局部非线性转子系统的动力学问题，采用理论解析为主，辅以数值模拟手段，结合充分的实验验证的研究方法；分别研究了套齿联轴器中曲面接触刚度模型、套齿联轴器传扭弹塑性接触模型，套齿联轴器啮合动力学模型，揭示了套齿联轴器接触动力学及其非线性产生机理。研究了套齿联轴器连接转子系统的解析建模方法，不对中建模与求解方法，并获得了其转子系统的解析动力学特性。.分别搭建了接触刚度测试实验台、套齿联轴器刚度测试实验台、套齿/花键啮合动力学实验台、套齿联轴器-转子系统动力学实验台，并针对这四个实验台开展丰富的实验研究工作，获得了粗糙表面接触刚度特性、套齿联轴器连接刚度、套齿动力学特性、套齿联轴器-转子系统非线性动力学特性。.获得了套齿曲面接触、圆柱定位面弹塑性接触刚度模型和接触特性，套齿联轴器局部非线性的建模方法，套齿联轴器连接的低压转子系统及其不对中解析建模方法，及其转子系统非线性动力学特性。从而形成针对接触或啮合传递动力的弹塑性接触理论、局部连接非线性转子系统动力学的一套理论分析方法，该理论方法有助于指导以发动机为代表的旋转机械的设计、轴系的稳定性分析、非线性振动控制。.本项目研究结果对于航空套齿联轴器、花键的振动分析与振动控制，不对中及振动导致的磨损与可靠性控制，提供了理论与实验依据。研究结果所获得的套齿振动特性、不对中对振动与磨损的影响，申请了多项中国发明专利，为沈阳航空发动机设计研究所传动与润滑室（五室）所采用，用于花键振动与磨损排故、航空套齿/花键设计.