一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台及其测试方法

1.本发明属于航空发动机转子-叶盘系统碰摩故障工况振动测试领域，涉及一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台及其测试方法，是一种分析叶片长度、叶片失谐程度、碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数对转子-叶盘系统动力学特性影响的试验台。


背景技术：

2.随着现代航空发动机技术日益向着高推重比、高转速和高效率发展，叶盘系统作为航空发动机重要部件之一，其工作要求越来越严苛。理想的叶盘系统应该是严格的圆周对称结构，但实际工况中由于安装、加工及磨损等原因，造成各叶片的长度、质量与刚度不可能完全一致，最终导致叶盘系统失谐。而叶盘系统的失谐不仅会导致航空发动机组局部振动加剧，同时容易造成振动幅值增大而诱发碰摩故障，严重影响航空发动机使用寿命与飞行安全。同时，布局紧凑化、低燃油消耗率与低成本已然成为现代航空发动机组设计制造的主要目标，促使叶盘-机匣间隙狭小，容易产生碰摩故障。所以考虑叶盘失谐、碰摩故障及其耦合作用下的系统振动响应特性仍需开展深入研究，特别是通过实验揭示其非线性行为机理，对现代航空发动机的设计研发具有重要意义。
3.目前国内外很多学者已经分别对转子-机匣碰摩故障和叶盘失谐进行研究，揭示了碰摩刚度、碰摩间隙、碰摩位置、碰摩形式及叶盘失谐程度对转子动力学的影响，并针对以上各种故障因素对航空发动机性能与安全的影响进行了大量理论与实验研究，而对叶盘系统失谐、碰摩故障及其耦合作用下的转子-叶盘系统的动力学行为机理研究尚不多见，因此针对于叶盘失谐程度、碰摩参数及其耦合参数对转子-叶盘动力学特性的影响机理研究具有重要研究意义。为实现以上目标，结合航空发动机转子-叶盘-机匣系统结构特点，对以上参数及其组合参数进行对照。依此，需要一种能够实现上述工况的试验台。


技术实现要素：

4.针对现有技术问题，本发明提供了一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台及其测试方法。在结构方面，本发明为航空发动机转子-叶盘系统与机匣发生碰摩故障的一种简化模型，并将盘体与叶片之间设计为可拆卸的榫卯结构，可分别改变叶片数量及叶片长度实现多种情况的对比测试，从而可开展叶片数量、叶片长度及叶盘谐程度在不发生碰摩或发生碰摩工况下对转子系统动力学特性影响的实验研究；叶片与盘体通过榫卯结构连接的同时，再通过两者侧面开设的螺孔以螺栓连接进一步固定，保证盘体与叶片之间的轴向和径向紧固；碰摩模拟装置内置微型电机，控制微型电机的旋转将转矩通过万向软轴传递给蜗杆实现对伸缩杆的控制，从而实现碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆的自锁特性实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙不发生变化；碰摩模拟装置通过滑道与基座相连，可实现对转子-叶盘系统各叶盘的碰摩测试；碰摩模拟装置内置弹簧可避免由于伸缩杆与碰摩固定装置之间的刚性碰撞影响测试结果；所设外弹簧可有效避免伸缩筒与弹簧固定器之间的刚性碰撞；旋紧与放松弹簧限位器上的调节螺母可实现对不同长度的外弹簧的兼容，
同时锁紧螺母与调节螺母形成双螺母结构实现对外弹簧的锁紧，避免由于测试过程中振动导致调节螺母松动；碰摩片与碰摩片支架之间设为螺栓连接，便于碰摩片磨损后更换，无需重新加工制造碰摩片支架，节约实验成本；在此基础上可改变叶片数量、叶片长度、碰摩位置(即对转子-叶盘系统不同盘碰摩)与碰摩间隙，研究以上参数及其组合参数对转子-叶盘系统的动力学特性的影响。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台，主要由电器系统a、转子-叶盘系统b、碰摩模拟系统c、传感系统d与底座16组成。
7.所述底座16上共设有两组滑道，分别用于安装转子-叶盘系统b与碰摩模拟系统c；一组滑道通过多颗螺栓将电机支座3、三个电涡流位移传感器支座13 与两个轴承座支座12固定于底座16，实现对转子-叶盘系统b的固定；另一组滑道通过螺栓将碰摩模拟装置支座15安装于底座16，实现对碰摩模拟装置14 的固定与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)的调节；
8.所述的电器系统a包括变频电机2及固定于地面的控制箱1；所述的控制箱1利用内置变频器控制变频电机2的转速实现不同转速工况下的测试实验；变频电机2通过螺栓固定于电机支座3上，并通过键与柔性联轴器11连接将转矩传递于转子-叶盘系统b。
9.所述转子-叶盘系统b，主要由第一叶盘6、第二叶盘8、第三叶盘9、第四叶盘10、阶段轴4、两个轴承与轴承座5及两个轴承座支座12组成；两个轴承座支座12分别靠近阶段轴4的两端，轴承与轴承座5安装在轴承座支座12上；
10.所述的第一叶盘6、第二叶盘8、第三叶盘9和第四叶盘10结构相同，均由叶片30、内胀紧套31、外胀紧套32、胀紧套端盖33与盘体34组成；多个叶片30对称布置在盘体34的外围，叶片30与盘体34通过榫卯结构连接，并通过两者侧面开设的螺孔以螺栓连接进一步固定，保证叶片30与盘体34的轴径向紧固；所述盘体34中心的一侧通过z1型内胀紧套31与外胀紧套32经胀紧套端盖33通过螺栓紧固实现叶盘与阶段轴4的过盈配合，另一侧通过阶段轴4 轴肩进行定位，保证盘体34与阶段轴4的周向与轴向固定；
11.所述阶段轴4共一根，依次穿过柔性联轴器11、靠近柔性联轴器11的第一轴承与轴承座5、第一叶盘6、第二叶盘8、第三叶盘9、第四叶盘10与靠近阶段轴4末端的第二轴承与轴承座5，并利用轴肩将以上零部件定位；
12.所述碰摩模拟系统c包括碰摩模拟装置支座15和碰摩模拟装置14；
13.所述碰摩模拟装置14主要由弹簧固定器17、锁紧螺母18、调节螺母19、外弹簧20、微型电机21、碰摩固定器22、万向软轴23、蜗杆24、内弹簧25、伸缩筒26、伸缩杆27、碰摩片支架28与碰摩片29组成；所述弹簧固定器17 与碰摩固定器22均为竖直的平板结构，且均通过下部的通孔经螺栓固定于碰摩模拟装置支座15顶部侧面，呈相对布置；所述弹簧固定器17，其与碰摩固定器 22相对的一侧设有横向的螺纹柱；所述碰摩固定器22中心设有通孔与筒状横向弹簧罩，弹簧罩位置与弹簧固定器17的螺纹柱位置相对应；所述伸缩筒26为中空结构，穿过碰摩固定器22通孔置于弹簧罩内，其直径与碰摩固定器22中心通孔相同，与弹簧固定器17相对的一端设有与弹簧罩直径相同的外裙边；伸缩筒26另一端的顶部设有一方形开口，且开口两侧各有一个与滑动轴承底座形状相同的突起平面及两螺孔，滑动轴承底座安装在突起上，用于滑动轴承的安装；所述内弹簧25包附于伸缩筒26上置于弹簧罩内，通过伸
缩筒26端部外裙边与碰摩固定器22定位；伸缩筒26的另一端设有内裙边，且伸缩筒26内壁上设有与伸缩杆27上的齿条相配合的条形开口；所述伸缩杆27的一端设有外裙边且该端部置于伸缩筒26中空结构内且另一端穿过伸缩筒26设有内裙边的一端，伸缩杆27的外裙边直径与伸缩筒26的内径相同，伸缩杆27的外裙边与伸缩筒26的内裙边形成卡口实现对伸缩杆27的定位；同时伸缩杆27外壁设有一排齿条，与伸缩筒26内裙边上的条形开口配合实现对齿条的定位；伸缩杆27 伸出伸缩筒26外的前端为内螺纹孔；所述的蜗杆24置于伸缩筒26顶部方形开口上方，两端安装在滑动轴承上，且与伸缩杆27上齿条啮合；所述万向软轴23 一端与微型电机21相连，另一端通过键与蜗杆24连接，控制微型电机21转动经万向软轴23将转矩传递与蜗杆24从而实现对伸缩杆27的控制从而实现对碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆24的自锁特性实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙不发生变化；所述微型电机21通过螺栓固定于碰摩固定器22 弹簧罩上方，并通过碰摩固定器22上设置的另一通孔与万向软轴23相连；所述碰摩片支架28通过其中部位置的螺栓头与伸缩杆27前端的螺纹孔配合连接；所述碰摩片29呈弧形结构，通过碰摩片支架28与碰摩片29两端部螺纹孔经螺栓连接，同时碰摩片29与叶盘接触的弧形半径稍大于叶盘半径用于模拟转子
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叶盘-机匣碰摩模拟，并防止尖端碰撞；所述外弹簧20一侧包附于弹簧固定器 17螺纹柱上并利用调节螺母19进行定位，另一侧位于碰摩固定器22弹簧罩内，弹簧罩与弹簧固定器17相对的一端设有裙边，碰摩固定器22通过伸缩筒端部裙边进行定位，同时锁紧螺母18位于调节螺母19后方，两者形成双螺母形式实现外弹簧20的锁紧，且通过旋紧与放松调节螺母19可实现对不同原长的外弹簧兼容；
14.所述传感系统d，主要包括电涡流位移传感器7、电涡流位移感器支架13、功率放大器与lsm振动测试系统；
15.所述电涡流位移传感器7位于电涡流位移感器支架13上方与侧面且靠近阶段轴4安装并用螺母固定，用于对各轴段的水平与竖直方向位移数据的采集；所述电涡流位移传感器支座13为п型结构，其顶部与两侧面均设有通孔，用于电涡流位移传感器7的安装与拓展；每组电涡流位移感器支座13安装2个电涡流位移传感器7共3组，分别位于第一叶盘6与第二叶盘8之间、第二叶盘8 与第三叶盘9之间、第三叶盘9与第四叶盘10之间；
16.所述lms振动测试系统用于对转子-叶盘系统b的固有频率、振型等固有特性的测试，一端与计算机相连，另一端通过功率放大器与电涡流位移传感器7 相连；
17.一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台的测试方法，用于测试转子-叶盘系统在不同叶片参数及与机匣在不同碰摩参数下的动态特性，具体如下：
18.将3组电涡流位移传感器7分别通过电涡流位移传感器支座13安装于各叶盘之间轴段的竖直与水平方向，实现同时对各轴段的水平与竖直方向位移数据的采集；通过变频器设定变频电机2转速，在转子-叶盘系统b转动过程中，电涡流位移传感器7将实时采集各轴段的位移数据，并通过功率放大器传输到 lms振动测试系统中，同时lms振动测试系统将所测位移信号转化换为转子
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叶盘的时域波形、频谱、轴心轨迹、幅频特性曲线与瀑布图，通过以上信息可对转子-叶盘的动态特性进行分析；具体包括五个方面的测试：
19.1)、通过滑道将碰摩模拟系统c移出底座16，即在无碰摩影响下进行测试；分别将两组不长度的叶片30通过榫卯结构安装于盘体34上，并使用定力矩扳手将叶片30与盘体34侧面连接螺栓施加相同预紧力，保证其连接参数相同；启动变频电机2，在多组转速下进行
重复对比试验，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹与幅频特性曲线的变化从而获得不同叶片长度对转子-叶盘系统固有频率与响应幅值的影响；
20.2)、通过滑道将碰摩模拟系统c移出底座16，即在无碰摩影响下进行测试；分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片30更换为不同长度叶片，并保证其与其他叶片相同连接参数；启动变频电机2，在多组转速下进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得叶片失谐程度对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
21.3)、利用滑道将碰摩模拟系统c置于所测叶盘中心径向共面位置并锁紧滑道内螺栓；锁紧调节螺母19与锁紧螺母18将外弹簧20固定，并控制碰摩模拟装置14的微型电机21转动将转矩经万向软轴23传递于蜗杆24从而控制伸缩杆27的长度实现对碰摩间隙的调节；最后启动变频电机2，在多组转速下分别改变碰摩间隙与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩位置与碰摩间隙及其组合参数对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
22.4)、分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片 30，并保证其与其他叶片相同连接参数；启动变频电机2，通过滑轨将碰摩模拟系统c依次与转子-叶盘系统各盘进行碰摩测试；通过变频器调节变频电机2转速，在多组转速下依此改变碰摩间隙与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数在叶片失谐工况下对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
23.5)、将碰摩模拟系统c通过滑道移出底座16，将分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片30，启动变频电机2，并记录下各转速下的数据；最后，将碰摩模拟系统c通过滑道固定于底座16上，保证叶片参数与未装入碰摩模拟装置前一致，启动变频电机2，在多组转速下依此改变碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)与碰摩间隙并记录数据；分析对比碰摩与不碰摩工况下其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而，分析相同叶片失谐程度分别在发生碰摩和不发生碰摩状态下对叶盘转子动力学特性的影响；
24.本发明的有益效果：
25.本发明借助于叶片30与盘体34使用可拆卸的榫卯结构连接，从而实现对叶片的长度与叶盘失谐程度对叶盘转子系统的动力学特性影响的研究测试；同时借助于碰摩模拟系统c可实现对转子-叶盘-机匣碰摩模拟，并实现碰摩参数的精确调节；利用底座16的滑道实现分别对转子-叶盘系统各盘进行碰摩测试；通过控制微型电机21的转动，经万向软轴23将转矩传递于蜗杆24实现对伸缩杆 27的调节，从而实现对碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆24的自锁性质实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙的稳定性；碰摩片支架28与碰摩片29 设计为可拆分的螺栓连接结构，便于碰摩片磨损后更换；旋转调节螺母19可实现对不同长度外弹簧20的兼容，同时，调节螺母19与锁紧螺母18组成形成双螺母形式对外弹簧进行锁紧，保证测试的稳定性；可广泛考虑叶片长度、叶盘失谐程度、碰摩间隙与碰摩位置及其组合参数对转子-叶盘系统的动力学特性的影响。
附图说明
26.图1为本发明试验台的系统组成；
27.图2为本发明试验台结构的详细示意图；
28.图3为本发明的转子-叶盘系统示意图；
29.图4(a)为本发明的叶盘结构整体示意图；
30.图4(b)为本发明的叶盘结构剖视图；
31.图5为本发明的轴承座支座结构示意图；
32.图6为本发明的叶片结构整体示意图；
33.图7(a)为本发明盘体结构示意图；
34.图7(b)为本发明盘体结构剖视图；
35.图8(a)为本发明的碰摩模拟系统整体示意图；
36.图8(b)为本发明的碰摩模拟装置整体示意图；
37.图8(c)为本发明碰摩模拟装置剖视图；
38.图9为本发明的碰摩模拟装置支座结构示意图；
39.图10(a)为本发明的碰摩固定器结构示意图；
40.图10(b)为本发明的碰摩固定器结构剖视图；
41.图11为本发明的弹簧固定器结构示意图；
42.图12(a)为本发明伸缩筒结构示意图；
43.图12(b)为本发明伸缩筒结构剖视图；
44.图13(a)为本发明伸缩杆结构示意图；
45.图13(b)为本发明伸缩杆结构剖视图；
46.图14为本发明碰摩片支架及碰摩片示意图；
47.图15为本发明柔性联轴器结构示意图；
48.图16为本发明的电涡流位移传感器及电涡流位移传感器支架示意图；
49.图中：a电器系统；b转子-叶盘系统；c碰摩模拟系统；d传感系统；1 控制箱；2变频电机；3电机支座；4阶段轴；5轴承与轴承座；6第一叶盘；7 电涡流位移传感器；8第二叶盘；9第三叶盘；10第四叶盘；11柔性联轴器； 12轴承座支座；13电涡流位移传感器支座；14碰摩模拟装置；15碰摩模拟装置支座；16底座；17弹簧固定器；18锁紧螺母；19调节螺母；20外弹簧；21 微型电机；22碰摩固定器；23万向软轴；24蜗杆；25内弹簧；26伸缩筒；27 伸缩杆；28碰摩片支架；29碰摩片；30叶片；31内胀紧套；32外胀紧套；33 胀紧套端盖；34盘体。
具体实施方式
50.下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
51.如图1、2所示，一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台主要由电器系统a、转子
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叶盘系统b、碰摩模拟系统c、传感系统d与底座16组成。
52.所述底座16共设有两组滑道，分别用于固定转子-叶盘系统b与碰摩模拟系统c；一组滑道通过多颗螺栓将电机支座3、电涡流位移传感器支座13与轴承座支座12固定于底座16，实现对转子-叶盘系统的固定；另一组滑道通过螺栓将碰摩模拟装置支座15固定于底座16，实现对碰摩模拟装置的固定与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)的调节。
53.如图3所示，所述转子-叶盘系统b，主要包括第一叶盘6、第二叶盘8、第三叶盘9、第四叶盘10、阶段轴4、靠近柔性联轴器11的轴承与轴承座5、靠近阶段轴4末端的轴承与轴承座5与两个轴承座支座12组成；所述阶段轴4依此穿过柔性联轴器11、第一个轴承与轴承座5、第一叶盘6、第二叶盘8、第三叶盘9、第四叶盘10与第二个轴承与轴承座5，并利用轴肩将以上零部件定位；所述的叶盘结构如图4(a)和4(b)所示，由叶片30、内胀紧套31、外胀紧套32、胀紧套端盖33与盘体34组成；叶片30与盘体34通过榫卯结构连接，并通过两者侧面开设的螺孔以螺栓连接进一步固定，保证叶片30与盘体34 的轴径向紧固；所述盘体34一侧通过z1型内胀紧套31与外胀紧套32经胀紧套端盖33通过螺栓紧固实现叶盘与阶段轴4的过盈配合，另一侧通过阶段轴4 轴肩进行定位，保证盘体34与阶段轴4的周向与轴向固定；所述轴承座支座5 结构如图5所示；所述叶片30结构如图6所示；所述盘体34结构如图7(a) 和图7(b)所示。
54.如图8(a)所示，所述碰摩模拟系统c由碰摩模拟装置14通过螺栓与碰摩模拟装置支座15固定，同时碰摩模拟装置支座15通过螺栓径向固定于滑道内；如图8(b)与图8(c)所示，所述碰摩模拟装置14由弹簧固定器17、锁紧螺母18、调节螺母19、外弹簧20、微型电机21、碰摩固定器22、万向软轴23、蜗杆24、内弹簧25、伸缩筒26、伸缩杆27、碰摩片支架28与碰摩片29组成；所述弹簧固定器17与碰摩固定器22均为竖直的平板结构，且均通过底部的通孔经螺栓固定于碰摩模拟装置支座15顶部侧面，呈相对布置；所述碰摩固定器 22中心设有通孔与筒状横向弹簧罩，弹簧罩位置与弹簧固定器17的螺纹柱位置相对应；所述伸缩筒26为中空结构，穿过碰摩固定器22通孔置于弹簧罩内，其直径与碰摩固定器22中心通孔相同，底部设有与弹簧罩直径相同的裙边；伸缩筒26一端的顶部设有一方形开口，且开口两侧各有一个与滑动轴承底座相同的突起平面及两螺孔，用于滑动轴承的安装；所述内弹簧25包附于伸缩筒26 上置于弹簧罩内，通过伸缩筒26底部裙边与碰摩固定器22定位；所述伸缩杆 27置于伸缩筒26中空结构内且一端穿过伸缩筒26，位于伸缩筒26内的一端设有与伸缩筒26中空结构直径相同的外裙边，伸缩筒26的一端设有内裙边，伸缩杆27的外裙边与伸缩筒26的内裙边形成卡口与其底部裙边实现对伸缩杆27 的定位，同时伸缩杆27外壁设有一排齿条，通过伸缩筒26内壁上设有与齿型大小相同的条形开口，实现对齿条的定位；所述的蜗杆24置于伸缩筒26顶部方形开口上方，利用两端滑动轴承定位，且与伸缩杆27上齿条啮合；所述万向软轴23一端与微型电机21相连，另一端通过键与蜗杆24连接，控制微型电机转动经万向软轴23将转矩传递与蜗杆24从而实现对伸缩杆27的控制从而实现对碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆的自锁特性实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙不发生变化；所述微型电机21通过螺栓固定于碰摩固定器22 弹簧罩上方，并通过碰摩固定器22的通孔与万向软轴23相连；所述碰摩片支架28通过其中部位置的螺栓头与伸缩杆27顶部的螺纹开孔配合连接；所述碰摩片29呈弧形结构，通过碰摩片支架28与碰摩片29两端部螺纹孔经螺栓连接，同时碰摩片29弧形半径稍大于叶盘半径用于模拟转子-叶盘-机匣碰摩模拟，并防止尖端碰撞；所述外弹簧20一侧包附于弹簧固定器17螺纹柱上并利用调节螺母19进行定位，另一侧为位于碰摩固定器22弹簧罩内并通过伸缩筒底部裙边进行定位，同时锁紧螺母18位于调节螺母19后方，两者形成双螺母形式实现外弹簧的锁紧，且通过旋紧与放松调节螺母19可实现对不同原长的外弹簧兼容；
55.碰摩模拟装置支座15结构如图9所示；碰摩固定器22结构如图10(a)与图10(b)所
示；弹簧固定器17结构如图11所示；伸缩筒26结构如图12(a) 与图12(b)所示；伸缩杆27结构如图13(a)与图13(b)所示；碰摩片支架 28与碰摩片29结构如图14所示。
56.所述的电器系统a包括变频电机2及固定于地面的控制箱1组成；所述的控制箱1利用内置变频器控制变频电机2的转速实现不同转速工况下的测试实验；变频电机2通过螺栓固定于电机支座3上，并通过键与柔性联轴器11连接将转矩传递于转子-叶盘系统b；柔性联轴器11结构如图15所示。
57.所述传感系统d，主要包括电涡流位移传感器7、电涡流位移感器支架13、功率放大器与lsm振动测试系统；所述电涡流位移传感器7与电涡流位移感器支架13结构如图16所示。
58.做好前期准备后进行系统的动态特性测试，采用本发明的一种转子-叶盘
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机匣碰摩试验台进行测试，用于测试转子-叶盘系统在不同叶片参数及与机匣在不同碰摩参数下的动态特性，具体如下：
59.将3组电涡流位移传感器7分别通过电涡流位移传感器支座13安装于各叶盘之间轴段的竖直与水平方向，实现同时对各轴段的水平与竖直方向位移数据的采集；通过变频器设定变频电机2转速，在转子-叶盘系统转动过程中，电涡流位移传感器7将实时采集各轴段的位移数据，并通过功率放大器传输到lms 振动测试系统中，同时lms振动测试系统将所测位移信号转化换为转子-叶盘的时域波形、频谱、轴心轨迹、幅频特性曲线与瀑布图，通过以上信息可对转子
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叶盘的动态特性进行分析；
60.1)、通过滑道将碰摩模拟系统c移出底座16，即在无碰摩影响下进行测试；分别将两组不长度的叶片30通过榫卯结构安装于盘体34上，并使用定力矩扳手将叶片30与盘体34侧面连接螺栓施加相同预紧力，保证其连接参数相同；启动变频电机2，在多组转速下进行重复对比试验并记录数据；通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹与幅频特性曲线的变化，从而获得不同叶片长度对转子-叶盘系统固有频率与响应幅值的影响；
61.2)、通过滑道将碰摩模拟系统c移出底座16，即在无碰摩影响下进行测试；分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片，并保证所有叶片30与盘体34连接参数相同；启动变频电机2，在多组转速下进行重复对比测试并记录数据，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得叶片失谐程度对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
62.3)、利用滑道将碰摩模拟系统c置于所测叶盘中心径向共面位置，并锁紧滑道内螺栓；同时锁紧调节螺母19与锁紧螺母18将外弹簧20固定，并控制碰摩模拟装置14的微型电机22转动，将转矩经万向软轴23传递于蜗杆24从而控制伸缩杆27的长度实现对碰摩间隙的调节；最后启动变频电机2，在多组转速下依此对转子-叶盘系统各盘进行测试，分别改变碰摩间隙与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)进行重复对比测试并记录测试数据；通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩位置与碰摩间隙及其组合参数对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
63.4)、分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片 30，并保所有叶片连接参数相同；启动变频电机2，通过滑道将碰摩模拟系统c 依此与转子-叶盘系统各盘进行碰摩测试；通过变频器调节变频电机2转速，在多组转速下依此改变碰摩碰摩间隙与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘) 进行重复对比测试；通过其幅频特性曲
线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数在叶片失谐工况下对转子-叶盘系统动力学特性的影响；
64.5)、将碰摩模拟系统c通过滑道移出底座16，将分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片30，启动变频电机2，并记录各转速下的数据；最后，将碰摩模拟系统c通过滑道固定于底座16上，保证叶片参数与未装入碰摩模拟系统c前一致，启动变频电机2，在多组转速下依此改变碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)与碰摩间隙并记录数据；分析对比碰摩与不碰摩工况下其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而，分析相同叶片失谐程度分别在发生碰摩和未发生碰摩状态下对叶盘转子动力学特性的影响；
65.基于以上测试方法本发明主要在于研究针对航空发动机转子-叶盘系统在不同叶片参数及与机匣在不同碰摩参数下的动态特性，以下阐述本发明能实现的多种工况：
66.主要试验工况变化在于：通过叶片30与盘体34的榫卯连接结构，可对叶盘系统的叶片长度、叶片失谐程度进行控制，同时碰摩模拟系统c可对碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4个叶盘)与碰摩间隙进行精确调节，两者相结合可实现对以上参数及其组合参数对转子-叶盘系统动态特性影响的研究；如图4(a) 和图4(b)所示，叶片30与盘体34通过可拆卸的榫卯结构相连，在无碰摩装置介入工况下，分别装入不同长度叶片组，可实现不同叶片长度对对转子-叶盘系统动态特性影响的测试；分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片，可实现叶片失谐程度对转子-叶盘系统动力学特性的影响的测试；通过碰摩模拟系统c调节碰摩间隙与碰摩位置(包括转子-叶盘系统的4 个叶盘)，可实现以上参数及其组合参数对转子-叶盘系统动力学特性的影响；分别将4个叶盘的一组叶片中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片，同时调节碰摩参数，可分析碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数在叶片失谐工况下对转子-叶盘系统动力学特性的影响；保证叶盘失谐程度相同工况下，分别对碰摩模拟系统c介入与不介入状态进行测试，研究相同叶片失谐程度分别在发生碰摩和未发生碰摩状态下对叶盘转子动力学特性的影响。

技术特征：
1.一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台，其特征在于，主要由电器系统(a)、转子-叶盘系统(b)、碰摩模拟系统(c)、传感系统(d)与底座(16)组成；所述底座(16)上共设有两组滑道，分别用于安装转子-叶盘系统(b)与碰摩模拟系统(c)；一组滑道通过多颗螺栓将电机支座(3)、三个电涡流位移传感器支座(13)与两个轴承座支座(12)固定于底座(16)，实现对转子-叶盘系统(b)的固定；另一组滑道通过螺栓将碰摩模拟装置支座(15)安装于底座(16)，实现对碰摩模拟装置(14)的固定与碰摩位置的调节；所述的电器系统(a)包括变频电机(2)及固定于地面的控制箱(1)；所述的控制箱(1)利用内置变频器控制变频电机(2)的转速实现不同转速工况下的测试实验；变频电机(2)通过螺栓固定于电机支座(3)上，并通过键与柔性联轴器(11)连接将转矩传递于转子-叶盘系统(b)；所述转子-叶盘系统(b)，主要由第一叶盘(6)、第二叶盘(8)、第三叶盘(9)、第四叶盘(10)、阶段轴(4)、两个第二轴承与轴承座(5)及两个轴承座支座(12)组成；两个轴承座支座(12)分别靠近阶段轴(4)的两端，轴承与轴承座(5)安装在轴承座支座(12)上；所述的第一叶盘(6)、第二叶盘(8)、第三叶盘(9)和第四叶盘(10)结构相同，均由叶片(30)、内胀紧套(31)、外胀紧套(32)、胀紧套端盖(33)与盘体(34)组成；多个叶片(30)对称布置在盘体(34)的外围，叶片(30)与盘体(34)通过榫卯结构连接，并通过两者侧面开设的螺孔以螺栓连接进一步固定，保证叶片(30)与盘体(34)的轴径向紧固；所述盘体(34)中心的一侧通过z1型内胀紧套(31)与外胀紧套(32)经胀紧套端盖(33)通过螺栓紧固实现叶盘与阶段轴(4)的过盈配合，另一侧通过阶段轴(4)轴肩进行定位，保证盘体(34)与阶段轴(4)的周向与轴向固定；所述阶段轴(4)共一根，依次穿过柔性联轴器4、靠近柔性联轴器(11)的轴承与轴承座(5)、第一叶盘(6)、第二叶盘(8)、第三叶盘(9)、第四叶盘(10)与靠近阶段轴(4)末端的轴承与轴承座(5)，并利用轴肩将零部件定位；所述碰摩模拟系统c包括碰摩模拟装置支座(15)和碰摩模拟装置(14)；所述碰摩模拟装置(14)主要由弹簧固定器(17)、锁紧螺母(18)、调节螺母(19)、外弹簧(20)、微型电机(21)、碰摩固定器(22)、万向软轴(23)、蜗杆(24)、内弹簧(25)、伸缩筒(26)、伸缩杆(27)、碰摩片支架(28)与碰摩片(29)组成；所述弹簧固定器(17)与碰摩固定器(22)均为竖直的平板结构，且均通过下部的通孔经螺栓固定于碰摩模拟装置支座(15)顶部侧面，呈相对布置；所述弹簧固定器(17)，其与碰摩固定器(22)相对的一侧设有横向的螺纹柱；所述碰摩固定器(22)中心设有通孔与筒状横向弹簧罩，弹簧罩位置与弹簧固定器(17)的螺纹柱位置相对应；所述伸缩筒(26)为中空结构，穿过碰摩固定器(22)通孔置于弹簧罩内，其直径与碰摩固定器(22)中心通孔相同，与弹簧固定器(17)相对的一端设有与弹簧罩直径相同的外裙边；伸缩筒(26)另一端的顶部设有一方形开口，且开口两侧各有一个与滑动轴承底座形状相同的突起平面及两螺孔，滑动轴承底座安装在突起上，用于滑动轴承的安装；所述内弹簧(25)包附于伸缩筒(26)上置于弹簧罩内，通过伸缩筒(26)端部外裙边与碰摩固定器(22)定位；伸缩筒(26)的另一端设有内裙边，且伸缩筒(26)内壁上设有与伸缩杆(27)上的齿条相配合的条形开口；所述伸缩杆(27)的一端设有外裙边且该端部置于伸缩筒(26)中空结构内且另一端穿过伸缩筒(26)设有内裙边的一端，伸缩杆(27)的外裙边直径
与伸缩筒(26)的内径相同，伸缩杆(27)的外裙边与伸缩筒(26)的内裙边形成卡口实现对伸缩杆(27)的定位，同时伸缩杆(27)外壁设有一排齿条，与伸缩筒(26)内裙边上的条形开口配合实现对齿条的定位；伸缩杆(27)伸出伸缩筒(26)外的前端为内螺纹孔；所述的蜗杆(24)置于伸缩筒(26)顶部方形开口上方，两端安装在滑动轴承上，且与伸缩杆(27)上齿条啮合；所述万向软轴(23)一端与微型电机(21)相连，另一端通过键与蜗杆(24)连接，控制微型电机(21)转动经万向软轴(23)将转矩传递与蜗杆(24)从而实现对伸缩杆(27)的控制从而实现对碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆(24)的自锁特性实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙不发生变化；所述微型电机(21)通过螺栓固定于碰摩固定器(22)弹簧罩上方，并通过碰摩固定器(22)上设置的另一通孔与万向软轴(23)相连；所述碰摩片支架(28)通过其中部位置的螺栓头与伸缩杆(27)前端的螺纹孔配合连接；所述碰摩片(29)呈弧形结构，通过碰摩片支架(28)与碰摩片(29)两端部螺纹孔经螺栓连接，同时碰摩片(29)与叶盘接触的弧形半径稍大于叶盘半径用于模拟转子-叶盘-机匣碰摩模拟，并防止尖端碰撞；所述外弹簧(20)一侧包附于弹簧固定器(17)螺纹柱上并利用调节螺母(19)进行定位，另一侧位于碰摩固定器(22)弹簧罩内，弹簧罩与弹簧固定器(17)相对的一端设有裙边，碰摩固定器(22)通过伸缩筒端部裙边进行定位，同时锁紧螺母(18)位于调节螺母(19)后方，两者形成双螺母形式实现外弹簧(20)的锁紧，且通过旋紧与放松调节螺母(19)可实现对不同原长的外弹簧兼容；所述传感系统(d)，包括电涡流位移传感器(7)、电涡流位移感器支座(13)、功率放大器与lsm振动测试系统；所述电涡流位移传感器(7)位于电涡流位移感器支座(13)上方与侧面且靠近阶段轴(4)安装并用螺母固定，用于对各轴段的水平与竖直方向位移数据的采集；所述电涡流位移传感器支座(13)为п型结构，其顶部与两侧面均设有通孔，用于电涡流位移传感器(7)的安装与拓展；每组电涡流位移感器支座(13)安装2个电涡流位移传感器(7)共3组，分别位于第一叶盘(6)与第二叶盘(8)之间、第二叶盘(8)与第三叶盘(9)之间、第三叶盘(9)与第四叶盘(10)之间；所述lms振动测试系统用于对转子-叶盘系统(b)的固有频率、振型等固有特性的测试，一端与计算机相连，另一端通过功率放大器与电涡流位移传感器(7)相连。2.一种转子-叶盘-机匣碰摩试验的测试方法，采用权利要求1所述的试验台，其特征在于，具体如下：将3组电涡流位移传感器(7)分别通过电涡流位移传感器支座(13)安装于各叶盘之间轴段的竖直与水平方向，实现同时对各轴段的水平与竖直方向位移数据的采集；通过变频器设定变频电机(2)转速，在转子-叶盘系统(b)转动过程中，电涡流位移传感器(7)将实时采集各轴段的位移数据，并通过功率放大器传输到lms振动测试系统中，同时lms振动测试系统将所测位移信号转化换为转子-叶盘的时域波形、频谱、轴心轨迹、幅频特性曲线与瀑布图，通过以上信息可对转子-叶盘的动态特性进行分析；具体包括五个方面的测试：1)、通过滑道将碰摩模拟系统(c)移出底座(16)，即在无碰摩影响下进行测试；分别将两组不长度的叶片(30)通过榫卯结构安装于盘体(34)上，并使用定力矩扳手将叶片(30)与盘体(34)侧面连接螺栓施加相同预紧力，保证其连接参数相同；启动变频电机(2)，在多组转速下进行重复对比试验，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹与幅频
特性曲线的变化从而获得不同叶片长度对转子-叶盘系统固有频率与响应幅值的影响；2)、通过滑道将碰摩模拟系统(c)移出底座(16)，即在无碰摩影响下进行测试；分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片(30)更换为不同长度叶片，并保证其与其他叶片相同连接参数；启动变频电机(2)，在多组转速下进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得叶片失谐程度对转子-叶盘系统动力学特性的影响；3)、利用滑道将碰摩模拟系统(c)置于所测叶盘中心径向共面位置并锁紧滑道内螺栓；锁紧调节螺母(19)与锁紧螺母(18)将外弹簧(20)固定，并控制碰摩模拟装置(14)的微型电机(21)转动将转矩经万向软轴(23)传递于蜗杆(24)从而控制伸缩杆(27)的长度实现对碰摩间隙的调节；最后启动变频电机(2)，在多组转速下分别改变碰摩间隙与碰摩位置进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩位置与碰摩间隙及其组合参数对转子-叶盘系统动力学特性的影响；4)、分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片(30)，并保证其与其他叶片相同连接参数；启动变频电机(2)，通过滑轨将碰摩模拟系统(c)依此与转子-叶盘系统各盘进行碰摩测试；通过变频器调节变频电机(2)转速，在多组转速下依次改变碰摩间隙与碰摩位置进行重复对比测试，通过其幅频特性曲线得出临界转速，并分析其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而获得碰摩间隙、碰摩位置及其组合参数在叶片失谐工况下对转子-叶盘系统动力学特性的影响；5)、将碰摩模拟系统(c)通过滑道移出底座(16)，将分别将4个叶盘的叶片组中其中一个或两个叶片更换为不同长度叶片(30)，启动变频电机(2)，并记录下各转速下的数据；最后，将碰摩模拟系统(c)通过滑道固定于底座(16)上，保证叶片参数与未装入碰摩模拟装置前一致，启动变频电机(2)，在多组转速下依此改变碰摩位置与碰摩间隙并记录数据；分析对比碰摩与不碰摩工况下其轴心轨迹、幅频特性曲线、频谱与瀑布图的变化从而，分析相同叶片失谐程度分别在发生碰摩和不发生碰摩状态下对叶盘转子动力学特性的影响。

技术总结
本发明公开一种转子-叶盘-机匣碰摩试验台及其测试方法；借助叶片与盘体使用可拆卸的榫卯结构连接，实现对叶片的长度与叶盘失谐程度对叶盘转子系统的动力学特性影响的研究测试；借助碰摩模拟系统实现对转子-叶盘-机匣碰摩模拟，并实现碰摩参数的精确调节；通过控制微型电机的转动，经万向软轴将转矩传递于蜗杆实现对伸缩杆的调节，实现对碰摩间隙的调节，同时依托于蜗杆的自锁特性实现转矩的单向传递，保证测试过程中碰摩间隙的稳定性；碰摩片支架与碰摩片设计为可拆分的螺栓连接结构，便于碰摩片磨损后更换；本发明可广泛考虑叶片长度、叶盘失谐程度、碰摩间隙与碰摩位置及其组合参数对转子-叶盘系统的动力学特性的影响。叶盘系统的动力学特性的影响。叶盘系统的动力学特性的影响。


技术研发人员：温传美 李玉奇 靳龙 朱志敏 李耀河 刘敏
受保护的技术使用者：广西科技大学
技术研发日：2022.06.10
技术公布日：2022/11/1