鼠笼结构件扭振动力学特性研究

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1、硕士学位论文鼠笼结构件扭振动力学特性研究TheresearchonthetorsionalvibrationdynamicsoftheSquirrelcagestructure谢晨醒哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：0322学校代码：10213国际图书分类号：531/534密级：公开学术硕士学位论文鼠笼结构件扭振动力学特性研究硕士研究生：谢晨醒导师：梁廷伟副教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:0322U.D.C:531/534Theresearchonthetors

2、ionalvibrationdynamicsoftheSquirrelcagestructureTheresearchonthetorsionalvibrationdynamicsoftheSquirrelcagestructureCandidate：ChenxingXieSupervisor：Vice-Professor.TingweiLiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要涡轮机转子制造和安装过程中误差及其结构形式会直接影响到转子的扭振动力学特性，这会影响发动机整体动力学性能和使用寿命。为了保证发动机能够满足工作要求，要求转子在大爆发压力、各种惯性力、附件的不规则阻力矩以及外界反作用力的影响下，轴系在运转时产生的振动必须在规定的范围之内，进而确保航空发动机的强度指标和结构参数。现代航空发动机又朝着高速化，轻型化，大功率方向发展,这使得涡轮发动机及推进轴系的振动问题更加严重。在目前的航空发动机领域中，出现了一类新的航空发动

4、机转子，它类似于燃气轮机连杆式转子，这就是鼠笼结构件。本课题选择这种鼠笼结构件作为研究对象，理论上分析了其扭振动力学特性，建立了其扭振动力学特性的基本方程，得到了方程的近似解。然后用MATLAB进行数值模拟，对其扭振动力学特性进行验证和分析。本文针对鼠笼结构件的工作状态，包括两端完全对中状态、平行不对中状态和转角不对中状态进行了分析。首先简单讨论了航空发动机扭转振动问题的发展现状和扭振的测量方法，介绍了一种新型的带有鼠笼结构件的航空发动机转轴。文章针对这种带连杆的转子结构，在不同的安装误差和制造误差条件下进行了受力分析并建立了振动模型，并将该问题归类为Duffing系统的无阻尼受迫振动

5、问题。随后给出了该系统振动的近似解，分析了该近似解的特征。鼠笼结构件在两端转盘完全对中的情况下，前端和后端在工作状态下相对静止，这就简化了方程的推导过程，最后推得该状态下动力学基本方程的近似方程为Duffing方程。然后我们建立了该系统的强迫振动方程，给出了方程的近似解。而在系统不对中的状态下，发现鼠笼结构件两端平行不对中的时候对方程不产生影响，而转角不对中的状态下，转角不对中量会影响方程的一次项和三次项系数。在两种不对中都存在的状态下，平行不对中量同样不产生影响。在第四章我们研究鼠笼结构件在外伸支承状态下的摆振和扭振特性，并对摆振和扭振进行了简单的动力学分析。此外，文章还对两种不对中

6、都存在状态下用MATLAB软件进行数值模拟得到亚谐共振与超谐共振振幅和其与外激励频率比对应关系的图像，对照近似解的图像进行验证，并对差异进行分析。关键词：鼠笼结构件；扭振；不对中；MATLAB；Duffing系统I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTTheerrorsduringmanufactureandinstallationofturbinerotoranditsstructureformwillaffectthetorsionalvibrationcharacteristicsoftherotordirectlyandaffecttheoverallenginedyn

7、amicperformanceanditsoperationallifespan.Inordertohavetheenginemeetthejobrequirements.Thatistosaythevibrationofshaftingmustbewithinthescopeoftheprovisionsundertheworkconditionsuchasburstpressure,inertiaforce,theannextotheirr