单-厚盘转子过两阶临界转速的瞬态振动分析

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1、2015年l1月北京航空航天大学学报November2O15第41卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．4lNo．11http：／／bhxb．buaa。edu．O13jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0699单一厚盘转子过两阶临界转速的瞬态振动分析刘政，王建军(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：航空发动机特殊的鼓式压气机结构可简化为径向转动惯量大于轴向转动惯

2、量的厚盘转子系统，其做正进动时存在两个固有频率．计算了单．厚盘转子分别以定角加速度和定功率过两阶临界转速时对不平衡激振力的瞬态响应，其中定功率厚盘转子还与外界能源发生非线性耦合．结果发现，单一厚盘转子的低阶振型为轴的弯曲，高阶振型为盘的偏摆，其中高阶模态是厚盘转子特有模态；过临界转速时瞬态振动由转子的自由振动和强迫振动合成；当功率不足够提供转子通过临界转速时，出现外界能源与转子系统的能量耦合，造成瞬态振动急剧增大而“失速”．关键词：单-厚盘转子；瞬态振动；定角加速度；定功率；临界转速；两阶模态中图分类号：V231．96文献标识码：A文

3、章编号：1001—5965(2015)11-2144—14鼓式转子(加强盘鼓式转子)是航空发动机引起的刚度非对称分析了转子过临界转速时的瞬压气机的基本结构之一，是一类典型的径向转动态振动，指出裂纹对转子稳定性影响极大．惯量(．，)大于轴向转动惯量(．，。)转子系统．根据目前，学者们都以薄盘转子为研究对象．鉴于文献[1]，对于单一厚盘偏置转子，J>J。，即．，。与厚盘转子要比薄盘转子多出一个固有频率，为研‘，之比<1，做正进动时系统存在两阶固有频究这类转子通过临界转速时对不平衡激振力的瞬率．这就是厚盘转子的无阻尼固有频率特性．因态响应，

4、采用集中参数法，简化成厚盘转子力学模此，采用厚盘的转子结构件在高工作转速条件下型，本文将分别计算刚度非对称单、厚盘转子在定启动或者减速时，可能穿过两个临界转速，而且高角加速度(，常数)和定功率(L()，常数；其阶临界转速为厚盘转子特有属性．中，为定角速度，L()为轴向外力矩，包括主动实际转子结构中，由于加工误差、键槽或者直力矩、阻力矩及重力引起的附加力矩)条件下穿接采用非圆截面轴等原因，转子系统的弯曲平面过两阶临界转速的瞬态振动，以定角加速度加速刚度在两个主方向上存在最大值和最小值，使转的模式分析厚盘转子瞬态振动的基本性质，以定子结构

5、呈现出一定的非线性，从而使系统的稳定功率加速的模式分析厚盘转子与外界能源的非线性发生极大的改变，对外界激励及其变化相当敏性耦合效应，对比典型薄盘转子系统，尤其关注分感．目前，对非对称刚度转子系统的瞬态动力响应析厚盘转子过高阶临界转速的瞬态振动特性，进研究取得了长足的进展．刘占生等。采用数值积而为带厚盘转子系统的旋转机械在设计、运行、维分，发现刚度各向异性系数会引起系统Hopf分岔、护以及故障诊断等工程实际情况下提供参考．四倍周期分岔和混沌运动甚至失稳．Shu、Nandi、1转子的动力学方程Genta等则发展了有限元法对非对称转子的稳定

6、性进行研究．Darpe、邹剑、Sekhar等针对裂纹本文采用集中参数力学模型如图1所示收稿日期：201411-17；录用日期：20l5—02—12；网络出版时间：2015433-1719：13网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．2625．V．20l50317．1913006．html作者简介：刘政(1991一)，男，陕西汉中人，硕士研究生，liuzheng@buaa．edu．cn通讯作者：王建军(1956一)，男，江苏徐州人，教授，wang．jianjun@buaa．edu．cn，主要研究方向为结构系统

7、动力特性和振动抑制．引用格式：刘政，王建军．单．厚盘转子过两盼临界转速的瞬态振动分析[JJ．北京航空航天大学学报，2015，41(j1)：2144-2157．Liuz．WangJj．Analysisoftransientvibrationofsine．thick．diskrotorcrossingtwoordersofcriticalspeedsLJj．JournalBei_igUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(】1)：2144—2157(inChinese)．第11期刘政，

8、等：单一厚盘转子过两阶临界转速的瞬态振动分析2145本模型考虑了刚度不对称转子，转动惯量的主自由度不一定和刚度的主自由度重合，、．，分别为町、方向上的径向转动惯量．根据文献[10-11]在静止坐标系中表示的单盘转子系r●