Влияние жесткости шлицевого соединения на динамику роторов газотурбинных двигателей

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 4. С. 150–158.

Авторы

Леонтьев М. К., Николаев И. В.*

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: nikolaeviv@alfatran.com

Аннотация

В авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) шлицевые соединения (ШС) являются одним из самых распространенных конструкционных решений для передачи крутящего момента. Такие узлы характеризуются наличием зазоров в соединениях, работой в условиях перекосов соединяемых валов, действием на них различного рода сил и моментов. В задачах моделирования динамических характеристик роторов возникает необходимость учета жесткостных характеристик ШС как фактора, существенно влияющего на динамику роторов.

В статье авторы исследуют влияние жесткостных характеристик шлицевого соединения на критические скорости и амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) нагрузок роторной системы газотурбинного двигателя. Расчеты проводились для динамической системы с тремя вариантами жесткости ШС: абсолютно жесткого, абсолютно податливого и с жесткостью, рассчитанной в конечно-элементной (КЭ) программе с учетом зазоров и нагрузок, действующих на соединение.

Ключевые слова:

жесткость шлицевого соединения, критические частоты роторной системы, DYNAMICS R4

Библиографический список

  1. Ванюхин С.М., Ломакин С.Н., Гришин А.И., Шурыгин А.Ю. Разработка и исследование конечно-элементных моделей различных типов соединений с использованием «ANSYS®MECHANICAL» для определения их прочностных характеристик и усталостной прочности // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. 2019. № 1. URL: https://srjournal.ru/2019/id159/

  2. Ишмуратов Х.К. Определение величины износа шлицевых соединений агрегатов силовых передач // Universum: технические науки. 2019. № 6(63). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7478

  3. Карячкин Я.Г., Ефанов С.А., Дуданов Е.И. Динамический анализ деталей двухступенчатого редуктора в SOLIDWORKS // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 9. С. 407–411. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-407-411

  4. Амелькин А.С., Киянский Т.Н. Влияние шлицевого соединения на геометрические параметры расположенного над ним подшипника // Вестник Московского авиационного института. 2008. Т. 15. № 3. С. 90–94.

  5. Колесников И.В., Коропец П.А. Анализ динамических процессов в зубчатой муфте трансмиссии хвостового винта вертолета // Динамика и виброакустика. 2019. Т. 6. № 1. С. 6–13. DOI: 10.18287/2409-4579-2020-6-1-6-13

  6. Попов В.В., Сорокин Ф.Д., Иванников В.В., Дегтярев С.А. Разработка пространственной модели зубчатой передачи с раздельным хранением накопленных и дополнительных поворотов для решения нелинейных задач динамики авиационных трансмиссий // Труды МАИ. 2020. № 112. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=116336

  7. Попов В.В., Сорокин Ф.Д. Определение жесткостной функции эвольвентной прямозубой зубчатой передачи для моделирования движения зубчатых механизмов // XXVII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (02–04 декабря 2015; Москва): Сборник трудов. – М.: Изд-во ИМАШ РАН, 2015. С. 117–120.

  8. Крючков А.Н., Плотников С.М., Сундуков А.Е., Сундуков Е.В. Вибродиагностика величины бокового зазора в зубчатом зацеплении дифференциального редуктора турбовинтового двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 198–208. DOI: 10.34759/vst-2020-3-198-208

  9. Сундуков А.Е., Шахматов Е.В. Оценка влияния места постановки двигателя и типа воздушного винта на диагностические признаки износа зубьев его редуктора // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 208–218. DOI: 10.34759/vst-2022-4-208-218

  10. Su X., Lu H., Zhang X. et al. Analysis of dynamic characteristic for misalignment-spline gear shaft based on whole transfer matrix method // Journal of Vibroengineering. 2018. Vol. 20. No. 3, pp. 1392–1408. DOI: 10.21595/jve.2017.18761

  11. Fan W., Lu H., Zhang Y., Su X. Dynamic Characteristics of gear coupling and rotor system in transmission process considering misalignment and tooth contact analysis // Processes. 2020. Vol. 8. No. 11: 1336. DOI: 10.3390/pr8111336

  12. Curà F.M., Mura A. Experimental procedure for the evaluation of tooth stiffness in spline coupling including angular misalignment // Mechanical systems and signal processing. 2013. Vol. 40. No. 2, pp. 545-555. DOI: 10.1016/j.ymssp.2013.06.033

  13. Hu Y., Wang H., Tan Y. et al. Study on the meshing force of misaligned gear coupling // International Forum on Mechanical, Control and Automation (IFMCA, 30-31 December 2016; Shenzhen, China). DOI: 10.2991/ifmca-16.2017.70

  14. ООО «Альфа-Транзит». Программная система для решения задач роторной динамики «DYNAMICS R4». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU 2018614888. Бюл. № 4, 19.04.2018.

  15. Иванов А.В., Леонтьев М.К. Модальный анализ динамических систем роторов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2005. № 3. С. 31–35.

  16. Хейлен В., Ламменс С., Сас П. Модальный анализ: теория и испытания / Пер. с англ. – Химки МО: Leuven: Новатест, 2010. – 319 с.

  17. Леонтьев М.К., Иванов А.В., Дегтярев С.А. Моделирование роторных динамических систем с пространственным расположением валов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2012. № 2. С. 231–239.

  18. Семенова А.С. Разработка расчетно-экспериментальной методики оценки долговечности межроторного подшипника по контактным напряжениям при проектировании ГТД: Дисс. ... канд. техн. наук. – М., МАИ, 2022. – 117 с.

  19. ANSYS Meshing User’s Guide. Canonsburg, PA. 2010, 350 p.

  20. Семенова А.С., Кузьмин М.В. Подбор дискретности конечно-элементной сетки для вращающихся деталей межроторного подшипника газотурбинного двигателя с учетом шероховатости поверхности // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 171–179. DOI: 10.34759/vst-2020-1-171-179

  21. Программная система для анализа роторной динамики турбомашин DYNAMICS R4. Руководство пользователя. – НТЦ «Альфа-Транзит», 2021. — 267 с. URL: https://rotordynamics.ru/wp-content/uploads/2022/06/obuchenie-rukovodstvo-polzovatelya.pdf

  22. Hong J., Talbot D., Kahraman A. A generalized semi-analytical load distribution model for clearance-fit, major-fit, minor-fit, and mismatched splines // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2016. Vol. 230. Nos. 7-8, pp. 1126-1138. DOI: 10.1177/0954406215603741

  23. Wink C.H., Nakandakari M. Influence of gear loads on spline coupling // Power Transmission Engineering. 2014, pp. 42-49.

  24. Xue X., Huo Q., Dearn K.D. et al. Involute spline couplings in aero-engine: Predicting nonlinear dynamics response with mass eccentricity // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2021. Vol. 235. No. 1, pp. 75–92. DOI:10.1177/1464419320986290

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024