2021年飛機(jī)維修（發(fā)動(dòng)機(jī)維修）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、飛機(jī)維修（發(fā)動(dòng)機(jī)維修）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪組件的強(qiáng)度分析 摘要：燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪組件是燃?xì)廨啓C(jī)的主要組件之一,由于其不僅工作溫度高，而且還要承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故渦輪組件是決定燃?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件，為確保有足夠的壽命。本文重點(diǎn)對(duì)某型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度特性進(jìn)行了分析，并驗(yàn)證了其穩(wěn)定性及可靠性。本文使用sam _f/field軟件的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)該轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行了分析計(jì)算。根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的條件，計(jì)算了該機(jī)組轉(zhuǎn)子具有較小的臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)、葉片丟失瞬態(tài)響應(yīng)等。計(jì)算結(jié)果表明臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù)合理；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)選取的

2、平衡量具有較小的振動(dòng)幅值；轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)方案的合理性，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。得出了此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方案能保證低壓渦輪壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)論，從而為燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性、維修性、保障性提供了參考。 關(guān)鍵詞：低壓渦輪；強(qiáng)度；轉(zhuǎn)速；振動(dòng)；可靠性 1 前言 上世紀(jì) _年代，德國(guó)人霍爾茨瓦特制成第一臺(tái)實(shí)用的燃?xì)廨啓C(jī)，其效率為13%、功率為370千瓦，自此之后，燃?xì)廨啓C(jī)就逐漸進(jìn)入了人們的生活領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)等都是典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，都以轉(zhuǎn)子作為工作主體。轉(zhuǎn)子連同軸承、支座等稱為轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常常發(fā)生振動(dòng)，而振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。降低了機(jī)組的工作效率；嚴(yán)重的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子

3、斷裂，造成重大危害。轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)的振動(dòng)是多樣的，包括轉(zhuǎn)軸的扭曲振動(dòng)、彎曲振動(dòng)和輪盤葉片的振動(dòng)等。轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)較為復(fù)雜，牽涉的因素較多。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)就是以轉(zhuǎn)軸的彎曲振動(dòng)作為主要研究對(duì)象的。 轉(zhuǎn)子的不平衡量所引起的振動(dòng)屬于“強(qiáng)迫振動(dòng)”，它的角頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等。對(duì)于高速轉(zhuǎn)子，除了不平衡質(zhì)量引起的振動(dòng)以外，還有頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不相等的振動(dòng)，稱為“渦動(dòng)”。轉(zhuǎn)子連接件配合面的摩擦、轉(zhuǎn)軸的內(nèi)阻、軸承油膜力或密封引起的氣動(dòng)力等都是產(chǎn)生渦動(dòng)的因素。理論上，轉(zhuǎn)軸的這種渦動(dòng)屬于“自激振動(dòng)”1。渦動(dòng)甚至可以破壞轉(zhuǎn)軸或軸承。 本文研究的對(duì)象是該型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子-支承建模，使用sam _f專

4、業(yè)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析軟件，采用有限元素法分析了其轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性，包括轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)分析、轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析等。驗(yàn)證了其在工程應(yīng)用方面的可用性及可靠性。同時(shí)得出了分析其動(dòng)力學(xué)特性的基本方法及結(jié)論。 2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 該型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子呈軸流輪轂式整體結(jié)構(gòu)，它由9級(jí)低壓壓氣機(jī)和l級(jí)低壓渦輪組成，低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪之問(wèn)通過(guò)低壓渦輪軸連接并以花鍵傳遞扭矩（見(jiàn)圖1）。08級(jí)低壓壓氣機(jī)輪盤、葉片材料為鈦合金；低壓渦輪盤、葉片材料為高溫合金；低壓渦輪軸材料為馬氏體不銹鋼。低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子呈3點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)。前支承采用徑向止推滾珠軸承，支承點(diǎn)位于壓氣機(jī)o級(jí)輪盤的前段，由彈性支承、擠壓油膜阻

5、尼器、滾珠軸承組成；中間支承采用滾柱軸承由擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成，支承點(diǎn)位于低壓壓氣機(jī)后軸徑后段；后支承采用滾柱軸承，由彈性支承、擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成，支承點(diǎn)位于低壓渦輪軸后段。 3 計(jì)算模型 該型燃機(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的3d模型較大，這將導(dǎo)致在網(wǎng)格劃分以及計(jì)算過(guò)程中花費(fèi)大量時(shí)間，因此我們對(duì)本機(jī)組的計(jì)算采用2d軸對(duì)稱模型。在總體直角坐標(biāo)系下建立二維軸對(duì)稱單元，其種類有3節(jié)點(diǎn)或高階6節(jié)點(diǎn)的三角形單元、4節(jié)點(diǎn)或高階8節(jié)點(diǎn)的四邊形單元。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有9個(gè)自由度，前6個(gè)自由度與梁?jiǎn)卧粯?，分別為沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的拉伸和扭轉(zhuǎn)，以及由彎曲而引起的其他2個(gè)方向的線位移和角位移。另外，3個(gè)自由度與旋轉(zhuǎn)軸的橫截面變形有關(guān)，分別為拉伸引起的徑向位移和彎曲引起的2個(gè)切向位移。同時(shí)使用這類單元可以很好地模擬轉(zhuǎn)子的“渦動(dòng)效應(yīng)”。 建立總體直角坐標(biāo)系（x,y,z）和局部圓柱坐標(biāo)系(e1,z,e2)。設(shè)定(u1,u2,u3,?1,?2,?3)為局部坐標(biāo)系下的位移分量,將它們沿0向按傅立葉級(jí)數(shù)展開如下： 式中：n為波數(shù); m為相數(shù)。每個(gè)諧函數(shù)(n,m)對(duì)應(yīng)1個(gè)結(jié)構(gòu)的基本變形2。 低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的壓氣機(jī)葉盤間的連接方式為焊接或螺栓緊固渦輪葉盤與渦輪軸之間也是以螺栓緊固的方式連接，低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪軸之間的連接為花鍵。以此為依據(jù)進(jìn)行整體建模。