摘要:
套齿结构因具有高可靠性和扭矩传递补偿能力,广泛应用于航空发动机传动系统,但其内摩擦失稳问题易引发转子振动突增,威胁飞行安全。针对某型直升机涡轴发动机套齿结构内摩擦故障,通过理论建模、数值仿真与试验研究相结合的方法,系统揭示了内摩擦失稳的动力学特征与稳定边界。基于运动分析建立了带套齿转子的非线性动力学模型,推导了跳跃门槛与失稳门槛的解析表达式,理论揭示了失稳振动幅值突降/突增及次谐波成分的产生机理。采用有限元仿真分析了跳跃特征与失稳特征的幅频响应规律,发现表面粗糙度增大可提高跳跃门槛转速,而定位面间隙增大会显著降低失稳门槛转速。设计并搭建了套齿内摩擦失稳故障模拟试验器,通过更换不同参数的内花键试验件,验证了理论模型与仿真结果。试验表明:失稳发生时,时域振动幅值呈现“突降-突增”的跳跃现象,频域伴随1阶临界转速的次谐波成分;定位面间隙对跳跃门槛转速无影响,但增大会使失稳门槛转速降低5%~8%;表面粗糙度从0.8 μm增至3.2 μm,跳跃门槛转速提升2.4%,失稳门槛转速降低10%。研究结果为航空发动机套齿结构的设计优化与失稳故障预防提供了理论依据,建议采用过盈配合定位面以抑制内摩擦故障。
王彤, 王俨剀, 王掩刚, 等. 航空发动机套齿结构内摩擦动力学特征研究[J]. 航空动力学报, 2026, 41(4):20250112. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20250112.