一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备及其设计方法与流程

1.本技术涉及发动机部件测试技术领域，特别地，涉及一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备及其设计方法。


背景技术：

2.航空发动机作为高速旋转复杂机械，由于压气机部件和涡轮部件的大温度梯度以及各个零部件强度及装配的结构设计要求，在转子结构设计中对不同材料组成的转子系统需要连接结构。不同结构单元(构件、组件、部件)均需要通过界面配合、连接组成的转子结构系统，对于具有连接界面的转子系统，由于其结构几何尺寸及其所表现出来的力学特性具有非连续性，因此，称带有连接结构的转子系统为非连续转子结构系统。结构系统中接触界面的存在使得结构几何外形和材料性质非连续，进而会造成结构内部的力学特征参数(如刚度、阻尼等参数)非连续，使得其刚度特征与整体结构有所不同。
3.先进涡轴/涡桨发动机燃发转子各级压气机间、压气机与涡轮间以及两级涡轮间均采用圆弧端齿连接结构连接、长拉杆轴向分段压紧的结构形式，为典型非连续结构。为了探究端齿连接结构-拉杆连接转子在大载荷作用下连接结构刚度损失程度，并对转子系统结构和力学参数对连接结构的动态特性的影响规律进行探究，从典型涡轴/涡桨发动机端齿连接结构-拉杆连接结构的结构及力学特征出发，提出了一套结构简单的端齿连接结构-拉杆连接结构大载荷极限动刚度损失试验验证方案，并通过仿真计算验证试验件设计的可行性，为进一步开展转子系统在外载荷和变形影响下端齿连接结构-拉杆转子连接结构动力特性研究提供基础和支撑。
4.根据非连续结构弯曲刚度损失机理分析可知，连接结构局部弯曲变形会造成其弯曲刚度特性的变化，且在不同弯曲曲率下，非连续结构将表现出不同的弯曲刚度特征。对于端齿连接结构，在出现连接结构局部弯曲变形时，表现为一侧压紧，而另一侧张开。端齿连接结构局部弯曲变形会造成其弯曲刚度特性的变化，且在不同弯曲曲率下，非连续结构将表现出不同的弯曲刚度特征。与无弯曲变形相比，端齿连接结构齿面接触面积减小，产生弯曲刚度损失；结构弯曲后，仍保持接触区域受初始载荷与附加弯曲压紧力共同作用，其接触应力相比无弯曲可有所增大，但对其整体弯曲刚度影响较小；因此，对弯曲变形时连接结构刚度损失可通过界面接触面积的变化予以评估。
5.航空发动机转子结构特征复杂，试验件通常采用整体动力学相似、局部几何结构不相似准则对试验件进行设计，如含端齿连接结构的模拟转子，这种方法简化了叶片等结构，降低了成本，也能比较好地再现真实状态下刚度损失。但是，受到试验条件的限制，对于大载荷下的端齿连接结构极限刚度损失很难实现，这是因为端齿连接结构结构在发动机中一般比较大的刚度损失出现在发动机承受很大的不平衡载荷时，例如叶片丢失等，这种情况直接按照实际工况施加，即真实模拟叶片丢失来施加载荷，试验比较困难。且需要模拟真实发动机高转速工况本身对试验件加工、装配等会有比较高的要求，导致成本大幅增加，最终导致如下问题：
6.1)预紧力及横向载荷对端齿连接结构转子接触界面刚度变化影响不明显，测量结果容易受到其他因素的干扰，刚度损失测量不够准确，这是因为真实发动机施加不是很大的载荷时，端齿连接结构刚度损失不明显，测量一个较小的值容易受到各种干扰因素影响。
7.2)受试验条件限制，难以重现大载荷下端齿连接结构极限刚度损失，给动力特性评估带来困难。


技术实现要素：

8.本技术提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，以解决现有的刚度损失测量不够准确、试验比较困难成本高、难以重现大载荷下端齿连接结构极限刚度损失的技术问题。
9.本技术采用的技术方案如下：
10.一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，包括同轴设置的转子前段和转子后段、配重轮盘、滚珠轴承、滚棒轴承、中心拉杆、旋转螺母、端齿连接结构，其中：
11.所述转子前段和转子后段之间通过端齿连接结构传动连接，所述转子后段的外周壁设置有外螺纹，所述配重轮盘通过内螺纹与所述外螺纹相连接，所述转子后段内沿轴向设置有中心孔，所述中心拉杆的一端与转子前段相连接，另一端穿过转子后段的中心孔与旋转螺母螺纹连接；所述滚珠轴承与转子前段远离端齿连接结构的一端的轴颈相连接，所述滚棒轴承与转子后段远离端齿连接结构的一端的轴颈相连接。
12.进一步地，所述转子前段朝向端齿连接结构的一端设置有螺纹孔，所述中心拉杆端部设置外螺纹与所述螺纹孔相连接。
13.进一步地，所述配重轮盘的端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓。
14.进一步地，所述配重轮盘包括同轴设置的第一轮盘、第二轮盘，所述第一轮盘、第二轮盘均通过内螺孔与所述转子后段外周壁的外螺纹相连接，所述第一轮盘、第二轮盘相背离的两端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓。
15.进一步地，所述滚珠轴承、滚棒轴承的安装座之间还连接设置有定位拉杆。
16.本技术另一方面还提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的设计方法，包括步骤：
17.s1、分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；
18.s2、根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的等效试验件的有限元模型，所述等效试验件的有限元模型采用八节点四边形单元对转子进行网格划分，采用轴承单元模拟支承，对端齿连接结构用连续结构替代；
19.s3、利用有限元模型对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，若一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。
20.进一步地，所述步骤s3具体包括步骤：
21.s31、在不考虑刚度损失的情况下，计算得到的端齿连接结构一阶弯曲临界转速和振型；
22.s32、若初始转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成简化等效试验件的设计，反之，则对简化等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节并返回步骤s31；
23.s33、在考虑刚度损失的情况下，考虑简化等效试验件端齿真实连接结构建立真实等效试验件的有限元模型，所述真实等效试验件的有限元模型中对端齿连接结构采用非连续结构；
24.s34、根据真实等效试验件的有限元模型的装配条件、横向载荷进行静力学计算，获得端齿连接结构的连接界面的接触状态；
25.s35、根据所述接触状态计算当前装配条件、横向载荷下的刚度损失修正系数，将所述刚度损失修正系数代入步骤s31中，计算得到考虑刚度损失的情况下的端齿连接结构前一阶弯曲临界转速和弯曲振型；
26.s36、若真实转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构依然位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节后重复步骤s31～s36，直到完成等效试验件的设计。
27.本技术另一方面还提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置，包括：
28.原始尺寸获取模块，用于分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；
29.有限元模型设计模块，用于根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的等效试验件，并建立等效试验件的有限元模型；
30.等效试验件迭代校核模块，用于对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，
31.若端齿连接结构的一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。
32.本技术另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。
33.本技术另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。
34.相比现有技术，本技术具有以下有益效果：
35.1)端齿位置有足够的加载空间，便于静力学试验或者动刚度试验载荷加载，保证端齿位置位移可测性；
36.2)设计不平衡质量加载结构施加横向载荷，保证转子变形可控性，便于研究结构变形程度对端齿刚度的影响；
37.3)试验件转子弯曲振型具有整体性，不出现较为明显的局部振动；
38.4)保证端齿连接结构设计在弯曲振型最大变形位置，即端齿连接结位于转子弹性线最大曲率处，便于实现极限刚度损失；
39.5)弯曲变形以转子变形为主，使得转子相对变形明显大于支承结构变形。
40.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本技术作进一步详细的说明。
附图说明
41.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
42.图1为本技术优选实施例提供的一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备的主视示意图。
43.图2为本技术优选实施例提供的一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备的立体示意图。
44.图3为本技术优选实施例提供的一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备的局部剖视示意图。
45.图4为本技术优选实施例提供的一种端齿连接结构大载荷动力特性试验方法流程示意图。
46.图5为本技术优选实施例的等效试验件的有限元模型示意图。
47.图6为本技术优选实施例的步骤s3的子流程示意图。
48.图7为本技术优选实施例的有限元模型在未考虑刚度损失时的一阶弯曲振型示意图。
49.图8为本技术优选实施例的有限元模型在考虑刚度损失时的一阶弯曲振型示意图。
50.图9为本技术优选实施例提供的一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置模块示意图。
51.图10为本技术优选实施例提供的电子设备的模块示意图。
52.图11为本技术优选实施例提供的计算机设备的模块示意图。
53.图中所示：1、滚珠轴承；2、转子前段；3、端齿连接结构；4、第一轮盘；5、第二轮盘；6、转子后段；7、滚棒轴承；8、旋转螺母；9、定位拉杆；10、配重螺栓；11、中心拉杆。
具体实施方式
54.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
55.参照图1至图3，本技术优选实施例提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，包括同轴设置的转子前段2和转子后段6、配重轮盘、滚珠轴承1、滚棒轴承7、中心拉杆11、旋转螺母8、端齿连接结构3，其中：
56.所述转子前段2和转子后段6之间通过端齿连接结构3传动连接，所述转子后段6的外周壁设置有外螺纹，所述配重轮盘通过内螺纹与所述外螺纹相连接，旋动配重轮盘，即可
方便调节横向载荷位置，所述转子后段6内沿轴向设置有中心孔，所述中心拉杆11的一端与转子前段2相连接，另一端穿过转子后段6的中心孔与旋转螺母8螺纹连接；所述滚珠轴承1与转子前段2远离端齿连接结构3的一端的轴颈相连接，所述滚棒轴承7与转子后段6远离端齿连接结构3的一端的轴颈相连接。
57.本实施例的试验设备主要由转子前段2和转子后段6、配重轮盘、中心拉杆11等零件组成。转子前段2与转子后段6由端齿连接结构3传动连接，通过中心拉杆11和旋转螺母8进行轴向压紧。试验设备采用双支点设计，其支承方案为1-0-1。前支点为滚珠轴承1，安装于转子前段2的前轴颈上，实现转子轴向定位、轴向力与径向力的向外传递；后支点为滚棒轴承7，安装于转子后段6的后轴颈上，实现径向力的向外传递。
58.为了降低加工难度和端齿连接结构3的装配，转子前段2采用前段实心，后段空心的设计。通过初步试算可知，中心拉杆11安装于左端轴颈，中心拉杆11长径比较大，会发生以拉杆振动为主的低频弯曲振型。为了保证转子振动整体性，必须减小中心拉杆11长径比(≤30)，设计中采用以下方法提高中心拉杆11抗弯刚度：
59.1)采用实心设计；
60.2)通过滚棒轴承位置处左移减小中心拉杆11跨度。
61.具体地，所述转子前段2朝向端齿连接结构3的一端设置有螺纹孔，所述中心拉杆11端部设置外螺纹与所述螺纹孔相连接。
62.优选地，所述配重轮盘的端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓10，本通过旋入不同大小的配重螺栓10，即可实现对横向载荷大小的调节。
63.优选地，所述配重轮盘包括同轴设置的第一轮盘4、第二轮盘5，所述第一轮盘4、第二轮盘5均通过内螺孔与所述转子后段6外周壁的外螺纹相连接，所述第一轮盘4、第二轮盘5相背离的两端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓10。
64.与上实施例不同的是，本实施例的配重轮盘是由同轴设置的第一轮盘4、第二轮盘5两部分组成，横向载荷通过两个轮盘结构施加，轮盘结构的连接螺栓与轴线一致，降低转子旋转时连接螺栓的应力水平，提高结构运行可靠性。
65.优选地，所述滚珠轴承1、滚棒轴承7的安装座之间还连接设置有定位拉杆9，以方便限定和调节滚珠轴承1、滚棒轴承7之前的轴向距离。
66.上述实施例的预紧力及横向载荷调节方法如下：
67.1)通过拉紧中心拉杆11来施加预紧力，即通过给予中心拉杆11不同拉伸长度来控制端齿连接结构3的预紧力，中心拉杆11的拉伸长度可以通过旋转螺母8来调节，为防止结构松动，旋转螺母8使用锁紧垫片卡紧，防止滑动；
68.2)通过第一轮盘4、第二轮盘5上增减质量调节横向载荷，各轮盘圆周预留有大小不同的螺栓孔，可根据试验要求配置不同的配重螺栓10来控制横向载荷。
69.如图4所示，本技术的另一优选实施例还提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的设计方法，包括步骤：
70.s1、分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；
71.s2、根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的等效试
验件，并建立等效试验件的有限元模型，所述等效试验件的有限元模型采用八节点四边形单元对转子进行网格划分，采用轴承单元模拟支承，对端齿连接结构用连续结构替代(如图5所示)。在连续结构模型中，调节转子长度和弹支刚度，保证在给定试验条件下能过弯曲临界，便于实现极限刚度损失；
72.s3、利用有限元模型对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，若端齿连接结构的一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。
73.具体地，如图6所示，所述步骤s3具体包括步骤：
74.s31、在不考虑刚度损失的情况下，计算得到的端齿连接结构未考虑刚度损失前三阶弯曲临界转速(见表1)和一阶弯曲临界转速及振型(见图7)，端齿连接结构3刚度损失是由于连接界面滑移等造成的，目前还难以直接计算，本技术评估弯曲临界转速将端齿连接结构考虑为连续结构，这样得到的弯曲临界转速会稍微大于实际的弯曲临界转速，我们试验台能够达到该连续结构对应的弯曲临界转速即可；
75.表1未考虑刚度损失的临界转速
[0076][0077]
s32、若初始转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成简化等效试验件的设计，反之，则对简化等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节并返回步骤s31；
[0078]
s33、在考虑刚度损失的情况下，考虑简化等效试验件端齿真实连接结构建立真实等效试验件有限元模型，所述真实等效试验件的有限元模型中对端齿连接结构采用非连续结构；
[0079]
s34、根据真实等效试验件的有限元模型的装配条件、横向载荷进行静力学计算，获得端齿连接结构的连接界面的接触状态；
[0080]
s35、根据所述接触状态计算当前装配条件、横向载荷下的刚度损失修正系数，将所述刚度损失修正系数代入步骤s31中，计算得到考虑刚度损失的情况下的端齿连接结构前三阶弯曲临界转速(见表2)和一阶弯曲振型；
[0081]
表2考虑刚度损失的临界转速
[0082][0083]
s36、若真实转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构依然位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，其中，当刚度损失修正系数为0.24时，计算得到的真实转子一阶弯曲振型如图8所示，可以看到，端齿连接结构3在弯曲振型最大变形位置，即端齿连接结构3位于转子弹性线最大曲率处，提高不同横向载荷下刚度损失的敏感性，便于实现极限刚度损失；反之，对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节后重复步骤s31～s36，直到完成等效试验件的设计。
[0084]
综上所述，通过模拟仿真，本技术对转子强度和动力学特性进行了校核，得到以下结论：
[0085]
1)等效试验件中心拉杆11预紧力紧度储备满足设计要求；
[0086]
2)考虑中心拉杆11预紧力下静强度满足设计要求；
[0087]
3)一阶弯曲临界转速低于试验台工作转速，且具有较大储备裕度；
[0088]
4)一阶弯曲振型具有较好整体性，无局部振动，且端齿位置位于转子弹性线最大位移附近，便于实现大载荷下端齿连接结构极限刚度损失。
[0089]
如图9所示，本技术另一优选实施例还提供了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置，包括：
[0090]
原始尺寸获取模块，用于分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；
[0091]
有限元模型设计模块，用于根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力
特性试验装置的等效试验件，并建立等效试验件的有限元模型；
[0092]
等效试验件迭代校核模块，用于对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，若端齿连接结构的一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。
[0093]
如图10所示，本技术的优选实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中的端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。
[0094]
如图11所示，本技术的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。
[0095]
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0096]
本技术的优选实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述实施例中的端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。
[0097]
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0098]
本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0099]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0100]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0101]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0102]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0103]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0104]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，其特征在于，包括同轴设置的转子前段(2)和转子后段(6)、配重轮盘、滚珠轴承(1)、滚棒轴承(7)、中心拉杆(11)、旋转螺母(8)、端齿连接结构(3)，其中：所述转子前段(2)和转子后段(6)之间通过端齿连接结构(3)传动连接，所述转子后段(6)的外周壁设置有外螺纹，所述配重轮盘通过内螺纹与所述外螺纹相连接，所述转子后段(6)内沿轴向设置有中心孔，所述中心拉杆(11)的一端与转子前段(2)相连接，另一端穿过转子后段(6)的中心孔与旋转螺母(8)螺纹连接；所述滚珠轴承(1)与转子前段(2)远离端齿连接结构(3)的一端的轴颈相连接，所述滚棒轴承(7)与转子后段(6)远离端齿连接结构(3)的一端的轴颈相连接。2.根据权利要求1所述的端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，其特征在于：所述转子前段(2)朝向端齿连接结构(3)的一端设置有螺纹孔，所述中心拉杆(11)端部设置外螺纹与所述螺纹孔相连接。3.根据权利要求1所述的端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，其特征在于：所述配重轮盘的端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓(10)。4.根据权利要求1所述的端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，其特征在于：所述配重轮盘包括同轴设置的第一轮盘(4)、第二轮盘(5)，所述第一轮盘(4)、第二轮盘(5)均通过内螺孔与所述转子后段(6)外周壁的外螺纹相连接，所述第一轮盘(4)、第二轮盘(5)相背离的两端面沿不同圆弧半径设置有若干不同直径大小的螺栓孔，所述螺栓孔内旋入有相应直径大小的配重螺栓(10)。5.根据权利要求1所述的端齿连接结构大载荷动力特性试验设备，其特征在于：所述滚珠轴承(1)、滚棒轴承(7)的安装座之间还连接设置有定位拉杆(9)。6.一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的设计方法，其特征在于，包括步骤：s1、分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；s2、根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的等效试验件，并建立等效试验件的有限元模型，所述等效试验件的有限元模型采用八节点四边形单元对转子进行网格划分，采用轴承单元模拟支承，对端齿连接结构用连续结构替代；s3、利用有限元模型对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，若端齿连接结构的一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。7.根据权利要求6所述的端齿连接结构大载荷动力特性试验方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括步骤：s31、在不考虑刚度损失的情况下，计算得到含端齿连接结构的简化转子一阶弯曲临界转速及振型；s32、若初始转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成简化等效试验件的设计，反之，则对简化等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节并返回步骤s31；
s33、在考虑刚度损失的情况下，考虑简化等效试验件端齿真实连接结构建立真实等效试验件有限元模型，所述真实等效试验件的有限元模型中对端齿连接结构采用非连续结构；s34、根据真实等效试验件的有限元模型的装配条件、横向载荷进行静力学计算，获得端齿连接结构的连接界面的接触状态；s35、根据所述接触状态计算当前装配条件、横向载荷下的刚度损失修正系数，将所述刚度损失修正系数代入步骤s31中，计算得到考虑刚度损失的情况下的端齿连接结构前一阶弯曲临界转速和弯曲振型；s36、若真实转子一阶弯曲临界转速低于限制转速，且一阶弯曲振型中端齿连接结构依然位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节后重复步骤s31～s36，直到完成等效试验件的设计。8.一种端齿连接结构大载荷动力特性试验装置，其特征在于，包括：原始尺寸获取模块，用于分析真实的发动机端齿连接结构，获取端齿连接结构本身的原始尺寸；有限元模型设计模块，用于根据试验台情况，初步设计端齿连接结构大载荷动力特性试验装置的等效试验件，并建立等效试验件的有限元模型；等效试验件迭代校核模块，用于对等效试验件的弯曲临界转速和横向载荷位置进行校核，若端齿连接结构的一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置，则完成等效试验件的设计，反之，则对等效试验件的轴向尺寸、支承刚度和横向载荷轴向位置等进行调节，直到一阶弯曲临界转速低于限制转速，且端齿连接结构位于弯曲振型的最大变形位置。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求6至7中任一项所述端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。10.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其特征在于，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求6至7中任一项所述端齿连接结构大载荷动力特性试验方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种端齿连接结构大载荷动力特性试验设备及其设计方法，所述设备包括同轴设置的转子前段和转子后段、配重轮盘、滚珠轴承、滚棒轴承、中心拉杆、旋转螺母、端齿连接结构，所述转子前段和转子后段之间通过端齿连接结构传动连接，所述转子后段的外周壁设置有外螺纹，所述配重轮盘通过内螺纹与所述外螺纹相连接，所述转子后段内沿轴向设置有中心孔，所述中心拉杆的一端与转子前段相连接，另一端穿过转子后段的中心孔与旋转螺母螺纹连接；所述滚珠轴承与转子前段远离端齿连接结构的一端的轴颈相连接，所述滚棒轴承与转子后段相连接。本申请能通过试验确定预紧力和横向载荷对大载荷极限刚度损失下端齿连接结构动力特性的影响。的影响。的影响。


技术研发人员：胡廷勋 唐振寰 邓旺群 米栋 龙伦 冯义 陈成 刘文魁 汤勇 廖川丰
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/7/12