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PW4000发动机振动故障研究
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PW4000发动机振动故障研究
[硕士毕业论文]论文目录&摘要第1-4
页Abstract第4-5
页目录第5-7
页第一章 PW4000发动机的振动问题第7-10
页第二章 航空发动机转子振动及其控制第10-25
页　　· 不平衡强迫振动第10-15
页　　· 自激振动第15-19
页　　· 常用振动控制技术第19-23
页　　· 振动故障诊断方法第23-25
页第三章 PW4000发动机转子-支承系统结构第25-36
页　　· 简介第25-27
页　　　　· 单元体结构第25-27
页　　　　· 基本技术数据第27
页　　· 转子支承及承力系统第27-28
页　　· 高压转子的结构特点第28-30
页　　· 弹性支承和挤压油膜阻尼器第30-34
页　　· 推力平衡空气系统第34-36
页第四章 PW4000发动机的动力特性第36-44
页　　· 概述第36-38
页　　· 转子临界转速计算第38-44
页　　　　· 传递矩阵法第38
页　　　　· 动力计算模型第38-41
页　　　　· 计算过程及结果第41-44
页第五章 减振系统对转子动力特性的影响第44-54
页　　· 挤压油膜阻尼器减振失效第44-48
页　　　　· 挤压油膜阻尼器的失效现象第44-46
页　　　　· 影响挤压油膜阻尼器工作的因素第46-48
页　　· 轴向力调节引起转子特性改变第48-54
页　　　　· 发动机轴向力的推算办法第48-49
页　　　　· 轴向力调节引起的问题第49-54
页第六章 涡轮盘轴间隙有限元计算分析第54-66
页　　· 概述第54
页　　· 建立有限元计算模型第54-59
页　　　　· 涡轮盘简化处理第54
页　　　　· 有限元建模和单元划分第54-55
页　　　　· 温度场边界条件的确定第55-58
页　　　　· 载荷移置第58
页　　　　· 其他的载荷第58
页　　　　· 加载方法第58-59
页　　· 计算结果第59-63
页　　　　· 图分析结果第59-62
页　　　　· 对810间隙配合处的径向位移进行分析第62-63
页　　· P&W公司在810和1710间隙配合处的有关服务通告第63-66
页第七章 结论第66-68
页　　· PW4000发动机的转子为柔性转子第66
页　　· PW4000发动机转子在工作时可能出现热不定心第66
页　　· PW4000发动机高压转子推力控制第66
页　　· PW4000发动机加速的过程的试车方案第66-68
页参考文献第68-71
页研究生期科研间工作与发表论文情况第71-72
页致谢第72-73
本篇论文共73页，。
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按字母分类 ：发动机振动/发动机振动
正文/发动机振动
　　发动机振动是衡量发动机工作质量的一个重要标志。振动过大会加速机件的疲劳破坏，降低发动机工作寿命。发动机振动传给，会使乘员易于疲劳并有不舒适感，同时影响仪表的精度和指示，有时还造成结构和仪器的损坏。因此，对于每一种发动机的振动大小都有严格的规定。 　　燃气涡轮发动机的振动&　主要来自转子（即压气机和涡轮转子）、和传动机匣。引起振动的原因有： 　　①转子不平衡：高速旋转时转子不平衡产生的离心力将激起垂直于转轴的横向振动，其频率等于转子的转速。它是发动机振动的主要来源。 　　②转子共振：当转子转速达到某一定值，转子不平衡引起的强迫振动频率会与转子的固有频率相耦合，这时会出现强烈的振动，振动中转轴有较大的位移和弯曲，严重时会使转子擦伤机匣和碰坏叶片等。出现强烈振动的转速称为临界转速。 　　③气流不稳定和脉动：的喘振和燃烧室内的不稳定燃烧会引起整机的低频纵向振动。外界不稳定气流的进入，或是进气通路中的支柱、叶片等都会使气流产生脉动，从而激起发动机横向振动或局部振动。 　　④传动机匣中由齿轮传动啮合不平稳产生的振动。 　　减小转子引起振动的主要措施是在发动机生产过程中对转子进行仔细的平衡（静平衡和动平衡），以消除转子运转时产生的不平衡力和力矩，同时可调整转子刚性或采用弹性支承使临界转速高于或低于发动机工作转速。对于高转速的柔性转子（工作转速高于临界转速）可采用本机平衡方法，使转子在下进行平衡调整。当转子振动时还可使用挤压油膜阻尼器减震。转轴带动阻尼器轴颈挤压滑油，使油压提高，产生阻尼效应以减小转子的振动。 　　液体火箭发动机振动&　正常工作状态下，振动具有宽频带随机性,其中能量集中在几百赫到几千赫(加速度从几十到几百个g)的范围内。当出现窄频带随机振动或近似单频正弦振动时，容易引起结构破坏，表明发动机设计质量较差。液体火箭发动机的振动与设计特点和工作参数有关。一般说来，大发动机比小发动机振动严重。振动的激励源主要是和涡轮泵，其中推力室对整机振动影响最大。推力室的燃烧不稳定性以及结构的共振会使发动机振动大大加剧。采用适当的减振措施，如推力室设置隔板或声腔(见)、系统中设置液体阻容装置或者调整结构的固有振动特性（见），都有可能把发动机的振动值控制在允许的范围内。涡轮泵转子采用柔轴时，在某种条件下会出现强烈振动，这时转子除以工作转速自转外，还会以一定的转速绕轴承中心线进动。轴系进动时挠度相当大,容易使转子密封件损伤、齿轮磨损或轴承破坏,这种现象称为次同步共振。提高轴系的临界转速、减小结构内阻、避免干摩擦、选用弹性轴承座和改进密封设计等措施，可以有效地把发生次同步共振的转速排除在工作转速之外。 　　固体火箭发动机振动&　主要由燃烧室中药柱燃烧不稳定性引起。燃烧不稳定性与能量释放率、氧化剂颗粒的平均直径、推进剂的配方和混合的均匀性以及药柱的几何形状等有关。燃烧不稳定性引起燃烧室压力振荡，频率常在几十赫至几千赫。它不仅会改变和降低发动机性能，而且会导致发动机，影响火箭本体其他部件的正常工作，尤其是低频燃烧不稳定性的影响更大，在极端情况下会引起发动机爆炸。&
配图/发动机振动
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航空发动机结构-第七章-总体结构
第七章 发动机总体结构第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 受力分析 支承方案 支承方案 联轴器 支承结构 承力系统第一节 发动机的受力分析发动机部件所受作用力 轴向力和发动机的推力一、发动机部件所受作用力1.1 作用力的分类1 气体力、力矩在气流通道内，由于气流的速度，压力，方向变化 对作用零件产生的力。 叶片，进气道，喷口，火燃筒。一、发动机部件所受作用力1.1 作用力的分类2 惯性力、力矩旋转或机动飞行时由于质量所产生的力 叶片，盘等旋转件上的惯性力 作用在转子上的惯性力矩或力偶一、发动机部件所受作用力1.1 作用力的分类3 热应力相邻的不同材料在相同温度下； 工作环境温度梯度不同时可产生；机匣的安装边处 火燃筒 加力燃烧室一、发动机部件所受作用力风扇叶片一、发动机部件所受作用力高压压气机盘一、发动机部件所受作用力尾喷口一、发动机部件所受作用力燃烧室一、发动机部件所受作用力1.2 力的传递零件内力零件内部平衡不向外传。热应力、轮盘应力等。零件外传力机动飞行时的惯性力、惯性力矩、不平衡力 气动力 和重量。一、发动机部件所受作用力1.2 力的传递发动机内力不传给飞机的力：气动力矩、部分轴向力 。发动机外传力推力，重量，机动飞行时的惯性力 力矩。二、轴向力和发动机的推力2.1各部件轴向力分布及推力的计算推力等于所有部件轴向力之和2.2转子轴向力及卸(减)荷措施卸荷为什么不会影响推力2.3涡轮与压气机轴向力不同为什么？？？二、轴向力和发动机的推力二、轴向力和发动机的推力2.4 大涵道比风扇发动机风扇向前轴向力小于涡轮向后轴向力 主轴承的周向力向后二、轴向力和发动机的推力2.5 作用在发动机上的力矩气动力矩是不传给飞机的； 压气机，涡轮中相应的动叶和静叶上气动力矩 相等 各转子上力矩相等二、轴向力和发动机的推力第二节 转子支承方案内容：转子的结构形式 确定转子支承的位置 所使用轴承的类型和联轴器的选取作用：承受转子上各种负荷气动力、重力、惯性力外传，最后传到安装节。2.1 单转子的支承方案两支点（1-1-0）威派尔 Viper(RR 公司 公司)涡喷六（WP-6）发动机带有加力燃烧 室的单转子涡 喷发动机 （中国） 用于歼六 强五使用WP-6发动机的飞机歼敌机FJ-6强敌机A-52. 1 单转子的支承方案三支点 （1-2-0） 涡喷-6 (WP-6)РД-20发动机苏联制造 用于 雅克-15 雅克 米格-9 米格米格-9（前苏联）2.1 单转子的支承方案四支点（1-3-0）РД-202. 1 单转子的支承方案浮动套齿联轴器2. 1 单转子的支承方案两支点方案特点适用于刚性转子 一般情况下后支点位于涡轮前缩短转子长度 提高轴的刚度 支点环境温度高后支点位于涡轮后转子支点间跨度加大2.1 单转子的支承方案三支点方案特点适用于轴向尺寸大的转子 必须解决“三点共线”问题采用柔性联轴器 提高转子、支承的加工精度波音747，767飞机的动力2.2 双转子支承方案HP 1-1-0 LP 0-1-1年开始研制） （1962年开始研制） 年开始研制波音B-777大型双发客机动力2.2 双转子支承方案HP 1-1-0 LP 0-2-1（日 宣布研制） 年 月 日 宣布研制）2.2 双转子支承方案普惠（PW）公司发动机支承方案特点高压转子采用 1-1-0转子短 刚性好 效率高低压转子后支点放置涡轮后转子跨度大 动力特性差V2500 （美，英，德，意，日1974年开始研制） 年开始研制） 年开始研制波音B-737中型双发客机2.2 双转子支承方案HP 1-0-1 LP 0-2-1F4042.2 双转子支承方案中介轴承的使用（GE公司）中介轴承一般为滚棒轴承 。 减小转子长度。 节省一个承力框架，降低发动机重量。 轴承的供油、封严、安装困难。 转子间的动力影响较大。2.2 双转子支承方案HP 0-2-0 LP 1-2-02.3 三转子支承方案HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1RB1992.4 滚珠轴承位置一般原则1.尽可能不放在涡轮附近； 2.相对安装节轴向位移最小处； 3.在双支点中均放在压气机之前； 4.在三支点中大多数放在压气机之后。2.4 滚珠轴承位置F4042.4 滚珠轴承位置V25002.4 滚珠轴承位置RB199作 业根据图册或补充讲义附图 分析F404和V2500发动机转子支承方案形式 及特点 要求画出支承简图第三节 联轴器将涡轮轴与压气机轴联接起来的组件称为联 轴器。作用：传扭，传轴向力，传径向力--起支点作用。形式：刚性，柔性。3.1 刚性联轴器1 套齿式联轴器双圆柱面定心 套齿传扭 大螺母承受轴向力V2500低压 V2500低压 转子3.1 刚性联轴器V2500低压联轴器V2500低压 转子 低压3.1 刚性联轴器2 精密螺栓联轴器双圆柱面定心 螺栓传扭及轴向力F404高压转子 高压转子3.1 刚性联轴器F404高压转子 高压转子3.1 刚性联轴器3 圆弧端齿联轴器“圆弧”定心 端齿传扭 螺栓传递轴向力3.2 柔性联轴器WP8 低压联轴器3.2 柔性联轴器3.2 柔性联轴器WP6低压联轴器3.2 柔性联轴器WP7球形接头套齿联轴器第四节 支承结构1. 轴承设计 常用滚棒轴承和滚珠轴承 径向尺寸大，轴向尺寸小，可以短期缺油，损耗 小 工作温度可到300℃ 高速轴承即DN值很大&1,000,000 离心力和摩擦力大，要求润滑和冷却良好 滚棒为特轻，滚珠为轻第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点双排滚珠轴承并用：可承受大的轴向负荷 但应解决均载问题。
第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点轴承在高温下工作：隔热衬套 环内开槽 内环供油 喷油冷缺。第四节 支承结构RB199第四节 支承结构第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点滚珠滚棒轴承并用：滚珠承受轴向力 滚棒承受径向力第四节 支承结构GE90第四节 支承结构3. 供油方式：直射喷油 轴下供油 甩油盘第四节 支承结构4. 封严方式：篦齿封严 端面石墨密封 浮动环式封严 螺纹式封严第四节 支承结构蓖齿封油蓖齿封气第四节 支承结构石墨块端面石墨密封第四节 支承结构端面石墨封严第四节 支承结构螺纹式封严第四节 支承结构刷式封严第四节 支承结构浮动环封油第四节 支承结构5. 轴承的滑蹭 原因： 负荷少； 转速高； 工况变化大； 中介轴承易发生打滑。 消除打滑的方法： 减少阻力 增加拖动力第四节 支承结构6. 带弹性支座挤压油膜轴承第五节 承力系统7.承力框架：转子支点的负荷通过气流通道传到外机匣(承力壳 体)的构件称为承力框架。 利用静子叶片传力 通过涡轮导向器传力 级间机匣传力 涡轮后轴承机匣F404
RB199第五节 承力系统8.安装节发动机与飞机连接点,并将发动机的负荷传到飞机。第五节 承力系统第五节 承力系统
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文档资料库内容来自网络，如有侵犯请联系客服。汽车动力悬置的创新设计
高吴玮+田玉冬+何龙[摘 要]悬置作为连接发动机与车身的一个支承原件，在减少汽车动力系统带来的NVH问题上起着至关重要的作用。悬置为发动机提供良好工作环境，改善汽车的操纵稳定性和平顺性，给驾驶者和乘员创造舒适的驾驶乘坐体验。目前市场上，随着汽车的保有量的增加，汽车的舒适性得到了越来越广泛的关注，人们也越来越注重汽车的驾驶舒适感。通过对汽车动力悬置的设计与创新，可以很好地做到这一点，同时也是为发动机舱空间合理利用提供先决条件。[关键词]悬置，橡胶垫圈，隔震，二级减震。中图分类号：TS207 文献标识码：A 文章编号：X（1-02汽车是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统，组成汽车的各部分子系统都拥有不同的结构强度，使得这各个子系统的固有频率不尽相同。汽车行驶在不平路面时，由于汽车的速度方向和加速度大小发生改变，车轮，车架，传动系统等的振动频率不同会很容易造成整车或者局部的剧烈振动。其中发动机作为汽车的动力输出同时也是汽车振动的主要来源之一，与车架相连的发动机产生的振动如果不能得到很好的控制，振动会通过车架传到与车架直接相连的车身钣金件和其他零件，同时会有噪音的产生，继而影响汽车的操纵稳定性和平顺性，使车内人员产生不舒适的感觉，严重时会造成零部件的应力疲劳，影响汽车的使用寿命。另一方面，路面和车架的振动和噪声也会通过发动机与车架连接处传给发动机，会严重影响发动机的正常运行。1 基本原理在汽车发动机支承技术中为了便于安装和减震降噪，一般采用了四点橡胶悬置法（三个限位支承，一个非限位支承），这样一来，每个支承点的悬置设计和组合就非常重要了。悬置系统应具备三大作用：（1）支撑作用发动机悬置是一个支承原件，它必须能够承受发动机总成的质量，使其不至于过大的静位移而影响工作（2）限位作用发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其他动载荷）作用的情况下，悬置应能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻零件的碰撞干涉，确保发动机能正常工作。（3）隔震作用悬置是底盘与发动机动力总成之间的连接件，它应具有良好的隔振作用。一方面，它要阻止作为振源的发动机向车架传递振动力，这类隔振形式称为积极隔振；另一方面，发动机动力总成悬置必须阻止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击，这类隔振形式称为消极隔振。可见发动机动力总成悬置必须起到双重隔振的作用。从隔振角度来说，希望悬置是越软越好，以期将振动隔离到最小；而从支承和限位角度来说，考虑到空间结构的紧凑性和有限性，又希望悬置越硬越好，最好将发动机动力总成固定不动。此二者是一个矛盾体，因此在悬置设计中如何最优化选取悬置刚度是一个极为重要的问题。2 设计创新在考虑到悬置基本原理的同时，对于悬置结构的创新设计也十分重要。当前汽车工业中，广泛使用的悬置分为传统的纯胶悬置，以及动、静态性能较好的液压悬置。基于现有的悬置模型下可以有如下创新（以橡胶悬置为例）。2.1 总体结构悬置总体结构如图 1所示，从左到右依次是金属定位板2、橡胶件、金属隔离板、橡胶垫圈、金属定位板1四大组成部分。并用螺栓通过各组成部分的中间通孔进行连接，实现悬置的动态上止位限位。2.2 定位板定位板分为金属板1和金属板2。金属板1如图2所示向上与发动机相连，可以设计成具有牙口的盖状，并且在盖面以圆形阵列方式打孔。盖状的设计可很好地固定隔离板和橡胶件，同时起到减小悬置的径向位移的作用，牙口状和盖面的开口设计是很好的排油口和通气口，在减少油污侵蚀的同时也可以实现零件的通风散热，同时节省了材料，降低成本，也更好地实现车身的轻量化。金属板2如图3所示，作为悬置的下端部件，它在支撑悬置的同时向下连接车架，它和橡胶件的“倒凸”型设计能够让橡胶件平稳的固定在连接板中，充分起到限位作用，同时硬定位件和软橡胶件得配合可以更好地化解上文悬置隔震作用中提到的矛盾，起到很好地隔震作用。两块定位板均采用金属材质是了更好的散热，也满足了支撑、限位要求。但是在一定程度上增加了悬置的整体重量。相比较金属定位，采用橡胶材料虽然能更好起到隔震，并且减少悬置总重，可是橡胶件不利于支撑和限位，不利于散热，同时橡胶件易老化，易被油污侵蚀的性质也会影响到悬置的使用寿命。所以这里推荐选用金属材料制成的定位板。2.3 橡胶垫圈在定位板和隔离板中加入的橡胶垫圈如图4所示，起到防止定位板和隔离板直接接触的作用，减少了两者的摩擦损耗，同时选用橡胶作为垫圈原料是为了与悬置橡胶件形成一个二级减震的效果。橡胶垫圈自身的带有一定的弹性性能，做为二级减震部件与主橡胶件的一级减震相配合，在悬置被压缩过程中提供额外弹性力，减少悬置的整体形变。在发动机到达动态下止点时（即悬置最大压缩处）橡胶垫圈和主橡胶件都达到了最大形变，此时悬置所拥有的弹性力大于发动的总重，即将使发动机向上运动，因为主橡胶件拥有大部分的弹性力，将橡胶垫圈以压缩的状态和发动机向上推直到压力释放完毕（此过程中橡胶垫圈始终处于被压缩状态），由于惯性力的作用发动机运动到动态上止点的过程中，橡胶件渐渐释放压力抵消一部分发动机的惯性力，减弱发动机的瞬时加速度，减少反向的冲击力，在剧烈的动态位移中保护好悬置各部件，吸收震动同时来保证发动机工作位置的稳定。在车辆静止或者驶过平缓路段时（震动不明显时）通过橡胶垫圈吸收一部分压力以起到保护主橡胶件的作用。虽然理论上多级减震的次数越多隔震效果越好，但是每加一级成本越高，悬置刚度越差，成本增加，所以减震级数也不宜过多。2.4 隔离板隔离板如图5所示，主要起到隔离油污与橡胶件的作用，斜坡的设计更利于排油，外界油污杂质通过定位板1的盖面进入悬置，在斜坡分力的作用下通过牙口排离悬置，减少了对悬置橡胶件的损害。斜坡的造型能导向气体流动，与定位板牙口处形成的类似于节流的装置，可以降低流经的流体压力，增加流速，尽可能多地带走热量。2.5 橡胶件橡胶件（如图6）作为悬置的主要弹性元件，提供大部分的弹性力。经文献检索，汽车发动机橡胶悬置装置所采用的人工合成橡胶件均为圆柱形和圆台形结构，中间通孔部分均为圆柱孔设计。这里设计成“倒凸”状与定位板2配合可以更好地提供弹性力达到吸振效果，同时可以很好的在径向固定橡胶件，因为对于发动机横置的车型，发动机舱内空间本就有限。这样的结构能尽量减少发动机的横向位移，防止与其他零件的碰撞摩擦。3 结论目前，大量的汽车发动机橡胶悬置装置结构简单，存在的不足主要为：现有橡胶悬置装置均为圆柱形和圆台形结构，振型结构单一，而汽车燃油发动机的振型与汽车车架的振型的振动频率是不一样的，使得其在整个工作范围内不能起到良好的隔震减振作用，而且外表面不大，散热较差。综合本文的创新设计，在二级减振方面对悬置的隔震吸振有了提高，同时隔离板与定位板的设计在一定程度上帮助了散热，也增加了悬置在车辆运行的复杂环境中的使用寿命。作者简介：高吴玮（1994年2月），男，大学本科，上海电机学院车辆工程专业，上海浦东新区橄榄路1350号，邮编201306，联系电话，田玉冬（1968年1月），男，教授，博士研究生导师，主要从事载运工具运用工程、汽车服务工程和车辆CAT技术的教学和研究何 龙（1995年2月），男，大学本科，上海电机学院车辆工程专业
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