中文摘要：

转子系统的不对中故障在旋转机械中非常普遍，会引起严重的整机振动问题，有关理论研究的针对性和深入度仍有迫切需求。本项目以先进涡扇发动机所特有的带有弹性支承的、多跨和内外布置的多转子系统为对象，开展滚动轴承不对中和联轴器不对中两类典型不对中问题的机理性研究。首先，根据具体对象结构形式并结合实验观察，对滚动轴承不对中和联轴器不对中进行成因分析和模式分类；然后，采用一般力学和弹性力学并结合有限元法，建立滚动轴承不对中和联轴器不对中的数学模型，进行模型验证、修正和确认；进而分别建立考虑不对中的多转子系统模型，进行不同不对中模式和结构特征参数的转子系统动力学特性、振动行为和振动敏感性的研究；最后，在理论研究的基础上，提出面向工程应用的不对中容差控制方法。本项目可为解决航空发动机等旋转机械的整机振动过大、特别是由于不对中所导致的关键件振动敏感、轴承负荷不均衡、轴向振动剧烈等问题奠定基础。

结论摘要：

以先进涡扇发动机转子系统为代表的带有弹性支承、内外布置的多转子系统，其动力学特性具有特殊性，转子系统不对中问题的理论研究及其工程设计与诊断技术需求十分迫切。本项目首先对目前旋转机械转子动力学领域的不对中建模方法、不对中转子系统动力学与振动特性的现有研究成果进行了分析与比较，详细综述了目前仅有的套齿联轴器、弹性支承组件的动力学研究成果，明确了现有研究的局限和不足。进而针对先进涡扇发动机转子系统的具体结构特征开展动力学建模与不对中模式研究，提出了航发转子系统两类不对中问题即联轴器不对中和支点不对中的五种具体模式及其主要影响因素。创新性地建立了考虑支承结构存在偏置时的角接触球轴承5自由度刚度变化模型，引入了对中表征的平移量和角度偏转量，建立了带有滚动轴承不对中的两支点转子系统动力学解析模型，获得了滚动轴承不对中的激振机理及其附加激励力表达式，揭示了轴承支点不对中转子系统振动响应转频及其二倍频成分变化不明显、轴向振动突出等新规律。本项目根据低压转子套齿联轴器的套齿啮合和轴向接触等典型结构特征，建立了考虑不对中因素的、包含横向、弯曲和轴向等5自由度的联轴器刚度变化模型。创新性地建立了带有套齿联轴器不对中的三支点转子系统的解析模型，获得了套齿联轴器不对中对转子系统的激振机理及其附加激励力表达式，揭示了联轴器不对中三支点转子系统振动响应的特殊规律，其中不对中长轴振动表现出显著的二倍频成分和复杂性，且造成了转子系统强烈的轴向振动。本项目研制了滚动轴承不对中刚度测试、套齿联轴器不对中刚度测试等专用装置。还开展了动力学相似设计原理研究，研制了弹支二支点风扇转子相似试验台、带套齿联轴器弹支三支点低压转子试验台、带中介轴承高压转子试验台等多个试验系统。基于支点不对中、联轴器不对中的大量模型试验实测数据，对比分析并确认了不对中参数与装配工艺参数的关系及其对转子系统振动的影响规律，获得了不对中参数与支承和联接结构容差关系、不对中造成的部件变形等新规律。本项目获得的支承和联轴器结构及其装配工艺等特征参数对不对中振动的敏感性影响规律，为工程设计、装配质量控制、试车测试与分析提供了依据，在中航工业沈阳发动机设计研究所、黎明发动机制造公司等单位交流并获得了认可和试用检验。另外，本项目研究的理论成果发展了弹性支承多转子系统及其不对中问题的动力学与振动理论，促进了本学科方向的发展。