影响整机振动的3类参数关键因素（图3）

图3随机装配与优化的不平衡量累积分布曲线。

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图2优化原理。 #

图1特点参数分类。

表2不平衡量公差范围和平均值。 #

表1不同心度公差范围和平均值比较。

先进涡扇底盘结构中，各部件结合面表面加工精度、端面跳动、径向跳动、螺栓联接紧度等的工艺特点参数具有时变性和分散性的特性，因而造成动力学参数（包括定子的不平衡、支点不同心、连接与支承挠度）的时变性和分散性，直到引起整机震动的分散度较大。底盘震动排故实践经验表明，目前底盘震动大的主要诱因是动力学参数变化区间无法控制，同时伴随着由结构稳定性造成的震动不稳定。因此，需理清影响底盘整机震动的主要参数内容，研究其控制技术。

在民航底盘的加工、装配和工作过程中，底盘的结构、工艺特点参数会在一定公差范围内变化，导致相应结构的动力学特点参数发生变化航空发动机装配调试技术，其结果是对整机震动特点形成影响。为此，剖析其工艺特点参数、结构特点参数与动力学特点参数的相关联系，为其装配工艺控制奠定基础。 #

通过剖析总结导致整机震动的3类参数关键诱因，确定了特点参数的分类，如图1所示。 #

热学特点参数是影响整机震动的直接参数，主要包括不平衡量、不同心度、连接挠度和支承挠度。工艺特点参数是装配过程中控制的参数或则是通过装配而产生的参数，主要包括定子组合跳动、转静子不同心度、拧紧扭矩、拧紧次序等参数。结构特点参数是底盘零件以及零件之间的结构要素，主要包括零件跳动、配合关系、轴承间隙等。

结构动力学特点参数是影响整机震动的直接参数，但是影响不平衡量、不同心度、连接挠度和支承挠度动力学参数的是结构几何工艺和装配工艺特点参数。为此，剖析装配工艺参数控制技术问题对控制整机震动意义重大。 #

结构装配工艺是复杂的技术问题，如底盘结构螺丝联接结构涉及力矩、剪切力、弯曲力、陀螺力、机械轴向力、气动压力、惯性力、热梯度、摩擦、装配干涉和螺丝预紧力等11种荷载，怎样在保证其结构硬度、寿命和性能的前提下，满足联接挠度在底盘工作怠速范围内的动力学设计要求，这就是怎样提出装配工艺要求。需考虑螺丝数和斜度的选定、拧紧扭矩和步长、拧紧方向、环境湿度、工作气温梯度等装配、工艺参数对结构动力学参数的影响，才会制订出科学的结构装配工艺规程。又如在轴承装配时，配合间隙的不确定性无法控制。而轴承的配合间隙又决定了轴承的支撑挠度，装配时是间隙配合还是紧度配合能够使支撑挠度达到合适范围，就须要剖析清楚相关结构在装配环境湿度和工作环境湿度下的相对位置（或热学）关系，使其在底盘工作状态下也满足支承挠度设计要求。 #

结构工艺和装配工艺参数可测和可控性 #

底盘整机系统由数千个零件组合而成，因为每位零件的公差分布是随机的，其组合后的底盘结构特点具有分散度，怎么保证依照结构几何工艺参数在装配工艺的作用下满足设计要求，须要对结构的静态几何工艺参数描述的合理智进行研究。如锥面配合时对零件配合面的跳动量描述，是以多少点、线、面描述为最佳叙述方法；又如中央传动蜗杆与附件机匣伞蜗杆的配合关系，剖析出靠零件的什么工艺参数和装配工艺来保障装配性能。

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其实，只有保证装配过程前的结构工艺参数的合理智和装配过程中的工艺参数可测试性，能够实现结构动力学参数的可控性，以保证底盘整机震动特点在设计要求范围内。

典型定子同心度装配优化与控制技术 #

底盘每一结构件的设计要求，其几何和工艺参数都有一定偏差范围，装配组合后会带来热学参数的容差要求，假如容差与工艺参数没有进行优化设计，其结果是：虽然加工出的零件都各自满足其技术要求，但装配组合后的热学参数不一定满足震动特点的要求。相反，假如应用装配优化技术，虽然加型腔超出了公差范围，仍有可能装配出符合震动特点要求的组件。

在装配过程中可以被优化的热学参数主要有定子不平衡量、转子不同心度和转静子不同心度。定子不平衡量和不同心度直接影响底盘的震动特点，而转静子不同心度将对转、静子碰磨有重要影响。

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定子不同心度优化通过检测定子部件的几何跳动，推测出不同部件组合角度下定子的不同心度，从而获得定子不同心度最小的部件组合角度而达到目标。优化原理如图2所示。在相同部件公差条件下，经过仿真估算得到两种装配模式下的定子不同心度累计机率分布，两者的不同心度公差范围（95%置信区间）和平均值（50%累计机率）的比较见表1。

定子不平衡量优化也是通过检测定子部件的几何跳动，推测出不同部件组合角度下定子的初始不平衡量，从而获得定子不平衡量最小的部件组合角度而达到目标。在相同部件公差条件下，经过仿真估算得到两种装配模式下的定子不同心度累计机率分布，如图3所示。两者不平衡量公差范围（95%置信区间）和平均值（50%累计机率）的比较见表2。

转静子不同心度优化通过改变静子支承不同心度关系，从而达到定子和静子之间不同心度最小的目标。在定子上安装间隙传感，进行常规过程，完成定子和静子定位关系的装配环节后，旋转定子来检测定子和静子之间的间隙，得到转静子不同心度。

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依据不同心度的大小和相位，改变静子机匣安装边螺丝旋紧次序，可以进行微量调节优化。倘若不同心度数值较大，则须要分解后调整静子之间的定位关系进一步改善转静子不同心度。 #

试验测试技术与典型震动故障 #

整机震动试验与测试技术是检验设计、装配结果的有效途径，是检验整机震动特点设计符合性，以及检测机械系统结构运行状态正常与否的重要手段。 #

在新的底盘研发阶段，在靶机台架和部件试验中，整机震动检测的主要目的和工作如下。

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（1）验证定子动力学特点是否满足设计要求，如在工作怠速范围内是否存在临界怠速，是否须要更改或施加减振抑制。

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（2）验证整机震动特点，包括支承动特点、机匣动特点、转静子件震动特点关系（间隙分布）以及各截面震动幅值与成附件所在位置的震动关系。

（3）在研发过程中通过设置动力学参数和所遇见的震动故障，测试构建底盘震动故障谱系，为底盘出厂使用提供震动标准和外场飞行提供故障确诊根据。

为此，整机震动试验测试技术是有效验证设计、装配质量和保障底盘可靠安全运行的关键技术。 #

整机震动测试方式的现况和震动标准（限制值） #

在整机震动测试方式方面，20世纪50~80年代中期，美国民航底盘整机震动检测系统大部份采用磁电式速率检测系统。以震动总数来评判其震动大小，但通常只规定稳定状态下的限制值，在升、降速过程中的瞬态值可忽视不计。测振仪均采用带通混频器，如WP6、WP7底盘使用的测振仪带通为70~200Hz，斯贝MK202底盘的为45~400Hz。国外涡喷系列底盘整机震动测试至今仍多沿袭上述方式。 #

20世纪70年代末至80年代初，压电加速度计凭着结构简单牢靠、体积小、质量轻、频率响应范围宽、动态范围大、性能稳定、输出线性好、使用室温范围宽以及抗外磁干扰能力强等特性，迅速在震动测试领域取得主导地位。在CFM56底盘试车规范中甚至明晰规定整机震动测试须要采用压电加速度计。在70年代，因为数字电路技术、电子计算机技术发展很快，计算机开始应用于讯号剖析与处理领域，讯号数字处理剖析技术应运而生。该技术构建在借助快速傅立叶变换而急剧增强估算速率（蝶形算法）的基础上，才能采用非频域特点的函数剖析，详尽描述物体的运动性质及动态过程。针对测试手段和技术的发展，整机震动测试方式也相应发生了新的变化，如震动份量控制。震动份量通常是经跟踪混频、窄带混频或频谱剖析得到的单一频度的震动讯号，CFM56底盘规定高压定子以速率值、低压定子以位移值表征整机震动水平。 #

整机震动测试主要围绕底盘结构件的可靠性进行，对震动监视的限制值主要从以下几方面考虑： #

（1）在底盘初始研发阶段，主要参考相类似结构的底盘整机震动限制值；

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（2）考虑传递到轴承上的震动荷载不应超过其额定静荷载的10%，以保证轴承的安全；

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（3）考虑底盘成附件（包括管道、机匣、附件机匣及其附件）的震动激励的大小不应使其遭到损伤；

（4）考虑影响底盘震动的其他诱因，如碰磨、支承挠度（轴承挠度）、不同轴度等的试验研究。 #

整机震动特点的测试技术与动力学设计验证

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在整机震动试验过程中，可以通过试验测试技术来验证底盘的动力学特点实际情况，包括：定子动力学特点是否满足设计要求；获取整机震动特点；通过设置动力学参数和所遇见的震动故障，测试构建底盘震动故障谱系等。下边介绍几种试验测试方式。 #

定子动力学特点的测试技术 #

定子动力学特点是指定子结构在底盘全怠速范围内的震动形态。受定子几何规格、支点分布、支承挠度、发动机工作怠速（气温分布和扭转挠度）甚至装配工艺的影响而不同。现代旋转机械系统（包括民航底盘）大多采用弹性支承，充分借助了在定子通过支承临界后的较宽怠速范围（支承2阶临界怠速的2～3倍怠速）的纵向震动具有定心作用的特性。在全怠速范围内避免了弯曲临界怠速。按照定子不同的结构方式，其测试方式可以采用振幅峰值法、副临界怠速法、轴心轨迹法、滞后相角法等。对民航底盘结构通常按照怠速震动曲线找寻共振点，在共振点怠速附近测试其支点之间的相位关系，即可获得其震动特点。也可借助非接触式位移传感（电容式、电涡流式、微波式）测量定子轴向相位关系，获取定子振型。而对于弯曲定子振型则须要在定子轴上粘贴应变片，借助定子过临界时发生转向现象来判定其是否为弯曲振型。因而验证动力学设计是否避免弯曲震动及其支承震动特点。

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机匣支承结构的震动特点测试技术

受通过支承传递的定子不平衡力、内流和与茎秆互相作用的气动力激励的影响，底盘机匣会发生各类振型的震动。这些震动会涉及其自身的结构硬度问题，就会造成安装于机匣上成附件的损伤问题。 #

据悉，还需考虑机匣弹性线和定子弹性线间的关系，从而尽可能避免转静件碰摩的现象所带来的底盘性能衰减问题。为此，机匣支承结构的震动特点测试是十分必要的研究内容。

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其测试方式主要二种：

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（1）加速度、应变计联合测试法。因为底盘结构和环境复杂，且考虑传感的附加质量影响，一些部位难以安装加速度传感，因而需依照具体环境施行不同的测试方案。对于轴向振型，借助多个加速度计的相位关系和多个应变计的等效梁单元变型与位移转换，分段组合成整体轴向振型（若容许布置足够的加速度计时可直接测得）。对于周向振型，用加速度计和应变计均可实现。 #

（2）非接触式激光位移测试法。借助动、静态大变型、大应变场检测系统（Q-400X）的3维全场震动剖析高速变型检测技术，进行吊扇机匣沿轴向变型测试，可实现非接触、全场、大变型大应变检测，现场检测无需隔振。才能针对较大的测试面积和测试对象或柱状体进行静态加载条件下的全场多视角变型与大应变检测，并能给出在加载条件下的小型柱状体的全场变型与应变分布。但该方式仅适用于可视机匣振型的测试航空发动机装配调试技术，对于双涵机匣还应采用第一种方式。

民航底盘整机震动故障特点 #

整机震动测试就是在底盘运行过程中监视、识别和预测其运行状态变化情况，按照所测得的震动讯号特点，查询故障发生的可能缘由，便于采取相应决策，及时清除隐患和排除故障，提升底盘运行的可靠性和安全性。

通过对多台份某型底盘试车过程进行大量的震动测试和剖析总结，觉得该型底盘常见震动故障为定子临界、机匣局部共振、转子不平衡量过大、转静件碰摩、腔容积油、轴承故障等。这种研发过程中积累和重现的震动故障特点可有效地为底盘后续使用提供特别有价值的参考作用，也是底盘研发过程中所必须进行的内容。 #

虽然高性能民航底盘存在结构复杂（多定子）、工作环境恶劣（低温、高怠速、工作怠速范围宽）、工况多变（加减速、俯冲、盘旋）等特性，对整机动热学稳定性提出了严苛要求。为彻底实现底盘整机震动的可控性，本文立足与底盘的整机动热学设计、装配与测试工作，剖析了影响民航底盘整机动热学特点的结构诱因，阐述了构建整机震动控制体系的主要内容，具体包括：

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（1）考虑发展和建立整机震动剖析的考虑结构特点参数（工艺特点参数与动力学特点参数）分布特点的参数化建模方式。 #

（2）研制高精度小型盘轴、机匣工艺特点参数检测系统，建立底盘装配工艺等关键技术，建立结构几何参数、装配工艺参数和热学参数数据库。

（3）研究整机震动特点测试技术、故障在线试验技术与测试技术，构建震动敏感参数的响应数据库。

按照本文的阐述，基于国外现有的研发经验并结合高性能民航底盘的研发需求，通过进行先进有效的估算技术、高效的测试技术和可控的装配工艺等方面的研究，构建有效、实用的整机震动控制体系，即可保证底盘整机动热学特点良好，有望彻底实现底盘整机震动的可控性。王德友

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