套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响

奚佳莉; 郭勤涛; 刘济稳; 贾志刚

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.003

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套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响

·振动·噪声·监测·诊断· | 更新时间：2026-06-16

- 套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响
- Uncertainty analysis of simplified spline coupling model and its impact on rotor dynamic characteristics
- 机械强度 2026年48卷第6期页码：19-28
- 作者机构：
  
  1.南京航空航天大学机电学院，南京 210016
  2.中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院，北京 101300
- 作者简介：
  
  奚佳莉，女，2000年生，黑龙江七台河人，硕士研究生；主要研究方向为转子动力学；E-mail：xi760909@163.com。
- 基金信息：
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.003
  中图分类号： V232.9
- 收稿：2024-11-25，
  
  修回：2024-12-02，
  
  纸质出版：2026-06-15
- 稿件说明：
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奚佳莉，郭勤涛，刘济稳，等. 套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响［J］. 机械强度，2026，48（6）：19-28.

XI Jiali，GUO Qintao，LIU Jiwen，et al. Uncertainty analysis of simplified spline coupling model and its impact on rotor dynamic characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：19-28.
奚佳莉，郭勤涛，刘济稳，等. 套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响［J］. 机械强度，2026，48（6）：19-28. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.003.

XI Jiali，GUO Qintao，LIU Jiwen，et al. Uncertainty analysis of simplified spline coupling model and its impact on rotor dynamic characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：19-28. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.003.

摘要

目的

在进行航空发动机转子动力学计算时通常将套齿接触结构省略，导致无法体现其刚度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题，考虑套齿结构刚度特性建立简化模型，并开展相关转子动力学分析计算。

方法

首先，根据套齿结构刚度等效的简化方法，将某航空发动机试验台单面套齿结构进行简化，建立了套齿连接结构的简化模型；然后，利用试验件开展相关转子固有特性试验，根据试验结果对简化模型进行参数识别，并进行参数的不确定性分析；最后，针对简化模型中等效轴段的弹性模量开展转子临界转速及应变能的影响研究。

结果

试验结果表明，转子简化模型与试验模型最大计算频率误差小于3%，证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性，同时通过参数修正，更好地提高了模型的准确性；通过参数不确定性分析，证明了仿真预测计算与试验具备较好的一致性。在简化模型的转子动力学计算中，发现随着套齿等效弹性模量的增加，各阶临界转速和转子应变能都有不同幅度增加。研究可为后续工程实践中高效开展含套齿结构转子设计及整机动力学分析提供方法与参考。

Abstract

Objective

In the rotor dynamic calculation of aero-engine

spline coupling is usually omitted

which leads to the problem that the influence of the change of its stiffness characteristics on the rotor dynamic characteristics cannot be reflected. Aiming at this problem

a simplified model was established considering the stiffness characteristics of the spline coupling

and the related rotor dynamic analysis and calculation were carried out.

Methods

Firstly

according to the simplified method of the equivalent stiffness of the spline coupling

the single-sided spline coupling of an aero-engine test bench was simplified

and a simplified model of the spline coupling was established. Secondly

the test pieces were used to carry out the relevant rotor inherent characteristic test

and the parameters of the simplified model were identified according to the test results

and the uncertainty of the parameters was analyzed. Finally

the influence of the critical speed and strain energy of the rotor was studied for the elastic modulus of the equivalent shaft section in the simplified model.

Results

The test results show that the maximum calculation frequency error between the simplified rotor model and the test model is less than 3%

which proves that the simplified modeling method of the spline coupling has high reliability and accuracy

and the accuracy of the model is better improved by parameter correction. Through the analysis of parameter uncertainty

it is proved that the simulation prediction calculation is in good agreement with the test. In the rotor dynamic calculation of the simplified model

it is found that with the increase of the equivalent elastic modulus of spline coupling

the critical speed of each order and the strain energy of the rotor increase in different ranges. This study provides a method and reference for the efficient design of rotor with spline coupling and the dynamic analysis of the whole machine in the subsequent engineering practice.

关键词

Keywords

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