CN104534018A - 一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，该阻尼器采用多层油膜结构，阻尼器外壳的内底部加工有内外两油室，兼具油膜轴颈和磁轴承作用的双环式永磁轴承的内外两永磁环分别位于阻尼器外壳内底部的内外两油室内，两永磁环与两油室的4个相应的侧环面间有约1mm间隙，内部充注有一定粘度的润滑油，形成了4层挤压油膜；双环永磁轴承组件通过螺纹连接于油膜轴颈挂架上，油膜轴颈挂架上部悬挂于安装有万向球铰的□型挂件下部；□型挂件上部通过万向滚动球铰悬挂于上固定板上；上固定板固定于阻尼器外壳上部。万向滚动球铰由万向滚珠、滚子和球铰球窝组成。本发明通过使用万向滚动球铰极大的减轻了存在于球面副间的摩擦阻力，解决了阻尼器由于轴向承载大运动不灵活的问题，同时，多层油膜结构提高了油膜的阻尼力，较大的油膜间隙降低了挤压油膜力的非线性特性。

Description

一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器

技术领域

本发明涉及一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，属于机械设计领域。

背景技术

对于有低功耗要求的高速旋转机械，常采用非接触式的永磁轴承技术支承旋转轴，但由于永磁轴承能够提供的径向支承刚度较小，所以给这类旋转机械带来了临界转速低，易出现低频进动的问题，为了保证机器能正常平稳工作，常在其上面设置一低频阻尼器，以确保转子平稳越过临界转速，消除可能出现的低频进动现象。传统上常采用悬吊式的油膜阻尼器，该类型阻尼器采用滑动球铰副连接组成的空间平行四边形机构确保油膜轴颈做平动运动，由永磁轴承之间的磁力驱动油膜轴颈运动，同时采用小间隙的单层油膜提供油膜阻尼力。但由于永磁轴承间能够提供的磁力较小，所以当滑动球铰副间的承载力大时，摩擦阻力比较大，致使该类型阻尼器将无法正常工作；同时由于小间隙的单层油膜具有较强的非线性特性，易使转子系统产生不期望的非线性特征。为此，需要设计发明一种摩擦阻力小，运动灵活、油膜非线性特征不明显的悬吊式阻尼器。

发明内容

技术问题：针对上述问题，本发明提供了一种能够降低球铰副间摩擦阻力和油膜非线性特性的悬吊式阻尼器，解决了阻尼器轴向承载力大时运动不灵活及传统挤压油膜阻尼力较强的非线性特性问题。

技术方案：本发明是一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，该阻尼器包括：阻尼器外壳、设置于阻尼器外壳内底部双油室内的兼具油膜轴颈作用的双环永磁轴承组件、连接双环永磁轴承组件的油膜轴颈挂架、悬挂油膜轴颈挂架的□型挂件、悬挂□型挂件的上固定盖、连接油膜轴颈挂架与型挂件及连接□型挂件与上固定板的万向滚动球铰组件。

所述双环永磁轴承组件的4个侧环面分别与阻尼器外壳内底部的两油室相应的侧环面间有约1mm的间隙，内部注有润滑油，形成4层挤压油膜。

油膜轴颈挂架与□型挂件、型挂件与上固定板之间采用万向滚动球铰组件连接。

所述万向滚动球铰组件包括：万向滚珠、球形滚子、球铰球窝，其中，球铰球窝位于上固定板的凹槽中，球形滚子位于球铰球窝的上部，万向滚珠位于球形滚子上。

所述双环永磁轴承组件包括外永磁环、内永磁环、软磁环，其中，内永磁环位于阻尼器外壳内的安全轴外，外永磁环位于阻尼器外壳内的内永磁环外，软磁环位于外永磁环、内永磁环的上部且与外永磁环、内永磁环连接。

所述外永磁环、内永磁环皆为轴向充磁，且充磁方向相反，并与可导磁的转子构成一闭合磁路，同时在与双环永磁轴承组件对应的转子端面上加工有阻磁槽，从而可以使转子与双环永磁轴承组件间产生径向作用力，驱动双环永磁轴承组件运动，挤压油膜，产生油膜阻尼力。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.与现有技术相比，本发明采用万向滚动球铰连接油膜轴颈挂架与□型挂件、□型挂件与上固定板，实现了将原有球铰间的滑动摩擦副转为现结构中的滚动摩擦副，极大的减小了铰链间的摩擦阻力，实现了阻尼器各构件运动灵活，确保了阻尼器的正常工作，可应用于磁轴承刚度低，阻尼器轴向承载力大等场合。

2.与现有技术相比，本发明的兼具油膜轴颈作用的双环永磁轴承组件与阻尼器外壳内底部的油室共形成了4层较大间隙的挤压油膜，所以可产生较大的油膜阻尼力，同时也降低了油膜力的非线性特性。

附图说明

图1为本发明带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器结构示意图。

图2为万向滚动球铰组件结构示意图。

图3为□型挂件组件结构示意图。

图中有：转子1，安全轴2，阻尼器外壳3，双环永磁轴承组件4：外永磁环401、内永磁环402、软磁环403，油膜轴颈挂架5：下连接板501，上舍板502，型挂件6：下挂件601、上挂件202，万向滚动球铰组件7：球铰球窝701、球形滚子702、万向滚珠703，上固定板8，阻磁槽9。

具体实施方式

本发明的一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，包括阻尼器外壳、设置于阻尼器外壳内底部双油室内的兼具油膜轴颈作用的双环永磁轴承组件、连接双环永磁轴承组件的油膜轴颈挂架、悬挂油膜轴颈挂架的□型挂件、悬挂□型挂件的上固定板、连接油膜轴颈挂架与□型挂件及连接□型挂件与上固定板的万向滚动球铰组件。

本发明中采用万向滚动球铰连接油膜轴颈挂架与□型挂件及□型挂件与上固定板，周向共采用3组相同的□型挂件连接油膜轴颈挂架与上固定板，组成空间球铰平行四边形机构，确保油膜轴颈挂架和与之相连的双环永磁轴承组件仅做平动。油膜轴颈挂架采用V型槽与安装于□型挂件下部的万向滚动球铰相连，□型挂件上部采用V型槽与安装在上固定板上的万向滚动球铰相连。

本发明中设计的万向滚动球铰包括万向滚珠、球形滚子、球铰球窝，在球铰球窝内球面上放置了一层小直径的球形滚子，万向滚珠放置与球形滚子之上。当万向滚球转动时，可带动球形滚子在球铰球窝内自由滚动，实现由原来的滑动摩擦转为滚动摩擦，确保阻尼器运动灵活。

本发明中油膜轴颈挂架下部安装有双环永磁轴承组件，双环永磁轴承组件包括内永磁环、外永磁环和软磁环组成，两永磁环分别置于阻尼器外壳内底部的内外两油室内，永磁环的侧环面与油室的侧环面间有约1mm的间隙，内部注有一定粘度的润滑油，共形成了4层挤压油膜，当永磁环运动时，起到油膜轴颈的作用，可挤压油膜，产生油膜阻尼力，由于油膜层数多，油膜间隙较大，所以可产生较大的油膜阻尼力，且非线性因素也不明显。

本发明中的双环永磁轴承组件的内外两永磁环皆为轴向充磁，且充磁方向相反，并与可导磁的转子构成一闭合磁路，同时在与双环永磁轴承组件对应的转子端面上加工有阻磁槽，从而可以使转子与双环永磁轴承组件间产生径向作用力，驱动双环永磁轴承组件运动，挤压油膜，产生油膜阻尼力。

如图1所示为一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器结构示意图，主要包括转子1，安全轴2，阻尼器外壳3，双环永磁轴承组件4，油膜轴颈挂架5，□型挂件6，万向滚动球铰组件7，上固定板8。

阻尼器外壳4固定于机器箱体上，在阻尼器外壳4的内底部加工有内外两油室，由外磁环401、内磁环402和软磁环403组成的双环永磁轴承组件4的内外两永磁环分别置于两油室内，内外两永磁环的4个侧环面与内外两油室的4个侧环面间有一定的间隙，形成了4层油膜间隙。双环永磁轴承组件4的内外两永磁环环充磁方向相反，依靠磁力吸附于软磁环403上，外永磁环401、内永磁环402、软磁环403和转子1构成闭合磁路，转子1上与永磁环对应位置设计加工有阻磁槽9，从而可以使转子1与双环永磁轴承组件4之间产生一定的径向磁力，驱动双环永磁轴承组件4在阻尼器外壳3下底部的两油室内运动，从而使双环永磁轴承组件4也起到油膜轴颈的作用。当双环永磁轴承组件4在阻尼器外壳3内底部的油室内做横向运动时，即可挤压油膜，产生油膜阻尼力，由于采用了较大的油膜间隙和4层油膜，所以既降低了油膜力的非线性特性，又可提供较大的油膜阻尼。

双环永磁轴承组件4通过螺纹连接于油膜轴颈挂架5的下部，油膜轴颈挂架5的上部加工有∧型槽，通过∧型槽，油膜轴颈挂架5悬挂于安装在□型挂件6下部的万向滚动球铰组件7上，□型挂件6上部加工有∧型槽，悬挂于上固定板8中的万向滚动球铰组件7上，上固定板8组件固定于阻尼器外壳3上；沿油膜轴颈挂架5上部的上舍板502的周向和上固定板8的周向共加工有3处均布的∧型槽，分别与3组相同尺寸的□型挂件6相配，组成一个空间球铰平行四边形机构，保证了油膜轴颈组件5和与之相连的双环永磁轴承组件4在纵向平面内仅作平动，在横向平面内自动振动。

图2为万向滚动球铰组件，主要包括球铰球窝701、球形滚子702、万向滚珠703。在球铰球窝内701放置有一定数量的球形滚子702；万向滚动球铰组件7安装于相应的座孔内，通过座孔的尺寸限制，可防止球形滚子702滚出；万向滚珠703放置于球形滚子702之上，当万向滚珠703在外力作用下滚动时，带动球形滚子702在球铰球窝701内滚动，由于是滚动摩擦，所以摩擦阻力很小，从而可以保证球铰负载较大时也能自由转动。

图3为□型挂件6，主要包括上挂件602和下挂件601。上挂件602上加工有∧型槽，用于连接万向滚珠703；下挂件601内加工有相应的安装万向滚动球铰组件7的座孔，它们二者通过螺栓连接组成□型挂件6，安装后的□型挂件6的上挂件602上的∧型槽与下挂件上601的万向滚动球铰组件7的座孔中心轴线重合，以确保3组□型挂件6摆动时具有相同的运动状态。

本发明中，为了减少磁漏和便于阻尼器各零部件的安装，阻尼器中，除软磁环和转子外，其余零部件应采用非导磁材料制作。

Claims (6)

1.一种带滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，该阻尼器包括：阻尼器外壳(3)、设置于阻尼器外壳(3)内底部双油室内的兼具油膜轴颈作用的双环永磁轴承组件(4)、连接双环永磁轴承组件(4)的油膜轴颈挂架(5)、悬挂油膜轴颈挂架(5)的□型挂件(6)、悬挂□型挂件(6)的上固定盖(8)、连接油膜轴颈挂架(5)与型挂件(6)及连接□型挂件(6)与上固定板(8)的万向滚动球铰组件(7)。

2.根据权利1所述的滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，所述双环永磁轴承组件(4)的4个侧环面分别与阻尼器外壳(3)内底部的两油室相应的侧环面间有约1mm的间隙，内部注有润滑油，形成4层挤压油膜。

3.根据权利1所述的滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，油膜轴颈挂架(5)与□型挂件(6)、型挂件(6)与上固定板(8)之间采用万向滚动球铰组件(7)连接。

4.根据权利1或3所述的滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，所述万向滚动球铰组件(7)包括：万向滚珠(703)、球形滚子(702)、球铰球窝(701)，其中，球铰球窝(701)位于上固定板(8)的凹槽中，球形滚子(702)位于球铰球窝(701)的上部，万向滚珠(703)位于球形滚子(702)上。

5.根据权利1所述的滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，所述双环永磁轴承组件(4)包括外永磁环(401)、内永磁环(402)、软磁环(403)，其中，内永磁环(402)位于阻尼器外壳(3)内的安全轴(2)外，外永磁环(401)位于阻尼器外壳(3)内的内永磁环(402)外，软磁环(403)位于外永磁环(401)、内永磁环(402)的上部且与外永磁环(401)、内永磁环(402)连接。

6.根据权利1所述的滚动球铰连接的悬吊式多层油膜阻尼器，其特征在于，所述外永磁环(401)、内永磁环(402)皆为轴向充磁，且充磁方向相反，并与可导磁的飞轮转子(1)构成一闭合磁路，同时在与双环永磁环组件(4)对应的转子(1)端面上加工有阻磁槽(9)，从而可以使转子(1)与双环永磁轴承组件(4)间产生径向作用力，驱动双环永磁轴承组件(4)运动，挤压油膜，产生油膜阻尼力。