CN108223668A - 一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，包括套筒3、轴承4、支座5、拉杆6、支架7、机匣8、外层油膜供油孔9、内层油膜供油孔10、由机匣8和支座5构成的外层油膜阻尼器A、由套筒3和支座5构成的内层油膜阻尼器B；外层油膜阻尼器A由外层油膜阻尼器轴颈2A和外层油膜阻尼器外圈1A之间充的油膜构成，内层油膜阻尼器B由内层油膜阻尼器轴颈2B和内层油膜阻尼器外圈1B之间充的油膜构成；与传统的挤压油膜阻尼器相比，本发明达到相同油膜阻尼时所产生的油膜刚度大幅降低，有效地抑制了油膜刚度高度非线性的情况并且提高挤压油膜阻尼器的减振效率。

Description

一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器
技术领域
本发明属于阻尼减振技术领域，具体涉及一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器。
背景技术
挤压油膜阻尼器，如图1所示，由于结构简单和减振效果好，在航空发动机上得到了广泛地应用。在实际航空发动机中，由于航空发动机转子系统的重力、制造以及装配误差等不平衡因素而产生的不平衡力也常常会引起转子的振动。为了降低转子系统振动时的振幅，通常在转子支承处采用挤压油膜阻尼器来抑制转子系统的振动。阻尼器内环的圆心以外圈的圆心为进动的中心做进动频率为Ω的圆进动，阻尼器内环运动，如图2所示，随着阻尼器内环的运动对内外环之间的油膜进行挤压产生阻尼来减弱转子的振动。
但是大部分阻尼器都是圆环型结构想要进一步提高阻尼会比较困难，此外在临界转速附近转子系统会产生很大的振动，油膜在这种高度挤压的情况下会体现出极大的油膜非线性，这种非线性情况在油膜刚度上表现得更为明显，会加重转子系统振动程度甚至会产生失稳现象。因此，阻尼器提供较大油膜阻尼的同时，产生相对较小的油膜刚度，在一定程度内能有效地抑制油膜刚度非线性过分增大，更有利于航空发动机的可靠工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，包括套筒(3)、轴承(4)、支座(5)、拉杆(6)、支架(7)、机匣(8)、外层油膜供油孔(9)、内层油膜供油孔(10)、由机匣(8)和支座(5)构成的外层油膜阻尼器(A)、由套筒(3)和支座(5)构成的内层油膜阻尼器(B)；
所述外层油膜阻尼器(A)由外层油膜阻尼器轴颈(2A)和外层油膜阻尼器外圈(1A)之间充的油膜构成，所述内层油膜阻尼器(B)由内层油膜阻尼器轴颈(2B)和内层油膜阻尼器外圈(1B)之间充的油膜构成；
所述套筒(3)固定于机匣(8)上，所述轴承(4)与支座(5)通过拉杆(6)的一端进行连接，所述拉杆(6)的另一端与支架(7)的一端相连接，所述支架(7)的另一端固定在机匣(8)上，所述外层油膜阻尼器外圈(1A)位于机匣(8)的内侧，所述内层油膜阻尼器外圈(1B)位于套筒(3)的外侧，所述外层油膜阻尼器轴颈(2A)位于支座(5)的外表面，所述内层油膜阻尼器轴颈(2B)位于支座(5)的内表面，所述外层油膜供油孔(9)设置于机匣(8)上，且与外层油膜阻尼器外圈(1A)相通，所述内层油膜供油孔(10)设置于套筒(3)上，且与内层油膜阻尼器外圈(1B)相通。
所述外层油膜阻尼器外圈(1A)和内层油膜阻尼器外圈(1B)均为两个半圆环错开放置，形成错开处(C)，所述外层油膜阻尼器(A)半圆环部分内随着外层油膜阻尼器轴颈(2A)的进动，使得外层油膜间隙逐渐变小，所述内层油膜阻尼器(B)半圆环部分内随着内层油膜阻尼器轴颈(2B)的进动，使得内层油膜间隙逐渐变小。
本发明的有益效果：
本发明提出一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，在传统挤压油膜阻尼器的结构基础上增加一个套筒，即增加一个阻尼器外圈构成一个并联结构，并且对内外两个外圈进行结构改造，形成内外双层油膜。由不平衡力使得轴颈产生进动的过程中对内外两层油膜同时产生挤压，有效地提高油膜阻尼。与传统的挤压油膜阻尼器相比，在达到相同油膜阻尼时所产生的油膜刚度大幅降低，进而有效地抑制了油膜刚度高度非线性的情况并且提高挤压油膜阻尼器的减振效率。
附图说明
图1为挤压油膜阻尼器结构示意图；
图2为挤压油膜阻尼器内环运动示意图；
图3为本发明具体实施方式中并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器的截面结构示意图；
图4为本发明具体实施方式中并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器的截面结构局部放大图；
图5为本发明具体实施方式中并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器运动截面剖视图；
其中，1A-外层油膜阻尼器外圈，1B-内层油膜阻尼器外圈，2A-外层油膜阻尼器轴颈，2B内层油膜阻尼器轴颈，3-套筒，4-轴承，5-支座，6-拉杆，7-支架，8-机匣，9-外层油膜供油孔，10-内层油膜供油孔，A-外层油膜阻尼器，B-内层油膜阻尼器，C-外圈两部分错开处，11-供油孔，12-供油槽，13-弹性支承，14-转子，15-阻尼器内环，16-油膜，17-阻尼器外环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，针对现有技术存在的问题，本实施方式中，提出一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，如图3所示，包括套筒3、轴承4、支座5、拉杆6、支架7、机匣8、外层油膜供油孔9、内层油膜供油孔10、由机匣8和支座5构成的外层油膜阻尼器A、由套筒3和支座5构成的内层油膜阻尼器B。
如图4和图5所示，所述外层油膜阻尼器A由外层油膜阻尼器轴颈2A和外层油膜阻尼器外圈1A之间充的油膜构成，所述内层油膜阻尼器B由内层油膜阻尼器轴颈2B和内层油膜阻尼器外圈1B之间充的油膜构成。
所述套筒3固定于机匣8上，所述轴承4与支座5通过拉杆6的一端进行连接，所述拉杆6的另一端与支架7的一端相连接，所述支架7的另一端固定在机匣8上，所述外层油膜阻尼器外圈1A位于机匣8的内侧，所述内层油膜阻尼器外圈1B位于套筒3的外侧，所述外层油膜阻尼器轴颈2A位于支座5的外表面，所述内层油膜阻尼器轴颈2B位于支座5的内表面，所述外层油膜供油孔9设置于机匣8上，且与外层油膜阻尼器外圈1A相通，所述内层油膜供油孔10设置于套筒3上，且与内层油膜阻尼器外圈1B相通。
所述外层油膜阻尼器外圈1A和内层油膜阻尼器外圈1B均为两个半圆环错开放置，形成错开处C，所述外层油膜阻尼器A半圆环部分内随着外层油膜阻尼器轴颈2A的进动，使得外层油膜间隙逐渐变小，所述内层油膜阻尼器B半圆环部分内随着内层油膜阻尼器轴颈2B的进动，使得内层油膜间隙逐渐变小。
本实施方式中，由于套筒3和机匣8的存在，分别与支座5的内侧和外侧形成内外两层油膜。
在受到不平衡力的作用下在轴承4处引起振动，并传递至支座5处。随着支座5的振动对外层油膜阻尼器A和内层油膜阻尼器B同时进行挤压作用，使得两层油膜均产生油膜阻尼，并且外层油膜阻尼器A和内层油膜阻尼器B由于错位结构的存在，当外层油膜阻尼器轴颈2A进动一周时又对油膜进行两次挤压作用，周向瞬态阻尼产生两个峰值，使得每层油膜的平均阻尼增加，进而大幅增加阻尼器所能提供的油膜阻尼。而传统的挤压油膜阻尼器只有单层油膜，在达到相同的油膜阻尼时由于油膜刚度的高度非线性的情况，使得油膜刚度较大。本专利的设计使得阻尼器阻尼增加时油膜刚度呈现出线性增加的趋势，在一定程度上抑制了油膜刚度非线性的情况。
为了更好地验证本发明的并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器能够有效提高油膜阻尼，并在提供相同的阻尼下，抑制油膜刚度非线性的情况。具体采用了ANSYS仿真计算软件对本发明的并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器进行了仿真计算，并计算了传统挤压油膜阻尼器在提供相同的油膜阻尼时所产生的油膜刚度。传统挤压油膜阻尼器与本发明的并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器的结构参数如下表1：
表1传统挤压油膜阻尼器与本发明的并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器的结构参数(单位：mm)
本发明的挤压油膜阻尼器中，阻尼器轴颈的运动表达式如式(1)和式(2)所示：
X＝e·cos(Ω·t) (1)
Y＝e·sin(Ω·t) (2)
其中，e＝cε为阻尼器轴颈偏心距，c为油膜间隙，ε为偏心率，Ω为公转角速度，本实施例中，e为0.015mm，公转角速度Ω为503rad/s。仿真计算的滑油参数为：滑油密度为885kg/m2，滑油粘度为0.0168pa·s，出口边界条件压力为大气压。
可知，油膜阻尼和刚度的计算公式如式(3)和式(4)所示：
式中，C为油膜阻尼，K为油膜刚度，Ft为阻尼器轴颈所受油膜切向力，Fr为阻尼器轴颈所受油膜径向力。
通过ANSYS仿真计算软件对本专利进行了数值模拟计算，并与传统挤压油膜阻尼器进行对比，如表2所示。
表2两种阻尼器在相同动偏心时油膜阻尼值C(单位N·s/m)
传统挤压油膜阻尼器 本专利
89.66 258.66
通过表格内的数据可以明显的看到本专利由于双层错位结构的存在，使得阻尼大幅增加。
为了进一步体现本专利具有更好的减振性能，计算了当传统挤压油膜阻尼器提供相近的油膜阻尼时所对应的油膜刚度，如表3所示。
表3两种阻尼器在提供相同阻尼值时油膜刚度对比
C(单位N·s/m) K(单位N/m)
传统挤压油膜阻尼器 259.18 1.63×105
本专利 258.66 3.07×104
通过以上表内的数据可以明显的看到当传统挤压油膜阻尼器提供油膜阻尼为259.18N·s/m时，所提供的油膜刚度为1.63×105N/m是本专利在相同油膜阻尼情况下所提供的油膜刚度5倍左右，由此可见，在提供相同阻尼的情况下，本专利在一定程度上有效地抑制了油膜刚度非线性的过分增大。

Claims (2)

1.一种并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，其特征在于，包括套筒(3)、轴承(4)、支座(5)、拉杆(6)、支架(7)、机匣(8)、外层油膜供油孔(9)、内层油膜供油孔(10)、由机匣(8)和支座(5)构成的外层油膜阻尼器(A)、由套筒(3)和支座(5)构成的内层油膜阻尼器(B)；
所述外层油膜阻尼器(A)由外层油膜阻尼器轴颈(2A)和外层油膜阻尼器外圈(1A)之间充的油膜构成，所述内层油膜阻尼器(B)由内层油膜阻尼器轴颈(2B)和内层油膜阻尼器外圈(1B)之间充的油膜构成；
所述套筒(3)固定于机匣(8)上，所述轴承(4)与支座(5)通过拉杆(6)的一端进行连接，所述拉杆(6)的另一端与支架(7)的一端相连接，所述支架(7)的另一端固定在机匣(8)上，所述外层油膜阻尼器外圈(1A)位于机匣(8)的内侧，所述内层油膜阻尼器外圈(1B)位于套筒(3)的外侧，所述外层油膜阻尼器轴颈(2A)位于支座(5)的外表面，所述内层油膜阻尼器轴颈(2B)位于支座(5)的内表面，所述外层油膜供油孔(9)设置于机匣(8)上，且与外层油膜阻尼器外圈(1A)相通，所述内层油膜供油孔(10)设置于套筒(3)上，且与内层油膜阻尼器外圈(1B)相通。
2.根据权利要求1所述的并联且外圈错位增阻式挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述外层油膜阻尼器外圈(1A)和内层油膜阻尼器外圈(1B)均为两个半圆环错开放置，形成错开处(C)，所述外层油膜阻尼器(A)半圆环部分内随着外层油膜阻尼器轴颈(2A)的进动，使得外层油膜间隙逐渐变小，所述内层油膜阻尼器(B)半圆环部分内随着内层油膜阻尼器轴颈(2B)的进动，使得内层油膜间隙逐渐变小。
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