CN108279119B - 一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于阻尼器性能测试装置领域，并具体公开了一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，包括假轴、油膜组件和支撑基座。油膜组件包括油膜内环和油膜外环，油膜内环套装在假轴的外部，并与假轴通过锥形面配合，油膜外环套装在油膜内环靠近假轴的一端上，与油膜内环配合形成油膜间隙，其通过油膜外环支撑件与支撑基座相连，油膜外环支撑件上开设有进油孔，其与油膜内环远离假轴的一端之间设置有刚性可调的弹性杆，该弹性杆上设置有位置可调的左调节挡圈和右调节挡圈，支撑基座上开设有出油孔，其套装在油膜内环的外部。本发明可提供不同试验刚度变量及不同油膜厚度和宽度变量，具有试验条件可调，试验工况多，试验测量参数丰富等优点。

Description

一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置

技术领域

本发明属于阻尼器性能测试装置领域，更具体地，涉及一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置。

背景技术

挤压油膜阻尼器，广泛应用于航空发动机、机床等转子支承结构中，其主要有两个作用：调节转子的临界转速以避开工作转速；抑制转子通过临界转速的过大振动避免转子静子碰摩，损伤部件，因此研究并了解挤压油膜阻尼器的特性有着十分重要的意义。挤压油膜阻尼器的特性一般取决于弹性支承刚度、挤压油膜的厚度、宽度、滑油特性等等，尤其是弹性支承刚度、挤压油膜的厚度、宽度等对于挤压油膜阻尼器的动特性和减振特性有着很大影响。

在研究挤压油膜阻尼器的特性的过程中，需要合理控制和改变诸多影响因素，比如选用不同的弹性支承来改变支承刚度、不同的油膜组件以形成不同的挤压油膜厚度、宽度。由于阻尼器中关键的阻尼油膜精度要求较高(一般制造精度在10微米级)，给阻尼器试验研究带来一定难度，阻尼器在需要改变参数时一般都是制造多个部件进行替换，其不仅设计加工成本高、费时费力，而且每次做试验时拆装时间长，且每次拆装时会一定程度上改变原有的装配关系和安装状态，导致每组试验并不能很好的控制变量，造成试验结果的重复性差。因此，有必要研究设计一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，以实现阻尼器性能的测试。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其通过设置刚度可调的弹性杆以及与油膜内环配合的油膜外环，可提供不同的试验刚度变量及不同的油膜厚度和宽度变量，具有试验条件可调，试验工况多，试验测量参数丰富，工况调节方便，加工工艺难度低，试验费用低等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，包括假轴、油膜组件和支撑基座，其中，所述油膜组件包括油膜内环和油膜外环，该油膜内环套装在所述假轴的外部，并与假轴通过锥形面配合，该油膜外环套装在油膜内环靠近假轴的一端上，以与油膜内环配合形成油膜间隙，并且其通过油膜外环支撑件与所述支撑基座相连，该油膜外环支撑件上开设有进油孔，并且其与油膜内环远离假轴的一端之间设置有刚性可调的弹性杆，该弹性杆上设置有位置可调的左调节挡圈和右调节挡圈，所述支撑基座上开设有出油孔，其套装在所述油膜内环的外部。

本发明的试验装置中采用可调节刚性的弹性杆和挤压油膜阻尼器相结合的支承结构，挤压油膜阻尼器起到减振作用，同时能够减少并限制刚性支承的变形，极大地保证了该结构的可靠性，弹性杆可以通过改变左调节挡圈和右调节挡圈在油膜内环上的位置来改变刚度，从而提供不同的减振效果，通过更换油膜组件中的油膜外环，与油膜内环配合实现不同的油膜厚度和油膜宽度。

作为进一步优选的，所述左调节挡圈和右调节挡圈的位置通过调节螺栓进行调节。

作为进一步优选的，所述左调节挡圈面向右调节挡圈的面上设置有上楔形块，该上楔形块的上端抵接在弹性杆上，所述右调节挡圈面向左调节挡圈的面上设置有下楔形块，该下楔形块的下端抵接在油膜内环上，通过调节螺栓的转动，使左右调节挡圈相对运动，二者的上下楔形块的斜面紧贴直至变形，利用两楔形块的变形量消除加工和装配带来的误差，保证弹性杆刚性调节的准确性。

作为进一步优选的，所述油膜外环内壁上设有三个凹槽，中间的凹槽为滑油槽，与油膜外环支撑件上的进油孔相连形成进油通路，剩余的两个凹槽为密封槽，用以放置密封圈，以实现滑油的密封。

作为进一步优选的，所述假轴上设置有激振装置和弹簧偏心装置。

作为进一步优选的，所述激振装置设置有两台，与假轴呈不同角度布置，两台激振装置产生具有相位差的正弦激振力以同步激励假轴，使假轴产生振动。

作为进一步优选的，所述弹簧偏心装置安放在假轴表面，通过调整弹簧偏心装置中弹簧的紧度和刚度系数，以改变阻尼器油膜的偏心度。

作为进一步优选的，所述油膜外环支撑件上还设置有贯穿油膜外环支撑件和油膜外环的直接与油膜接触的温度传感器、压力传感器和位移传感器。

总体而言，对于传统的挤压油膜阻尼器的试验方式，主要是采取转子和阻尼支承构成的旋转试验装置来进行试验分析，其难以保证试验结果仅源于阻尼器，试验代价大，可调参数少，通过本发明所构思的试验装置可以较好的模拟相关因素对挤压油膜阻尼器减振性能的影响，相比于现有技术而言，主要具备以下的技术优点：

1.本发明将传统的油膜外环分成油膜外环和油膜外环支撑件两部分，通过更换油膜外环的方式形成不同的油膜间隙和油膜宽度，有别于传统阻尼器试验装置需要整体更换阻尼器以形成不同油膜间隙和油膜宽度的方式，试验成本低，操作方便，减少了不相关试验变量的参与，可取得更准确的试验数据。

2.本发明采用可调刚度的弹性支承结构，试验时只需使用扳手拧动调节螺栓即可调节弹性杆刚性，从而改变结构的减振特性，以更方便且准确地模拟不同支撑刚度的阻尼器对于系统减振特性的影响。

3.本发明将弹性杆刚性的调节件分为左调节挡圈和右调节挡圈，并各自分布有楔形块来紧固弹性杆和油膜内环，抵消加工和装配带来的误差，从而保证刚性调节过程的准确实现，并减少加工难度，优化加工工艺。

4.本发明采用锥形面定位假轴，定位准确，拆装方便，并在不同角度放置激振装置和弹簧偏心装置，可形成不同相位的激振力，更好地模拟转轴在实际工作中的偏心振动；另外，在油膜组件上设置直接接触油膜的温度、压力和位移传感器，从而更精确地采集试验过程中的油膜的温度、压力、厚度等重要数据。

附图说明

图1是本发明的一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置的主剖视图；

图2是本发明的一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置的左视图；

图3是本发明的油膜外环与油膜外环支撑件的装配图；

图4是本发明的左右调节挡圈的结构示意图；

图5是本发明的调节挡圈安装后的局部放大示意图；

图6是本发明的一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置的三维剖视示意图；

图7是本发明的一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置的分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，本发明实施例提供的一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，包括假轴1、油膜组件和支撑基座5，其中，油膜组件包括油膜内环8和油膜外环3，该油膜内环套装在假轴的外部，并与假轴通过锥形面配合，该油膜外环套装在油膜内环靠近假轴的一端上，以与油膜内环配合形成油膜间隙，其通过油膜外环支撑件2与支撑基座相连，该油膜外环支撑件上开设有进油孔，该油膜外环支撑件与油膜内环远离假轴的一端之间设置有刚性可调的弹性杆6，该弹性杆上设置有位置可调的左调节挡圈7和右调节挡圈21，支撑基座上开设有出油孔，其套装在油膜内环的外部。

具体地，如图1所示，弹性杆6依次穿过并连接油膜外环支撑件2、左调节挡圈7、右调节挡圈21和油膜内环8，该弹性杆是用于提供阻尼器刚性的部件，使得油膜内外环之间可以在这种刚性的作用下限位振动及并保持回复力，以模拟减振效果，特别地，弹性杆6与左调节挡圈7、右调节挡圈21在装配状态是小间隙配合，在工作状态时是过盈配合，过盈量跟左调节挡圈7和右调节挡圈21之间的相对距离有关，距离越近过盈程度越大。通过改变左调节挡圈和右调节挡圈的位置，从而确保零件在径向上的稳固，同时也调节了弹性杆的刚性。

如图3所示，油膜外环3通过油膜外环固定螺栓19与油膜外环支撑件相连，其内壁上设有三个凹槽，其中中间的凹槽为滑油槽，与设于油膜外环支撑件上的进油孔相连，形成进油通路，另两个凹槽为密封槽，用以放置密封圈16，以实现油膜外环与油膜内环之间的密封，进而实现对滑油密封。

具体地，油膜内环与油膜外环配合形成合适的油膜间隙和油膜宽度，油膜内环与油膜外环之间的间隙为油膜间隙，油膜外环中左右两凹槽之间的距离为油膜宽度，通过更换不同内孔直径、不同凹槽宽度的油膜外环，可以形成不同的油膜间隙和油膜宽度。当然油膜外环上的用于安装密封圈的凹槽以及密封圈并不是必需的，可以将之去掉，设计成开式油膜。在设计成开式油膜后，通过改变油膜内环和油膜外环的相对位置，进而实现油膜宽度的改变；另外，油膜外环与油膜外环支撑件也可以做成一体式结构。

具体地，支撑基座5通过支撑件固定螺栓15与油膜外环支撑件相连，并利用内螺纹圆锥销4定位支撑基座与油膜外环支撑件的安装位置，以保证径向装配定位；假轴1为锥形结构，通过表面的锥形台与油膜内环上相应的锥形凹槽定位和配合，其上装设有假轴挡圈20，以螺纹紧固假轴与油膜内环间的连接；进油口螺纹连接有滑油进油嘴17，该进油嘴外接不锈钢管路至油站，给试验装置提供用以形成油膜的滑油，出油口连接有滑油回油嘴18，该滑油回油嘴同样外接不锈钢管路至油站，将从装置中流出的滑油回流至油站，从而完成油路系统的循环工作。

如图4和图5所示，左调节挡圈和右调节挡圈通过分布在油膜内环和弹性杆之间的上下楔形块来紧固弹性杆和油膜内环，以消除加工和装配带来的误差和工艺间隙，从而保证刚性调节过程的准确实现。具体地，左调节挡圈面向右调节挡圈的面上设置有上楔形块，该上楔形块的上端刚好抵接在弹性杆上，右调节挡圈面向左调节挡圈的面上设置有下楔形块，该下楔形块的下端刚好抵接在油膜内环上，在工作状态时，通过调节螺栓的转动，使左右调节挡圈的上下楔形块的斜面紧贴直至变形，利用两楔形块的上下变形量来消去油膜内环及弹性杆的加工和装配带来的误差和工艺间隙，从而保证刚性调节过程的准确实现，并减少加工难度，优化加工工艺。另外，右调节挡圈21上分布有多个均布的小孔，其可用于实验中测量左调节挡圈的位置距离，便于数据记录和实验调节的准确性。

如图1和图4所示，左调节挡圈7和右调节挡圈21的位置通过调节螺栓9进行调节，通过调节两个挡圈的位置，可以改变弹性杆工作段的长度，进而改变其实际刚性，该调节螺栓穿过左调节挡圈、右调节挡圈和油膜内环远离假轴的一端，其穿出油膜内环的一端上连接有调节螺母，该调节螺母与油膜内环之间设置有垫片，调节螺栓与左调节挡圈以及右调节挡圈均螺纹配合，通过旋动调节螺栓可使得左调节挡圈和右调节挡圈相对于油膜内环左右移动，左右调节挡圈保持着相向运动，两者的上下楔形块从安装后的未接触状态，在运动过程中逐步接触，直至相互挤压，从而发生变形，右调节挡圈的下楔形块紧贴油膜内环，使两个挡圈都能保持紧固；在此基础上，左调节挡圈的上楔形块向上挤压弹性杆，以抵消弹性杆与调节挡圈间的大间隙，使弹性杆被左调节挡圈的上楔形块分为上楔形块以左和上楔形块以右两部分，使得在当前调节状态下，弹性杆能提供刚性的部分只有上楔形块以左这部分，通过改变两挡圈的位置，进而可实现调节弹性杆刚性这一功能。其中，左调节挡圈和右调节挡圈与油膜内环配合的内孔加工出一定倒角，便于其在油膜内环上移动。

如图2和7所示，假轴1上设置有激振装置14和弹簧偏心装置13，激振装置14设置有两台，与假轴1表面呈不同角度布置，两台激振装置产生具有相位差的正弦激振力以同步激励假轴，使假轴生成各种规律的振动，以模拟转子转动时因振动对弹性支承的挤压油膜阻尼器所施加的载荷，激振装置向假轴施加激振力，使油膜和油膜内环振动，从而获得振动响应与激振力的关系以及减振效果，该激振装置采用一般的激振器即可；弹簧偏心装置13具体为弹簧，其安放在假轴表面，弹簧偏心装置设置有两个，两个弹簧偏心装置彼此呈90°，与假轴的轴面直接接触，通过调整连接于假轴上的弹簧的紧度和弹簧自身的刚度系数，可改变阻尼器油膜的偏心度，从而可以研究阻尼器油膜偏心度对减振性能的影响。

如图7所示，油膜外环支撑件上还设置有贯穿油膜外环支撑件和油膜外环的直接与油膜接触的温度传感器10、压力传感器11和位移传感器12，以检测阻尼器内环和外环在实际工作中不同相位和偏心程度条件下的工作性能，具体测量油膜温度、压力和位移等性能。具体地，温度传感器10采用热电偶测量油膜温度，其通过贯穿油膜外环支撑件和油膜外环的通孔直接接触油膜；压力传感器11采用压电式压力传感器，放置在油膜外环支撑件表面，穿过油膜外环支撑件和油膜外环的通孔直接接触油膜测量试验中的油膜压力；位移传感器也是穿过油膜外环支撑件和油膜外环的通孔接触油膜，从而测量油膜在试验中的振动位移变化，进而测算出当前油膜厚度。

下面将具体解释利用本发明的试验装置用于挤压油膜阻尼器性能试验的操作过程，需要注意的是，以下仅以激振装置提供的激振力为试验载荷进行研究，但不限于此，同样的研究和试验方法也适用于基于弹簧偏心装置的假轴与阻尼器的偏心试验的研究。

1、挤压油膜阻尼器不同支承刚性减振特性试验

(1)将两台激振装置放置在假轴上相互垂直的位置，同频率、相位差90°激励以获得旋转力场激振，在一定频率范围内进行扫描激振试验；

(2)在第一组试验进行时，使用固定在油膜外环支撑件2的位移传感器12测量油膜和油膜内环振动应变量，通过激振装置上的力传感器测量两方向上激振杆的激振力；记录激振装置的输出功率及转速频率等，记录温度传感器10和压力传感器11显示的滑油温度和压力；

(3)第一组试验结束后，控制其余变量不变，使用十字扳手拧动调节螺栓9右侧的调节螺母(多个调节螺母须保证尽可能同时转动)，记录转动圈数以估计左调节挡圈7、右调节挡圈21的轴向移动距离，并使用专用测距仪器伸入油膜内环和右调节挡圈上设置的小孔来确定当前挡圈位置和距离并记录，从而确定当前弹性杆刚度大小，调整到合适刚度的位置后，停止旋动，进行下一组减振特性试验；

(4)进行足够数量的不同支承刚性减振特性试验后，整理试验数据，分析不同支承刚性与记录的振动特性的关系，从而得出试验结论。

2、挤压油膜阻尼器不同油膜厚度或宽度减振特性试验

(1)采用方向相互垂直的2台激振装置同频率、相位差90°激励以获得旋转力场激振，在一定频率范围内进行扫描激振试验；

(2)在第一组试验进行时，使用固定在油膜外环支撑件2的位移传感器12测量油膜和油膜内环振动应变量，测量这两方向上激振杆的激振力；记录激振装置的输出功率及转速频率等，记录温度传感器10和压力传感器11显示的滑油温度和压力；

(3)第一组试验结束后，控制其余变量不变，拧下油膜外环固定螺栓19，取下油膜外环，更换新间隙尺寸或者新的油膜宽度的油膜外环后，重新拧紧油膜外环固定螺栓将油膜外环支撑件2和油膜外环3固定住，并记录此时形成的油膜间隙和油膜宽度，进行下一组阻尼器减振特性试验；

(4)进行足够数量的不同油膜厚度或宽度减振特性试验后，整理试验数据，分析不同油膜厚度或宽度与记录的振动特性的关系，从而得出试验结论。

本发明中可以通过调节螺栓改变左右调节挡圈在油膜内环上的位置来改变弹性杆工作段的长度，从而改变其刚度，进而可以研究阻尼器刚性对减振性能的影响效果；通过更换油膜组件中的油膜外环，与油膜内环配合以实现不同的油膜间隙和油膜宽度，从而可以研究阻尼器油膜间隙和油膜宽度对减振性能的影响；通过调整连接于假轴上的弹簧的紧度和弹簧自身的刚度系数，可以改变油膜的偏心度，从而可以研究阻尼器油膜偏心度对减振性能的影响；通过安放在假轴上不同角度的激振装置使假轴生成不同规律的振动，以模拟和测量挤压油膜阻尼器在转轴不同工作状态下的参数变化；温度传感器、压力传感器和位移传感器安装在油膜外环支撑件上，通过油膜外环支撑件和油膜外环的通孔可以直接测量试验中油膜的物理参数：温度和压力，以及油膜的实际间隙变化情况。本发明具有试验条件可控，试验工况多，试验测量参数丰富，工况调节方便，参数可调且可测；加工工艺难度低，试验费用可接受的优点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，包括假轴(1)、油膜组件和支撑基座(5)，其中，所述油膜组件包括油膜内环(8)和油膜外环(3)，该油膜内环套装在所述假轴的外部，并与假轴通过锥形面配合，该油膜外环套装在油膜内环靠近假轴的一端上，以与油膜内环配合形成油膜间隙，并且其通过油膜外环支撑件(2)与所述支撑基座相连，该油膜外环支撑件上开设有进油孔，并且其与油膜内环远离假轴的一端之间设置有刚性可调的弹性杆(6)，该弹性杆上设置有位置可调的左调节挡圈(7)和右调节挡圈(21)，所述支撑基座上开设有出油孔，其套装在所述油膜内环的外部。

2.如权利要求1所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述左调节挡圈(7)和右调节挡圈(21)的位置通过调节螺栓(9)进行调节。

3.如权利要求2所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述左调节挡圈面向右调节挡圈的面上设置有上楔形块，该上楔形块的上端抵接在弹性杆上，所述右调节挡圈面向左调节挡圈的面上设置有下楔形块，该下楔形块的下端抵接在油膜内环上，通过调节螺栓的转动，使左右调节挡圈相对运动，二者的上下楔形块的斜面紧贴直至变形，利用两楔形块的变形量消除加工和装配带来的误差，保证弹性杆刚性调节的准确性。

4.如权利要求1-3任一项所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述油膜外环(3)内壁上设有三个凹槽，中间的凹槽为滑油槽，与油膜外环支撑件上的进油孔相连形成进油通路，剩余的两个凹槽为密封槽，用以放置密封圈(16)，以实现滑油的密封。

5.如权利要求1-3任一项所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述假轴(1)上设置有激振装置(14)和弹簧偏心装置(13)。

6.如权利要求5所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述激振装置(14)设置有两台，与假轴(1)呈不同角度布置，两台激振装置产生具有相位差的正弦激振力以同步激励假轴，使假轴产生振动。

7.如权利要求5所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述弹簧偏心装置(13)安放在假轴表面，通过调整弹簧偏心装置中弹簧的紧度和刚度系数，以改变阻尼器油膜的偏心度。

8.如权利要求1所述的参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置，其特征在于，所述油膜外环支撑件上还设置有贯穿油膜外环支撑件和油膜外环的直接与油膜接触的温度传感器(10)、压力传感器(11)和位移传感器(12)。