CN108487949B - 一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器 - Google Patents

一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，包括弹性支撑、可变阻尼基座、液压油腔、液压油流道、液压调节螺钉和挤压油膜；可变阻尼基座内壁存在液压油腔，沿轴向剖分后液压油腔形状为两侧空间大，中间空间小，呈扁平状的缝隙，靠近内壁面一侧的壁厚结构呈现出两侧薄中间略厚的薄壁形状。间隙变化范围为0.2c～1c(c为挤压油膜厚度)，设备的阻尼变化范围可以达到1Cd～5Cd(Cd为设计最小阻尼值)；液压油腔通过流道连通到位于设备轴向端面的螺纹孔，螺纹孔装配有液压调节螺钉；液压调节螺钉位于轴心位置的上方，液压油腔沿圆周布置，液压油腔中断的位置存在挤压油膜进油孔，通过挤压油膜的进油孔为挤压油膜实时供油。

Description

一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器
技术领域
本发明属于航空发动机转子领域，具体涉及一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器。
背景技术
振动是造成航空发动机结构稳定性下降，发生故障，甚至出现部件损坏的主要原因之一。随着发动机设计指标的提高，对高转速和低转子质量的要求越来越高，振动问题日益突出，减振也成为航空发动机结构强度研究的重要内容。挤压油膜阻尼器是航空发动机中最常用的一种减振装置。发展至今，挤压油膜阻尼器几乎成为了现代先进航空发动机必备的减振装置，在一款发动机上常常设置一个或多个挤压油膜阻尼器，以使转子系统在过临界时具有良好的振动特性。
转子在转速通过临界转速区域时会存在振幅急剧上升的情况，为了降低过临界时候的振幅，就需要对设备的刚度和阻尼进行谨慎的设计，挤压油膜阻尼器将外在的弹力装置与轴承并联，由于外在弹力支撑装置刚度远低于轴承刚度，因而可以有效地降低系统整体刚度。同时挤压油膜可产生较大的阻尼作用，可在系统过临界发生振动时进行有效抑振，显著降低设备的振动幅值。
然而目前挤压油膜阻尼器的阻尼值都是固定的，在实际设计过程中，由于挤压油膜的间隙很小，零部件的加工装配误差会导致实际油膜间隙无法达到设计的要求。同时在转子设备实验及设计阶段，为寻找最佳阻尼设计值，需对阻尼器的阻尼大小进行不断调试，固定阻尼的设备无法满足这样的要求。所以本发明设计了一种可以改变阻尼的装置，通过调节挤压油膜阻尼器的间隙，实现阻尼大小的调节，更好地起到减振的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其通过调节挤压油膜阻尼的间隙，实现挤压油膜阻尼器的阻尼可调，降低转子系统过临界时的振动幅值，并可应用于转子设备的实验测试。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，该可变阻尼挤压油膜阻尼器用于套装在转子上，包括弹性支撑、可变阻尼基座、液压油腔、液压油流道、液压调节螺钉和挤压油膜；其中，
弹性支撑和设备基座由内至外套装在转子上，且弹性支撑和设备基座的端面通过弹性支撑安装底座连接在一起，且弹性支撑安装底座与转子不接触；弹性支撑内壁与套装在转子是的滚动轴承外圈配合，并通过位于内壁上的台阶对滚动轴承轴向定位，滚动轴承的端面通过套装在转子的套筒和轴向定位螺母定位；
可变阻尼基座套装在弹性支撑和设备基座之间，且弹性支撑外壁面周向上开设有两处安装有O型密封圈17的凹槽，两个凹槽中间的区域为挤压油膜，两个凹槽之间的弹性支撑外壁面周向上开设有油膜进油凹槽，可变阻尼基座端面上开设有与油膜进油凹槽相连通的挤压油膜进油孔；可变阻尼基座轴向由设备基座上的台阶进行定位，可变阻尼基座内壁存在中空区域，该中空区域为液压油腔，液压油腔通过可变阻尼基座内开设的液压油流道与可变阻尼基座端面上开设的螺纹孔相连通，液压调节螺钉螺纹连接在该螺纹孔处。
本发明进一步的改进在于，弹性支撑和弹性支撑安装底座通过连接螺钉连接在一起。
本发明进一步的改进在于，液压油腔沿轴向剖分后的形状为两侧空间大，中间空间小，呈扁平状的缝隙，靠近内壁面一侧的壁厚结构呈现出两侧薄中间略厚的薄壁形状。
本发明进一步的改进在于，液压油腔的壁厚满足：增大液压油压力之后，内壁面的变形集中在两侧应力集中的区域，使得中间位置间隙近似于均匀变化，间隙变化范围为0.2c～1c，根据半油膜条件下的短轴承近似理论，阻尼值与间隙的3次方成反比，设备的阻尼变化范围可以达到1Cd～5Cd，其中c为挤压油膜厚度，Cd为设计最小阻尼值。
本发明进一步的改进在于，在螺纹孔内部、液压油流道以及液压油腔内部均填充液压油。
本发明进一步的改进在于，液压调节螺钉位于轴心位置的正上方，液压油腔沿圆周布置，液压油腔中断的位置为挤压油膜进油孔通过，挤压油膜进油孔用于为挤压油膜实时供油，且液压调节螺钉与挤压油膜进油孔在端面上沿圆周呈预设角度分布。
本发明进一步的改进在于，取5‰直径间隙作为挤压油膜间隙的初始设计参数，采用液压调节，实际调节范围能够达到1‰～5‰，以满足各种工况下的阻尼要求。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明可以在不拆卸设备主要部件(如转子、轴承等)的条件下，仅通过位于设备端面的液压调节螺钉，快速实现挤压油膜阻尼器的油膜间隙调节，得到所需要的阻尼值。在不破坏设备装配关系的情况下，使得挤压油膜阻尼器能够适应变化的工况要求，更加安全，也节省了设备安装调试的人力物力损耗。
附图说明
图1为本发明一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器的总体结构图。
图2为图1中沿A-A的旋转剖示意图。
图3为局部结构示意图。
图中：1是转子，2是设备基座，3是弹性支撑安装底座，4是弹性支撑，5是安装螺钉，6是可变阻尼基座，7是液压调节螺钉，8是轴向定位螺母，9是套筒，10是滚动轴承，11是挤压油膜进油孔，12是螺纹孔，13是液压油腔，14是油膜进油凹槽，15是挤压油膜，16是液压油流道，17是O型密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图3所示，本发明提供的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，包括弹性支撑4、可变阻尼基座6、液压油腔13、液压油流道16、液压调节螺钉7和挤压油膜15。
如图2和图3所示，弹性支撑4通过安装螺钉5与弹性支撑安装底座3连接在一起，弹性支撑安装底座3与设备基座2装配在一起，与转子1无接触；弹性支撑4内壁与套装在转子1的滚动轴承10外圈装配，通过位于内壁上的台阶对滚动轴承10轴向定位。弹性支撑4外壁面周向上开设有两处安装有O型密封圈17的凹槽，两个凹槽中间的区域为阻尼器的挤压油膜15。本发明以鼠笼支撑作为弹性支撑为例，实际可以搭配包含鼠笼支撑在内的各类型弹性支撑进行工作但不仅限于鼠笼支撑。
参照图3，可变阻尼基座6与设备基座2进行装配，轴向由设备基座2上的台阶进行定位，可变阻尼基座6内壁与弹性支撑4之间的间隙定义为阻尼器的挤压油膜间隙(用c表示)。在间隙区域轴向位置的两侧有O型密封圈17进行密封，防止阻尼器间隙中的润滑油泄露。可变阻尼基座2内壁存在中空区域，中空区域为液压油腔13，沿轴向剖分后液压油腔13形状为两侧空间大，中间空间小，呈扁平状的缝隙，靠近内壁面一侧的壁厚结构呈现出两侧薄中间略厚的薄壁形状。中间壁厚根据具体结构尺寸进行设计。壁厚需要满足：当增大液压油压力时，内壁面的变形集中在两侧应力集中的区域，中间位置间隙近似于均匀变化，间隙变化范围为0.2c～1c(c为挤压油膜厚度)，根据计算式(1)可知，阻尼值与间隙的3次方成反比，设备的阻尼变化范围可以达到1Cd～5Cd(Cd为设计最小阻尼值)。
Figure BDA0001712466510000051
式中：Cd为设备阻尼值，单位：Ns/m；π为圆周率，μ为润滑油粘度，单位：Cst；R为阻尼器间隙区域半径，单位：m；L为间隙轴向长度，单位：m；ε为偏心率，c为阻尼油膜间隙，单位：m；
根据设计经验，最常用挤压油膜间隙为2‰～3‰，本发明取5‰直径间隙作为挤压油膜间隙的初始设计参数，采用液压调节，实际调节范围可以达到1‰～5‰，能够满足各种工况下的阻尼要求。
液压油腔13通过液压油流道16连通到位于设备轴向端面的螺纹孔12，螺纹孔12装配有液压调节螺钉7，在螺纹孔12内部、液压油流道16内部及液压油腔13内部均填充满液压油。
如图1和图2所示，液压调节螺钉7安装位置为垂直于主轴端面，根据图1所示，液压调节螺钉7位于轴心位置的正上方，液压油腔13沿圆周布置，液压油腔13中断的位置(实际设计位置圆周任意均可，本发明图示为右侧的θ角度区域)。参照图2在此位置存在挤压油膜进油孔11，液压调节螺钉7与挤压油膜进油孔11在端面上沿圆周呈一定角度分布(本发明以90度为例)，通过挤压油膜进油孔11为挤压油膜15实时供油；在挤压油膜15区域，弹性支撑4外壁面存在环形的油膜进油凹槽14，以保证润滑油能通过挤压油膜进油孔11迅速充满整个油膜区域。
本发明的工作过程如下：
当设备安装完成之后，通过改变液压调节螺钉7的旋入长度，利用液体的不可压缩特性，使得液压油压力发生变化。当需要增大阻尼时，拧紧液压调节螺钉7，使得液压油腔13内部压力增高，引起可变阻尼底座6内部贴近挤压油膜15一侧的内壁强度最低的两侧位置发生形变，使得可变阻尼基座6内壁面整体变形凸出，挤压油膜的间隙缩小，使得阻尼器的阻尼值增大。当需要减小设备阻尼的时候，拧松液压调节螺钉7，使得液压油腔13内部压力减小，可变阻尼基座6内壁面整体变形减小，挤压油膜间隙增大，从而降低阻尼器的阻尼值。

Claims (6)

1.一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，该可变阻尼挤压油膜阻尼器用于套装在转子(1)上，包括弹性支撑(4)、可变阻尼基座(6)、液压油腔(13)、液压油流道(16)、液压调节螺钉(7)和挤压油膜(15)；其中，
弹性支撑(4)和设备基座(2)由内至外套装在转子(1)上，且弹性支撑(4)和设备基座(2)的端面通过弹性支撑安装底座(3)连接在一起，且弹性支撑安装底座(3)与转子(1)不接触；弹性支撑(4)内壁与套装在转子(1)上的滚动轴承(10)外圈相配合，并通过位于内壁上的台阶对滚动轴承(10)轴向定位，滚动轴承(10)的端面通过套装在转子(1)的套筒(9)和轴向定位螺母(8)定位；
可变阻尼基座(6)套装在弹性支撑(4)和设备基座(2)之间，且弹性支撑(4)外壁面周向上开设有两处安装有O型密封圈(17)的凹槽，两个凹槽中间的区域为挤压油膜(15)，两个凹槽之间的弹性支撑(4)外壁面周向上开设有油膜进油凹槽(14)，可变阻尼基座(6)端面上开设有与油膜进油凹槽(14)相连通的挤压油膜进油孔(11)；可变阻尼基座(6)轴向由设备基座(2)上的台阶进行定位，可变阻尼基座(2)内壁存在中空区域，该中空区域为液压油腔(13)，液压油腔(13)通过可变阻尼基座(2)内开设的液压油流道(16)与可变阻尼基座(2)端面上开设的螺纹孔(12)相连通，液压调节螺钉(7)螺纹连接在该螺纹孔(12)处。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，弹性支撑(4)和弹性支撑安装底座(3)通过连接螺钉(5)连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，液压油腔(13)沿轴向剖分后的形状为两侧空间大，中间空间小，呈扁平状的缝隙，靠近内壁面一侧的壁厚结构呈现出两侧薄中间略厚的薄壁形状。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，液压油腔(13)的壁厚满足：增大液压油压力之后，内壁面的变形集中在两侧应力集中的区域，使得中间位置间隙近似于均匀变化，间隙变化范围为0.2c～1c，根据半油膜条件下的短轴承近似理论，阻尼值与间隙的3次方成反比，设备的阻尼变化范围可以达到1Cd～5Cd，其中c为挤压油膜厚度，Cd为设计最小阻尼值。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，在螺纹孔(12)内部、液压油流道(16)以及液压油腔(13)内部均填充液压油。
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器，其特征在于，液压调节螺钉(7)位于轴心位置的正上方，液压油腔(13)沿圆周布置，液压油腔(13)中断的位置为挤压油膜进油孔(11)通过，挤压油膜进油孔(11)用于为挤压油膜(15)实时供油，且液压调节螺钉(7)与挤压油膜进油孔(11)在端面上沿圆周呈预设角度分布。
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