CN109185381A - 一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，包括弹性支撑、轴承座以及弹性环；弹性支撑包括定位端、悬臂端、回油通道以及回油口；轴承座设置有进油口以及内环面；弹性环设置有外凸台、内凸台以及阻尼孔；轴承座套设在悬臂端上，弹性环设置在内环面与外侧面之间；内环面与外侧面之间设置有两个密封装置，密封装置分别设置在弹性环的前方和后方；内环面与外凸台抵触构成外油膜腔，外侧面与内凸台抵触构成内油膜腔；进油口连通外部与外油膜腔，阻尼孔连通外油膜腔与内油膜腔，回油口连通外部与回油通道的一端，回油通道的另一端连接内油膜腔。本发明的一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，具有减振效果好且适用于振动双稳态的优点。

Description

一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器

技术领域

本发明涉及一种航空动力减振装置，尤其涉及一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器。

背景技术

挤压油膜阻尼器(以下简称SFD)是由阻尼器轴颈(内环)的运动和径向运动所产生的油膜的挤压和剪切作用而有效抑制振动的阻尼器，主要应用在航空动力装置中。航空发动机的设计追求大推力、高功重比，使得发动机的结构变小、转速升高，对于高转速的发动机，其结构的完整性和可靠性问题十分突出，而转轴-支承系统的振动和稳定性常常是问题症结所在。

挤压油膜阻尼器(SFD)通过在轴系支撑系统中增加外加阻尼项来抑制振动,对于弹性支承转子系统可以显著的降低转子过临界时的振动峰值，使其成为解决高速旋转机械振动与噪声问题的一种有效而经济的技术手段。

现有的挤压油膜阻尼器主要有两种结构，如附图8所示的是一种非定心型挤压油膜阻尼器，如附图9所示的是一种定心型挤压油膜阻尼器。其工作原理为：在轴承的外圈过盈装配一个轴套使其作为阻尼器的内环，轴套与轴承座之间有微小间隙，在间隙中填充流动的润滑油，并且限制内环的转动，使内环只能进动(平动)，从而挤压间隙内的润滑油，产生阻尼减振作用。

挤压油膜阻尼器具有减振效果明显、结构简单、可靠性高等突出优点，但同时也存在一些缺点，如油膜的高度非线性特性导致的双稳态、锁死和非协调进动等现象，这些现象会引起转子系统振动过大甚至碰摩、疲劳，因而限制了挤压油膜阻尼器的使用范围；如附图10所示的是现有挤压油膜阻尼器双稳态示意图，其纵轴A为振幅，其横轴ω为主轴旋转角速度，转子在增速过程中经过1-2-3-4-5，轴颈在3-4时由大轨道“跳跃”至小轨道；减速过程中转子经过5-6-7-2-1，在6-7时由小轨道“跳跃”至大轨道。出现双稳态时，转子在某个转速或转速范围内的振动幅值会发生突变，此时阻尼器减振失效，进而引起航空发动机内转子系统振动过大、碰撞、疲劳以及超负荷等情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减振效果好且适用于振动双稳态的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，包括弹性支撑、轴承座以及弹性环；弹性支撑包括用于与机体固定连接的定位端、远离定位端的悬臂端、回油通道以及回油口；轴承座上设置有至少一个进油口，并且，轴承座设置有用于与弹性支撑装配的内环面；弹性环的外周面上设置有若干个外凸台，弹性环的内周面上设置有若干个内凸台，弹性环设置有若干个阻尼孔；轴承座的内环面套设在悬臂端的外侧面上，弹性环设置在内环面与外侧面之间；并且，内环面与外侧面之间设置有两个密封装置，沿弹性支撑的轴向，密封装置分别设置在弹性环的前方和后方；沿弹性支撑的径向，内环面与若干个外凸台抵触构成若干个外油膜腔，外侧面与若干个内凸台抵触构成若干个内油膜腔；进油口连通外部与外油膜腔，阻尼孔连通外油膜腔与内油膜腔，回油口连通外部与回油通道的一端，回油通道的另一端连接内油膜腔。

优选的，弹性支撑设置有左轴承安装孔，轴承座设置有右轴承安装孔，左轴承安装孔装配有左轴承，右轴承安装孔装配有右轴承，左轴承与右轴承用于固定主轴，内环面与右轴承安装孔同轴心，外侧面与左轴承安装孔同轴心。

优选的，外凸台以及内凸台数量为八个，外凸台均布在弹性环的外周面上，内凸台均布在弹性环的内周面上；进油口数量为三个，进油口均布在轴承座上。

优选的，相邻的外凸台之间形成凹槽，阻尼孔均布在凹槽中。

优选的，内环面上设置有第一导油槽，第一导油槽位于两个密封装置之间，沿弹性支撑的周向，第一导油槽连通各外油膜腔。

优选的，外侧面上设置有第二导油槽，第二导油槽位于两个密封装置之间，沿弹性支撑的周向，第二导油槽连通各内油膜腔。

优选的，弹性支撑为笼式结构，弹性支撑沿轴向设置有若干个笼条，笼条的两端分别连接定位端以及悬臂端。

优选的，回油通道设置在弹性支撑的壁面内，回油通道包括彼此连通的第一回油孔以及第二回油孔，第一回油孔沿弹性支撑的轴向，第二回油孔沿弹性支撑的径向，第一回油孔连接回油口，第二回油孔连接内油膜腔。

优选的，第一回油孔的一端连接回油口，第一回油孔的另一端背离定位端往外延伸直至到达悬臂端的端面，第一回油孔的另一端设置有堵头。

优选的，密封装置为O形圈，外侧面或者内环面上设置有两个环形的密封槽，密封装置设置在密封槽内。

有益效果是：

与现有技术相比，本发明的一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器通过在弹性支撑与轴承座之间设置弹性环和密封装置，并在弹性环上设置了内凸台、外凸台和阻尼孔，从而形成了外油膜腔和内油膜腔，外油膜腔和内油膜腔通过阻尼孔连通，当主轴振动时，带动外周面振动，从而挤压油膜产生油膜压力，油膜压力会使弹性环产生弹性变形，而弹性环的弹性变形会反过来降低油膜的压力，从而通过弹性环的流固耦合作用极大的改善挤压油膜阻尼器的非线性，使得本发明的一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器减振效果好并且适用于振动双稳态。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器装配结构图；

图2为图1的A局部视图；

图3为部件弹性环结构示意图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为图4的C局部视图；

图6为部件弹性支撑结构示意图；

图7为部件轴承座结构示意图；

图8为现有技术挤压油膜阻尼器示意图；

图9为现有技术挤压油膜阻尼器另一种实施方式；

图10为现有技术挤压油膜阻尼器双稳态示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，包括弹性支撑1、轴承座2以及弹性环3；弹性支撑1用于与机体(图中未标出)固定连接，轴承座2可通过螺栓24固定在机体上，弹性支撑1通过轴承7对主轴8提供定位，轴承7可为滚子轴承，弹性支撑1包括用于与机体固定连接的定位端12、远离定位端12的悬臂端11、回油通道112以及回油口113；可以通过中部的螺杆19将定位端12固定在所述机体上，轴承座2上设置有至少一个进油口21作为油进口，并且轴承座2设置有用于与弹性支撑1装配的内环面22；在弹性环3的外周面上设置有若干个外凸台31，弹性环3的内周面上设置有若干个内凸台32，弹性环3上设置有若干个阻尼孔33；相邻的外凸台31之间形成了凹槽(图中未标出)，阻尼孔33较佳的是均布在所述凹槽中，使得对弹性环3对各个方向的阻尼效果一致，当然相邻的内凸台32之间也会形成了凹槽，而内凸台32与外凸台31通常一一对应，使得阻尼孔33只要满足其中内凸台32或外凸台31均布即可；

装配时，如图1、图2、图4所示，轴承座2的内环面22套设在悬臂端11的外侧面111上，弹性环3设置在内环面22与外侧面111之间；内环面22与外侧面111之间设置有两个密封装置4，如图5所示，沿弹性支撑1的径向，将内环面22作为油膜外环，内环面22与若干个外凸台31抵触构成若干个外油膜腔5，将外侧面111作为油膜内环，外侧面111与若干个内凸台32抵触构成若干个内油膜腔6，沿弹性支撑1的轴向，密封装置4分别设置在弹性环3的前方和后方从而将外油膜腔5与内油膜腔6形成密封的环境；如图1、图2、图4和图5所示，进油口21连通外部与外油膜腔5作为注油通道，阻尼孔33连通外油膜腔5与内油膜腔6，方便两者之间在有压力差时能起到交换并阻尼减震的效果，回油口113连通外部与回油通道112的一端，回油通道112的另一端连接内油膜腔6作为回油通道；润滑油从进油口21注入外油膜腔5，然后通过阻尼孔33进入内油膜腔6最后流回回油口113形成回路，当主轴8振动时，通过轴承7传递至弹性支撑1进而振动，使得内油膜腔6内的油膜产生油膜压力，弹性环3内外侧油膜压力差使之产生弹性变形，而该弹性变形反过来降低油膜压力差，并且，阻尼孔33也在一定程度上起到阻尼减震，将高压力的内油膜腔6中的油膜通过阻尼孔33向低压力的外油膜腔5转移，转移的过程即可实现缓冲，通过弹性环3的流固耦合作用大大改善挤压油膜阻尼器的非线性，使得在主轴8加速或减速过程中出现双稳态的情况下，本设备仍然具有较好的阻尼减振效果。

较佳的实施方式，如图1所示，弹性支撑1设置有左轴承安装孔13，轴承座2设置有右轴承安装孔23，左轴承安装孔13装配有左轴承7，右轴承安装孔23装配有右轴承71，左轴承7与右轴承71用于固定主轴8，左轴承安装孔13与轴承7的外圈可采用过盈配合，右轴承安装孔23与右轴承71的外圈可采用过盈配合，实现对主轴8的双点位支撑效果以及振动的快速传递，内环面22与右轴承安装孔23同轴心，外侧面111与左轴承安装孔13同轴心采用一道工序加工，方便快捷，同轴精度好降低成本。

较佳的实施方式，根据装置大小以及注油量，通常情况下，外凸台31以及内凸台32数量可为八个，进油口21数量可为三个，如图3、图4和图7所示，外凸台31均布在弹性环3的外周面上，内凸台32均布在弹性环3的内周面上；进油口21均布在轴承座2上，彼此的角度D为120°，方便加工，避免装置质心偏移导致振动噪音等问题。

较佳的实施方式，如图1和图7所示，在内环面22上设置有第一导油槽221，第一导油槽221位于两个密封装置4之间，沿弹性支撑1的周向，第一导油槽221连通各外油膜腔5，使得每一个外油膜腔5无须单独设置一个进油口21，精简结构，并且，开设第一导油槽221有利于对来自主轴8各个方向的挤压迅速反应平衡，将较高压力的外油膜腔5(即振动中被压的一侧)中的油膜通过第一导油槽221向低压力的外油膜腔5转移。

较佳的实施方式，如图1和图6所示，外侧面111上设置有第二导油槽114，第二导油槽114位于两个密封装置4之间，沿弹性支撑1的周向，第二导油槽114连通各内油膜腔6，使得每一个内油膜腔6无须单独设置一个回油通道112，精简结构，并且，开设第二导油槽114有利于对来自主轴8各个方向的挤压迅速反应平衡，将较高压力的内油膜腔6(即振动中被压的一侧)中的油膜通过第二导油槽114向低压力的内油膜腔6转移。

较佳的实施方式，如图1和图6所示，弹性支撑1可为笼式结构，弹性支撑1沿轴向设置有若干个笼条14，笼条14的两端分别连接定位端12以及悬臂端11，弹性支撑1的刚度主要取决于笼条14的数量、截面尺寸及长度，通过修改这三方面的参数可以调整弹性支承1的刚度，达到设计使用要求。

较佳的实施方式，如图6所示，回油通道112可设置在弹性支撑1的壁面内而无需外部设置单独的管路连接，使得结构简单，回油通道112包括彼此连通的第一回油孔115以及第二回油孔116，第一回油孔115沿弹性支撑1的轴向，第二回油孔116沿弹性支撑1的径向，适应金加工，第一回油孔115连接回油口113，第二回油孔116连接内油膜腔6，从而顺畅的形成回油。第一回油孔115的一端连接回油口113，第一回油孔115的另一端背离定位端12往外延伸直至到达悬臂端11的端面117，第一回油孔115的另一端设置有堵头118，平常使用时堵头118将第一回油孔115的另一端堵塞防止漏油，在需要进行检修更换润滑油时可拆卸堵头118完成泄油操作。

较佳的实施方式，如图1和图2所示，密封装置4为O形圈，在外侧面111或者内环面22上设置有两个环形的密封槽41，密封装置4设置在密封槽41内，通过O形圈的方式进行密封，密封效果好。当然，密封装置4也可以采用机械的端面密封，此时密封装置4即为从外侧面111或者内环面22的凸起，通过硬接触实现密封，结构简单，部件少便于维护。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：包括弹性支撑(1)、轴承座(2)以及弹性环(3)；所述弹性支撑(1)包括用于与机体固定连接的定位端(12)、远离所述定位端(12)的悬臂端(11)、回油通道(112)以及回油口(113)；

所述轴承座(2)上设置有至少一个进油口(21)，并且，所述轴承座(2)设置有用于与所述弹性支撑(1)装配的内环面(22)；

所述弹性环(3)的外周面上设置有若干个外凸台(31)，所述弹性环(3)的内周面上设置有若干个内凸台(32)，所述弹性环(3)设置有若干个阻尼孔(33)；

所述轴承座(2)的内环面(22)套设在所述悬臂端(11)的外侧面(111)上，所述弹性环(3)设置在所述内环面(22)与所述外侧面(111)之间；

并且，所述内环面(22)与所述外侧面(111)之间设置有两个密封装置(4)，沿所述弹性支撑(1)的轴向，所述密封装置(4)分别设置在所述弹性环(3)的前方和后方；

沿所述弹性支撑(1)的径向，所述内环面(22)与若干个所述外凸台(31)抵触构成若干个外油膜腔(5)，所述外侧面(111)与若干个所述内凸台(32)抵触构成若干个内油膜腔(6)；

所述进油口(21)连通外部与所述外油膜腔(5)，所述阻尼孔(33)连通所述外油膜腔(5)与所述内油膜腔(6)，所述回油口(113)连通外部与所述回油通道(112)的一端，所述回油通道(112)的另一端连接所述内油膜腔(6)。

2.根据权利要求1所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述弹性支撑(1)设置有左轴承安装孔(13)，所述轴承座(2)设置有右轴承安装孔(23)，所述左轴承安装孔(13)装配有左轴承(7)，所述右轴承安装孔(23)装配有右轴承(71)，所述左轴承(7)与所述右轴承(71)用于固定主轴，所述内环面(22)与所述右轴承安装孔(23)同轴心，所述外侧面(111)与左轴承安装孔(13)同轴心。

3.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述外凸台(31)以及所述内凸台(32)数量为八个，所述外凸台(31)均布在所述弹性环(3)的外周面上，所述内凸台(32)均布在所述弹性环(3)的内周面上；所述进油口(21)数量为三个，所述进油口(21)均布在所述轴承座(2)上。

4.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：相邻的所述外凸台(31)之间形成凹槽，所述阻尼孔(33)均布在所述凹槽中。

5.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述内环面(22)上设置有第一导油槽(221)，所述第一导油槽(221)位于两个所述密封装置(4)之间，沿所述弹性支撑(1)的周向，所述第一导油槽(221)连通各所述外油膜腔(5)。

6.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述外侧面(111)上设置有第二导油槽(114)，所述第二导油槽(114)位于两个所述密封装置(4)之间，沿所述弹性支撑(1)的周向，所述第二导油槽(114)连通各所述内油膜腔(6)。

7.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述弹性支撑(1)为笼式结构，所述弹性支撑(1)沿轴向设置有若干个笼条(14)，所述笼条(14)的两端分别连接所述定位端(12)以及所述悬臂端(11)。

8.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述回油通道(112)设置在所述弹性支撑(1)的壁面内，所述回油通道(112)包括彼此连通的第一回油孔(115)以及第二回油孔(116)，所述第一回油孔(115)沿所述弹性支撑(1)的轴向，所述第二回油孔(116)沿所述弹性支撑(1)的径向，所述第一回油孔(115)连接所述回油口(113)，所述第二回油孔(116)连接所述内油膜腔(6)。

9.根据权利要求8所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述第一回油孔(115)的一端连接所述回油口(113)，所述第一回油孔(115)的另一端背离所述定位端(12)往外延伸直至到达所述悬臂端(11)的端面(117)，所述第一回油孔(115)的另一端设置有堵头(118)。

10.根据权利要求1或2所述的组合型弹性环式挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述密封装置(4)为O形圈，所述外侧面(111)或者所述内环面(22)上设置有两个环形的密封槽(41)，所述密封装置(4)设置在密封槽(41)内。