CN112096783A - 一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，包括固定的阻尼器外环、固定的弹性支承基座以及安装在阻尼器外环内圈的阻尼器内环，所述阻尼器内环通过弹性支承与弹性支承基座连接，阻尼器内环的内圈装有转子，所述阻尼器外环的内圈与阻尼器内环的外圈之间充有油膜，阻尼器外环上开有连通至油膜的供油孔，所述阻尼器外环的内圈沿周向均匀分布有多个油膜沉孔，利用油膜沉孔内存在的漩涡作用，进入油膜的滑油会立即充满油膜沉孔，油膜沉孔内的漩涡作用会对滑油流动产生阻碍作用，保证油膜的完整性，利用油膜沉孔的漩涡作用可以吸收更多的振动能量，提高了油膜阻尼，降低了油膜刚度，提高转子系统稳定性。

Description

一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器

技术领域

本发明涉及挤压油膜阻尼器技术领域，具体是指一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器。

背景技术

航空发动机受转子系统的重力、制造和装配误差等不平衡因素所产生的不平衡力以及转子在通过临界转速时常常会引起转子系统的强烈振动，造成发动机工作稳定性降低，据统计，航空发动机上与振动有关的结构强度故障占总故障的90%以上。为了减小转子系统的振动，通常在转子支承处采用挤压油膜阻尼器来抑制转子系统振动。

挤压油膜阻尼器具有结构简单、减振效果好、有效减小转子振动、降低支承外传力等优点，可以防止转子发生失稳现象等非线性响应。但是在大的不平衡响应情况下，传统挤压油膜阻尼器的吸振能力不足，出现较大的非线性油膜力，这种非线性情况在油膜刚度上表现得更为明显。当油膜刚度非线性过分增加时，会导致转子系统的响应一直大而不降，转子不能很快冲过临界状态，航空发动机长时间处于大振动状态下，会导致发动机工作不稳定，甚至发动机失效。

针对挤压油膜阻尼器吸振能力、油膜力非线性等问题，许多专家和学者在传统挤压油膜阻尼器的基础上进行了改进，提出了在阻尼器内外环之间增加一个金属弹性环的弹性环式挤压油膜阻尼器、外加控制单元的变间隙挤压油膜阻尼器以及液压伺服控制锥形挤压油膜阻尼器等。以上改进都是通过外加阻尼器结构和控制结构实现的，增加了阻尼器结构的复杂性。由于航空发动机结构尺寸紧凑，因此对阻尼器的结构尺寸设计和装配都提出更高要求，而且长期使用会存在维护成本高等问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种启动快、效率高、安全可靠、操作方便的新型外环结构的挤压油膜阻尼器。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，包括固定的阻尼器外环、固定的弹性支承基座以及安装在阻尼器外环内圈的阻尼器内环，所述阻尼器内环通过弹性支承与弹性支承基座连接，阻尼器内环的内圈装有转子，所述阻尼器外环的内圈与阻尼器内环的外圈之间充有油膜，阻尼器外环上开有连通至油膜的供油孔，所述阻尼器外环的内圈沿周向均匀分布有多个油膜沉孔。

本方案中转子安装在阻尼器内环的内圈，阻尼器外环的内圈与阻尼器内环的外圈之间充有油膜，当转子受到不平衡力产生振动时，振动负荷经轴颈传到阻尼器内环，阻尼器内环随转子振动会发生径向位移，挤压油膜产生油膜反力，形成油膜阻尼从而起到减振作用；阻尼器外环的内圈沿周向均匀分布有多个油膜沉孔，油膜沉孔内的滑油会产生漩涡作用，阻碍了滑油流动，抑制了滑油沿着阻尼器轴向流失，提高了油膜的挤压程度，保证了油膜完整性，增加了油膜的挤压效率，因此可以吸收耗散更多的振动能量，提高转子系统的稳定性，挤压油膜阻尼器的阻尼取决于油膜沉孔的参数，包括油膜沉孔的孔径、孔深、孔对边距、密度等，因此通过合理配置油膜沉孔的各个参数使得挤压油膜阻尼器能够提供较高的油膜阻尼和较低的油膜刚度。

作为优化，所述油膜沉孔为正六边形沉孔且多个油膜沉孔在阻尼器外环的内圈呈蜂窝状排布。本方案中的油膜沉孔为正六边形沉孔，且油膜沉孔在阻尼器外环的内圈呈蜂窝状排布，从而增大油膜沉孔在阻尼器外环内圈的覆盖面积，增强油膜沉孔的漩涡作用，更好的抑制滑油沿着阻尼器轴向流失。

作为优化，所述油膜沉孔的内切圆直径为0.7~1.3mm，油膜沉孔的深度为0.08~0.12mm。本方案中对油膜沉孔的内切圆直径和深度进行了限定，便于滑油通过黏性作用吸附在油膜沉孔内。

作为优化，所述油膜沉孔的一条边与阻尼器外环的轴向方向垂直。从而使蜂窝结构中每个油膜沉孔上均有两条边与阻尼器外环的轴向方向垂直，从而通过两条横边的阻挡作用，进一步抑制滑油沿着阻尼器轴向流失。

作为优化，相邻两个油膜沉孔上的相邻两条平行边的间距s为0.08~0.12mm。本方案中相邻两条平行边的间距s为0.08~0.12mm，通过设置合理的间距范围，一方面保证油膜沉孔的覆盖面积，另一方面便于油膜沉孔的加工；间距过大会降低油膜沉孔的覆盖面积，间距过小会增大加工难度。

作为优化，所述油膜沉孔为圆形沉孔。本方案中的油膜沉孔为圆形沉孔，圆形沉孔结构简单、加工工艺难度低，滑油进入圆形沉孔，通过油膜沉孔的漩涡作用，抑制滑油沿着阻尼器轴向流失。

作为优化，所述油膜沉孔的直径为0.7~1.3mm，油膜沉孔的深度为0.08~0.12mm。本方案中对油膜沉孔的直径和深度进行了限定，便于滑油通过黏性作用吸附在油膜沉孔内。

作为优化，多个油膜沉孔在阻尼器外环的轴向方向呈直线排列，在阻尼器外环的圆周方向交错排布。从而进一步抑制滑油沿着阻尼器轴向流失。

作为优化，沿阻尼器外环轴向方向的相邻油膜沉孔圆心距离h为1.05~1.1mm，在圆周方向上的相邻油膜沉孔圆心的直线距离d为0.9~1.0mm。本方案中限定了相邻油膜沉孔的距离，通过设置合理的间距范围，一方面保证油膜沉孔的覆盖面积，另一方面便于油膜沉孔的加工；间距过大会降低油膜沉孔的覆盖面积，间距过小会增大加工难度。

作为优化，所述阻尼器外环的内圈设有与供油孔连通的供油槽，滑油通过供油槽进入阻尼器外环的内圈形成油膜，便于油膜的成型。

本发明的有益效果为：

利用油膜沉孔内存在的漩涡作用，进入油膜的滑油会立即充满油膜沉孔，油膜沉孔内的漩涡作用会对滑油流动产生阻碍作用，保证轴向油膜的完整性。

挤压油膜阻尼器外环内壁面经过设计油膜沉孔后，减少了滑油的泄漏，增大了阻尼器的工作区间，使得阻尼器在大的不平衡力下仍可工作。

挤压油膜阻尼器利用油膜沉孔的漩涡作用可以吸收更多的振动能量，提高了油膜阻尼，降低了油膜刚度，提高转子系统稳定性。

结构简单，没有外加结构或装置。油膜沉孔结构规则，阻尼器外环内壁的加工难度不大。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中A部放大图；

图3为本发明油膜正视图；

图4为本发明图3中B部放大图；

图5为本发明实施例1的油膜沉孔示意图；

图6为本发明实施例1的油膜俯视图；

图7为本发明实施例2的油膜沉孔示意图；

图中所示：

1、阻尼器内环，2、阻尼器外环，3、油膜沉孔，4、供油槽，5、供油孔，6、弹性支承，7、转子，8、油膜， 9、弹性支承基座。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例1：

如图1~6所示，本发明的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，包括固定的阻尼器外环2、固定的弹性支承基座9以及安装在阻尼器外环2内圈的阻尼器内环1，所述阻尼器外环2固定在机架上，阻尼器外环2为内部开有圆孔的环形结构，阻尼器内环1为环形结构且安装在阻尼器外环2内部，阻尼器内环1与阻尼器外环2同心。

所述弹性支承基座9与阻尼器外环2一起与机架固接，所述阻尼器内环1通过弹性支承6与弹性支承基座9连接，所述弹性支承6为笼式结构，所述弹性支承6沿周向设置有若干个笼条，所述笼条的两端分别连接阻尼器内环1和弹性支承基座9，从而使阻尼器内环1可以在阻尼器外环2内部沿径向移动。

阻尼器内环1的内圈装有转子7，转子3与阻尼器内环1的内圈之间装有轴承。

所述阻尼器外环2的内圈与阻尼器内环1的外圈之间充有油膜8，阻尼器外环2上开有连通至油膜8的供油孔5，供油孔5沿径向设置，所述阻尼器外环的内圈设有与供油孔连通的供油槽4，所述供油槽4为环形槽，供油槽4的槽底与供油孔5连通，供油槽4设置在阻尼器外环2轴向的中间位置，滑油从供油孔5进入，流经供油槽4充满阻尼器外环2的内圈与阻尼器内环1之间，并形成油膜8。

所述阻尼器外环2的内圈沿周向均匀分布有多个油膜沉孔3，油膜沉孔3覆盖阻尼器外环2内圈的整个周向长度，油膜沉孔3在供油槽4两侧对称分布，两侧油膜沉孔3覆盖阻尼器外环2长度的约2/3。

所述油膜沉孔3为正六边形沉孔且多个油膜沉孔3在阻尼器外环2的内圈呈蜂窝状排布。

所述油膜沉孔3的一条边与阻尼器外环2的轴向方向垂直，从而使油膜沉孔3在轴向方向呈直线排列，油膜沉孔3在圆周方向为周期性的交错排列方式，本实施例中在轴向方向上排列有5个。

所述油膜沉孔3的内切圆直径为1mm，油膜沉孔3的深度为0.1mm，相邻两个油膜沉孔3上的相邻两条平行边的间距s为0.1mm，在圆周方向上任意两相邻油膜沉孔3内切圆的圆心与阻尼器圆心连线的夹角a为2.5°。

表1为传统挤压油膜阻尼器与本实施例蜂窝型挤压油膜阻尼器参数对比，单位为mm，

	阻尼器内环外径	阻尼器外环内径	供油槽深度×宽度	阻尼器轴向宽度	油膜沉孔深度	油膜沉孔规格	油膜沉孔间距
								传统型	43	43.3	1.5×0.6	18
蜂窝型	43	43.3	1.5×0.6	18	0.1	内切圆直径为1的六边形	0.1

本发明的工作原理：

所述阻尼器外环2固定在机架上，弹性支承基座9固定设置，所述阻尼器内环1通过弹性支承6与弹性支承基座9连接，从而使阻尼器内环1可以在阻尼器外环2内部沿径向移动，阻尼器内环1的内圈装有转子7，滑油从供油孔5进入，流经供油槽4充满阻尼器外环2的内圈与阻尼器内环1之间，并形成油膜8，油膜填充进油膜沉孔3中。

当转子7受到不平衡力产生振动时，振动负荷经轴颈传到阻尼器内环1，阻尼器内环1随转子7振动会发生径向位移，挤压油膜8产生油膜反力，形成油膜阻尼从而起到减振作用；油膜沉孔3内的滑油会产生漩涡作用，阻碍了滑油流动，抑制了滑油沿着阻尼器轴向流失，提高了油膜的挤压程度，保证了油膜完整性，增加了油膜的挤压效率，因此可以吸收耗散更多的振动能量，提高转子系统的稳定性，能够提供较高的油膜阻尼和较低的油膜刚度。

实施例2：

如图1~7所示，本实施例与实施例1的区别在于：

所述油膜沉孔3为圆形沉孔，圆形孔结构要比蜂窝型结构更加简单、加工工艺难度低。

所述油膜沉孔3的直径为1mm，油膜沉孔3的深度为0.1mm。多个油膜沉孔3在阻尼器外环2的轴向方向呈直线排列，在阻尼器外环2的圆周方向交错排布。

沿阻尼器外环2轴向方向的相邻油膜沉孔3圆心距离h为1.08mm，在圆周方向上的相邻油膜沉孔3圆心的直线距离d为0.93mm，在圆周方向上任意两相邻油膜沉孔3的圆心与阻尼器圆心连线的夹角a为2.5°。

表2为传统挤压油膜阻尼器与本实施例圆孔型挤压油膜阻尼器参数对比，单位为mm，

	阻尼器内环外径	阻尼器外环内径	供油槽深度×宽度	阻尼器轴向宽度	油膜沉孔深度	圆孔直径
							传统型	43	43.3	1.5×0.6	18
圆孔型	43	43.3	1.5×0.6	18	0.1	1

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：包括固定的阻尼器外环（2）、固定的弹性支承基座（9）以及安装在阻尼器外环（2）内圈的阻尼器内环（1），所述阻尼器内环（1）通过弹性支承（6）与弹性支承基座（9）连接，阻尼器内环（1）的内圈装有转子（7），所述阻尼器外环（2）的内圈与阻尼器内环（1）的外圈之间充有油膜（8），阻尼器外环（2）上开有连通至油膜（8）的供油孔（5），所述阻尼器外环（2）的内圈沿周向均匀分布有多个油膜沉孔（3）。

2.根据权利要求1所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述油膜沉孔（3）为正六边形沉孔且多个油膜沉孔（3）在阻尼器外环（2）的内圈呈蜂窝状排布。

3.根据权利要求2所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述油膜沉孔（3）的内切圆直径为0.7~1.3mm，油膜沉孔（3）的深度为0.08~0.12mm。

4.根据权利要求2所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述油膜沉孔（3）的一条边与阻尼器外环（2）的轴向方向垂直。

5.根据权利要求4所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：相邻两个油膜沉孔（3）上的相邻两条平行边的间距s为0.08~0.12mm。

6.根据权利要求1所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述油膜沉孔（3）为圆形沉孔。

7.根据权利要求6所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述油膜沉孔（3）的直径为0.7~1.3mm，油膜沉孔（3）的深度为0.08~0.12mm。

8.根据权利要求6所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：多个油膜沉孔（3）在阻尼器外环（2）的轴向方向呈直线排列，在阻尼器外环（2）的圆周方向交错排布。

9.根据权利要求8所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：沿阻尼器外环（2）轴向方向的相邻油膜沉孔（3）圆心距离h为1.05~1.1mm，在圆周方向上的相邻油膜沉孔（3）圆心的直线距离d为0.9~1.0mm。

10.根据权利要求1所述的一种新型外环结构的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述阻尼器外环（2）的内圈设有与供油孔（5）连通的供油槽（4）。

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