CN112727994B - 一种可调挤压油膜阻尼器 - Google Patents

一种可调挤压油膜阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可调挤压油膜阻尼器，包括轴承座、内螺旋阻尼齿轴套、调整端盖、调整螺柱、外螺旋阻尼齿轴套、弹性支撑轴承、轴承供油定位环、轴承压紧螺母、旋转轴及调整螺栓；本发明可通过螺旋阻尼腔精确实现对阻尼油膜厚度、油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙参数进行调节，并且其螺旋阻尼腔不同于常见的阻尼腔结构形式，不但可提供抑制径向振动的阻尼，还可提供抑制扭转及轴向振动的阻尼。

Description

一种可调挤压油膜阻尼器
技术领域
本发明涉及一种可调挤压油膜阻尼器，属于燃气涡轮发动机转子领域。
背景技术
燃气轮机、汽轮机、压缩机等设备的运行平稳性与可靠性主要取决于设备的转子运行状态，随着航空发动机等设备的转速和功率的提升，对转子的运行平稳性提出更高要求，转子的减振技术是燃气涡轮发动机转子领域的研究重点与热点。
应用在航空发动机领域的高速转子的弹性支撑与挤压油膜阻尼器技术是常用的一种发动机转子减振手段，航空发动机转子一般转速较高，多数为跨临界运行的高速转子，弹性支撑的轴承对高速转子进行了转子固有频率调频，使高速转子的工作转速区间尽量宽，但不同转速工况切换时转子难免要通过临界转速区域，一般转子在转速通过临界转速区间时，转子振动会急剧上升，如不对其振动进行抑制，会造成动静件异常摩擦，过高的振动能量会引起发动机其他零件的损坏，为抑制转子过临界的振幅，挤压油膜阻尼器的阻尼作用至关重要。当旋转轴由于过临界等发生振动，转子的旋转中心偏离发动机中心线，弹性支撑的转子支撑轴承外环发生振动并挤压阻尼腔内的油，阻尼腔内油通过阻尼孔、阻尼槽等阻尼结构形成阻尼作用，从而产生减振作用。
目前常见的挤压油膜阻尼器一般阻尼值在滑油等外界条件不变的情况下是固定的，实际使用过程中由于加工及装配误差等原因阻尼值往往达不到设计要求，需要通过试验调整轴承座内径来改变油膜厚度从而实现阻尼值的调节，另外一些关于挤压油膜阻尼器的研究试验也需要分析阻尼值变化与转子振动的关系，也需要调整挤压油膜阻尼器的阻尼值，因此变阻尼的挤压油膜阻尼器很有研究与应用价值。美国专利号“US7517152B1”的专利，该专利提供了一种可变刚度的挤压油膜阻尼器,发明通过压力油调节弹性波纹管高度从而调节阻尼油膜厚度来调节阻尼刚度，然而在滑油粘度固定情况下，实际挤压油膜阻尼器的阻尼效果不但与油膜半径间隙有关，还与油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙有关，该发明只用液压油来调节油膜半径间隙，实际应用过程中前后两个压力油调节弹性波纹管高度不一定稳定可控，油膜间隙的调整精度不高；中国专利号“CN201810689142.1”的专利，该专利提供了一种航空发动机可变阻尼挤压油膜阻尼器,该发明通过控制轴承座挤压油膜腔附近的独立的油腔变形来调节挤压油膜的厚度，同理只用液压油来调节油膜半径间隙，对阻尼值的调节有限且调节精度不高；中国专利号“CN106907355B”的专利，该专利提供了一种弹性支撑挤压油膜阻尼器，该专利通过调节锥形的阻尼腔的来调节油膜半径间隙，与前两专利相比调节相对简单，但仍然只能通过调节油膜厚度来调节阻尼效果。并且目前已有挤压油膜阻尼器只在径向起主要阻尼减振作用，往往没有考虑轴向的阻尼减振。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述目前挤压油膜阻尼器的上述不足之处，提供一种可调挤压油膜阻尼器，可通过螺旋阻尼腔精确实现对阻尼油膜厚度、油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙参数进行调节，并且其螺旋阻尼腔不同于常见的阻尼腔结构形式，不但可提供抑制径向振动的阻尼，还可提供抑制扭转及轴向振动的阻尼。
本发明的目的是这样实现的：包括轴承座10、内螺旋阻尼齿轴套20、调整端盖30、调整螺柱40、外螺旋阻尼齿轴套50、弹性支撑轴承60、轴承供油定位环70、轴承压紧螺母80、旋转轴90及调整螺栓100；外螺旋阻尼齿轴套50通过弹性支撑轴承60的外环外径与其内径的配合实现径向定位，其安装法兰与弹性支撑轴承60的鼠笼弹性支撑61的安装法兰通过固定螺栓连接在轴承座10上；内螺旋阻尼齿轴套20设置在外螺旋阻尼齿轴套50上，内螺旋阻尼齿轴套20外侧端面有螺纹孔，螺纹孔内装入调整螺柱40，调整端盖30通过与轴承座10的配合止口在螺栓作用下固定在轴承座10上，调整螺柱40穿过调整端盖30的腰型孔31在螺母锁紧作用下固定，调整螺栓100通过调整端盖30的螺纹孔32旋入顶紧内螺旋阻尼齿轴套20；内螺旋阻尼齿轴套20的最外侧螺旋内齿25的齿顶高于一般螺旋内齿22，且与外螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为C的螺旋油膜密封间隙，外螺旋阻尼齿轴套50最内侧螺旋外齿54的齿顶高于一般螺旋外齿53，且与内螺旋阻尼齿轴套20的齿根形成厚度为A的螺旋油膜密封间隙；内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E，用来形成螺旋阻尼油膜。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.内螺旋阻尼齿轴套20的齿根与外螺旋阻尼齿轴套50的齿顶形成厚度为B的螺旋阻尼供油腔；内螺旋阻尼齿轴套20的齿顶与外螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为D的螺旋阻尼泄油腔。
2.滑油由轴承座10上有阻尼油腔进油孔11进入内螺旋阻尼齿轴套20的环形供油腔23，环形供油腔23在前后密封沟槽21里的密封圈作用下保证内螺旋阻尼齿轴套20旋转移动时仍能保证供油，滑油通过内螺旋阻尼齿轴套20的位于内螺旋齿根槽处的供油孔24进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔。
3.厚度为E的阻尼油膜由厚度为B的螺旋阻尼供油腔供油，阻尼油膜排出的油通过外螺旋阻尼齿轴套50齿根处的单独泄油孔(52)泄露到总泄油孔51中；调整螺旋齿的侧隙值可改变阻尼油膜厚度E，可在内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50不发生旋转时通过调整螺柱40外拉及调整螺栓100内推作用调节阻尼油膜厚度E。
4.调整内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副配合长度来调节阻尼油膜长度，同时也增加了进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔的滑油流量，从而对挤压油膜阻尼器的阻尼值进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种可调挤压油膜阻尼器，可通过齿高、齿根、螺旋角、齿侧隙等齿形的调节及螺旋副的配合长度、相对轴向位置来实现对阻尼油膜厚度、油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙参数的调整，从而实现挤压油膜阻尼器阻尼特性的变化。并且其螺旋阻尼油膜不同于常见的阻尼油膜结构形式，不但可提供抑制径向振动的阻尼，还可提供抑制扭转及轴向振动的阻尼。结构紧凑，阻尼减振效果明显，安装调整简单方便，是一种形式新颖、功能创新的挤压油膜阻尼器，适合在燃气涡轮发动机转子等领域推广使用，不但可以应用在主机产品上，还可以应用在挤压油膜阻尼器的相关试验研究中。
附图说明
图1a和图1b均是本发明的一种可调挤压油膜阻尼器组成示意图；
图2为外螺旋阻尼齿轴套结构示意图；
图3为内螺旋阻尼齿轴套结构示意图；
图4为带腰型孔的调整端盖结构示意图；
图5为阻螺旋阻尼结构局部示意图。
图1a-b所示的仅为本发明将螺旋阻尼腔应用在悬臂式鼠笼结构的轴承上实施例而已，并不限制本发明，对本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明包含范围之内。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明由轴承座10，内螺旋阻尼齿轴套20，调整端盖30，调整螺柱40，外螺旋阻尼齿轴套50，弹性支撑轴承60，轴承供油定位环70，轴承压紧螺母80，旋转轴90及调整螺栓100组成。
首先弹性支撑轴承60内环按一定配合关系装在旋转轴90安装轴颈上完成径向定位，在轴承供油定位环70与轴承压紧螺母80共同压紧作用下完成其轴向定位，从而弹性支撑轴承60在旋转轴90上完成安装定位。
进一步，外螺旋阻尼齿轴套50通过弹性支撑轴承60的外环外径与其内径的配合实现径向定位，其安装法兰与弹性支撑轴承60的鼠笼弹性支撑61的安装法兰通过固定螺栓连接在轴承座10上，轴承座10上有阻尼油腔进油孔11，整个轴承座通过安装孔12连接到主机壳体上，从而完成轴承座主体的定位安装。
进一步，将内螺旋阻尼齿轴套20通过螺旋齿类似螺母安装一样旋转装入外螺旋阻尼齿轴套50上，内螺旋阻尼齿轴套20外侧端面有螺纹孔，装入调整螺柱40，接着再将调整端盖30通过与轴承座10的配合止口在螺栓作用下固定在轴承座10上，调整螺柱40穿过调整端盖30的腰型孔31在螺母锁紧作用下固定，调整螺栓100通过调整端盖30的螺纹孔32旋入顶紧内螺旋阻尼齿轴套20。
本发明的内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副如图5所示：内螺旋阻尼齿轴套20的齿根与外螺旋阻尼齿轴套50的齿顶形成厚度为B的螺旋阻尼供油腔；内螺旋阻尼齿轴套20的齿顶与外螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为D的螺旋阻尼泄油腔；内螺旋阻尼齿轴套20的最外侧螺旋内齿25的齿顶高于一般螺旋内齿22，可与外螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为C的螺旋油膜密封间隙，同理外螺旋阻尼齿轴套50最内侧螺旋外齿54的齿顶高于一般螺旋外齿53，可与内螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为A的螺旋油膜密封间隙；内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E，用来形成螺旋阻尼油膜。滑油由轴承座10上有阻尼油腔进油孔11进入内螺旋阻尼齿轴套20的环形供油腔23，环形供油腔23在前后密封沟槽21里的密封圈作用下保证内螺旋阻尼齿轴套20旋转移动时仍能保证供油，滑油通过内螺旋阻尼齿轴套20的位于内螺旋齿根槽处的供油孔24进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔，当旋转轴90发生振动时，外螺旋阻尼齿轴套50的轴线与内螺旋阻尼齿轴套20的轴线由于振动发生径向或轴向相对偏斜时，内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E的阻尼油膜收到挤压，油膜发生径向、轴向及切向的剪切流动，从而产生对应方向的阻尼，从而限制旋转轴90的径向、轴向及扭转振动。厚度为E的阻尼油膜由厚度为B的螺旋阻尼供油腔供油，阻尼油膜排出的油通过外螺旋阻尼齿轴套50齿根处的单独泄油孔(52)泄露到总泄油孔51中。
由本发明的挤压油膜阻尼器的原理可知：调整螺旋齿的侧隙值可改变阻尼油膜厚度E，可在内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50不发生旋转时通过调整螺柱40外拉及调整螺栓100内推作用调节阻尼油膜厚度E；另外可通过设计不同螺旋角等参数的齿形可实现不同的轴向、径向、切向的阻尼效果；还可通过调整内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副配合长度来调节阻尼油膜长度，同时也增加了进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔的滑油流量，从而对挤压油膜阻尼器的阻尼值进行调节。
综上所述，本发明提供一种可调挤压油膜阻尼器，可通过齿高、齿根、螺旋角、齿侧隙等齿形的调节及螺旋副的配合长度、相对轴向位置来实现对阻尼油膜厚度、油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙参数的调整，从而实现挤压油膜阻尼器阻尼特性的变化。并且其螺旋阻尼油膜不同于常见的阻尼油膜结构形式，不但可提供抑制径向振动的阻尼，还可提供抑制扭转及轴向振动的阻尼，整个阻尼器结构紧凑，阻尼减振效果明显，安装调整简单方便。
综上，本发明由轴承座10，内螺旋阻尼齿轴套20，调整端盖30，调整螺柱40，外螺旋阻尼齿轴套50，弹性支撑轴承60，轴承供油定位环70，轴承压紧螺母80，旋转轴90及调整螺栓100组成。将内螺旋阻尼齿轴套20通过螺旋齿类似螺母安装一样旋转装入内螺旋阻尼齿轴套20上，内螺旋阻尼齿轴套20的最外侧螺旋内齿25的齿顶高于一般螺旋内齿22，可与外螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为C的螺旋油膜密封间隙，同理外螺旋阻尼齿轴套50最内侧螺旋外齿54的齿顶高于一般螺旋外齿53，可与内螺旋阻尼齿轴套50的齿根形成厚度为A的螺旋油膜密封间隙；内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E，用来形成螺旋阻尼油膜。滑油由轴承座10上有阻尼油腔进油孔11进入内螺旋阻尼齿轴套20的环形供油腔23，环形供油腔23在前后密封沟槽21里的密封圈作用下保证内螺旋阻尼齿轴套20旋转移动时仍能保证供油，滑油通过内螺旋阻尼齿轴套20的位于内螺旋齿根槽处的供油孔24进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔，当旋转轴90发生振动时，外螺旋阻尼齿轴套50的轴线与内螺旋阻尼齿轴套20的轴线由于振动发生径向或轴向相对偏斜时，内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E的阻尼油膜收到挤压，油膜发生径向、轴向及切向的剪切流动，从而产生对应方向的阻尼，从而限制旋转轴90的径向、轴向及扭转振动。调整螺旋齿的侧隙值可改变阻尼油膜厚度E，可在内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50不发生旋转时通过调整螺柱40外拉及调整螺栓100内推作用调节阻尼油膜厚度E；另外可通过设计不同螺旋角等参数的齿形可实现不同的轴向、径向、切向的阻尼效果；还可通过调整内螺旋阻尼齿轴套20与外螺旋阻尼齿轴套50的螺旋副配合长度来调节阻尼油膜长度，同时也增加了进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔的滑油流量，从而对挤压油膜阻尼器的阻尼值进行调节。
综上所述，本发明提供一种可调挤压油膜阻尼器，可通过齿高、齿根、螺旋角、齿侧隙等齿形的调节及螺旋副的配合长度、相对轴向位置来实现对阻尼油膜厚度、油膜长度、滑油流量及油膜密封间隙参数的调整，从而实现挤压油膜阻尼器阻尼特性的变化。并且其螺旋阻尼油膜不同于常见的阻尼油膜结构形式，不但可提供抑制径向振动的阻尼，还可提供抑制扭转及轴向振动的阻尼，整个阻尼器结构紧凑，阻尼减振效果明显，安装调整简单方便。

Claims (4)

1.一种可调挤压油膜阻尼器，其特征在于：包括轴承座(10)、内螺旋阻尼齿轴套(20)、调整端盖(30)、调整螺柱(40)、外螺旋阻尼齿轴套(50)、弹性支撑轴承(60)、轴承供油定位环(70)、轴承压紧螺母(80)、旋转轴(90)及调整螺栓(100)；外螺旋阻尼齿轴套(50)通过弹性支撑轴承(60)的外环外径与其内径的配合实现径向定位，其安装法兰与弹性支撑轴承(60)的鼠笼弹性支撑(61)的安装法兰通过固定螺栓连接在轴承座(10)上；内螺旋阻尼齿轴套(20)设置在外螺旋阻尼齿轴套(50)上，内螺旋阻尼齿轴套(20)外侧端面有螺纹孔，螺纹孔内装入调整螺柱(40)，调整端盖(30)通过与轴承座(10)的配合止口在螺栓作用下固定在轴承座(10)上，调整螺柱(40)穿过调整端盖(30)的腰型孔(31)在螺母锁紧作用下固定，调整螺栓(100)通过调整端盖(30)的螺纹孔(32)旋入顶紧内螺旋阻尼齿轴套(20)；内螺旋阻尼齿轴套(20)的最外侧螺旋内齿(25)的齿顶高于一般螺旋内齿(22)，且与外螺旋阻尼齿轴套(50)的齿根形成厚度为C的螺旋油膜密封间隙，外螺旋阻尼齿轴套(50)最内侧螺旋外齿(54)的齿顶高于一般螺旋外齿(53)，且与内螺旋阻尼齿轴套(20)的齿根形成厚度为A的螺旋油膜密封间隙；内螺旋阻尼齿轴套(20)与外螺旋阻尼齿轴套(50)的螺旋副的两条螺旋齿侧隙间隙为E，用来形成螺旋阻尼油膜；内螺旋阻尼齿轴套(20)的齿根与外螺旋阻尼齿轴套(50)的齿顶形成厚度为B的螺旋阻尼供油腔；内螺旋阻尼齿轴套(20)的齿顶与外螺旋阻尼齿轴套(50)的齿根形成厚度为D的螺旋阻尼泄油腔。
2.根据权利要求1所述的一种可调挤压油膜阻尼器，其特征在于：滑油由轴承座(10)上有阻尼油腔进油孔(11)进入内螺旋阻尼齿轴套(20)的环形供油腔(23)，环形供油腔(23)在前后密封沟槽(21)里的密封圈作用下保证内螺旋阻尼齿轴套(20)旋转移动时仍能保证供油，滑油通过内螺旋阻尼齿轴套(20)的位于内螺旋齿根槽处的供油孔(24)进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔。
3.根据权利要求2所述的一种可调挤压油膜阻尼器，其特征在于：厚度为E的阻尼油膜由厚度为B的螺旋阻尼供油腔供油，阻尼油膜排出的油通过外螺旋阻尼齿轴套(50)齿根处的单独泄油孔(52)泄露到总泄油孔(51)中；调整螺旋齿的侧隙值可改变阻尼油膜厚度E，可在内螺旋阻尼齿轴套(20)与外螺旋阻尼齿轴套(50)不发生旋转时通过调整螺柱(40)外拉及调整螺栓(100)内推作用调节阻尼油膜厚度E。
4.根据权利要求3所述的一种可调挤压油膜阻尼器，其特征在于：调整内螺旋阻尼齿轴套(20)与外螺旋阻尼齿轴套(50)的螺旋副配合长度来调节阻尼油膜长度，同时也增加了进入厚度为B的螺旋阻尼供油腔的滑油流量，从而对挤压油膜阻尼器的阻尼值进行调节。
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