CN112762133B - 一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器 - Google Patents

一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器 Download PDF

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Abstract

一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，属于挤压油膜阻尼器技术领域，以解决现有的挤压油膜阻尼器结构复杂，生产成本高，刚度不容易控制的问题。本发明包括鼠笼壳体、轴承、阻尼器套筒组件和润滑油路，鼠笼壳体内设有阻尼器套筒组件和轴承，阻尼器套筒组件与轴承相贴，阻尼器套筒组件上设有用于润滑轴承的润滑油路和油环腔，润滑油路与油腔连通。本发明能减小转轴系统的振动现象、提高挤压油膜阻尼器的设计灵活性、安装便捷性，减少生产成本。该阻尼器不仅结构简单、安装方便，而且制造成本低，阻尼器支承刚度更加容易控制，改变刚度只需要改变鼠笼笼条的数量、长度、厚度或者宽度即可。

Description

一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器
技术领域
本发明属于阻尼器技术领域，具体涉及一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器。
背景技术
旋转机械的转轴在高速运转时，往往经过轴系的临界转速，转轴经过临界转速时会发生系统共振，该现象会造成轴系振动过大、整个设备发出更大的噪声，更为严重的会造成转轴的断裂，从而引起严重的事故，造成巨大的人员与财产损失，因此对旋转机械的转轴系统进行减振是十分有必要的。目前最为常用的是采用挤压油膜阻尼器进行减振，挤压油膜阻尼器是现代高速旋转机械中一个极其重要的支承部件，应用领域非常广泛，从发电的地面燃气轮机、水面船舶的动力燃气轮机到航空用的飞机发动机，都有它的身影。实验证明，与单独采用轴承支承相比，采用挤压油膜阻尼器支承的转轴系统的振动现象会明显减弱。挤压油膜阻尼器作为转轴系统的一个核心部件，由于受到工作环境复杂多变和安装空间的制约，要求其结构简单紧凑，可靠性高。而现有的挤压油膜阻尼器结构复杂，生产成本高，刚度不容易控制。因此，提出一种结构简单紧凑、可靠性高的鼠笼式的挤压油膜阻尼器势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
本发明为了解决现有的挤压油膜阻尼器结构复杂、生产成本高、刚度不容易控制的问题，进而提供了一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，所述挤压油膜阻尼器用于与轴承装配，所述挤压油膜阻尼器包括鼠笼壳体、阻尼器外套筒和阻尼器内套筒；所述鼠笼壳体为空心圆柱筒，鼠笼壳体一部分的开口端设有法兰盘；鼠笼壳体中间部分具有若干笼条，相邻笼条之间为通孔；鼠笼壳体另外一部分侧壁上均匀开有多个回油孔，阻尼器外套筒为阶梯的空心圆柱筒，外径较大的一端侧壁均匀开有与鼠笼壳体上的回油孔数量一致的多个漏油孔；阻尼器内套筒的一部分的端开口设有法兰盘，阻尼器内套筒的内径由开口至内部变小，在阻尼器内套筒另一部分的内部台肩上沿阻尼器内套筒轴向依次开有连通的进油孔道和轴承喷油孔，进油孔道呈阶梯状且沿进油方向直径变小；轴承喷油孔靠近轴承一侧；鼠笼壳体所述另外一部分用于容装轴承，阻尼器外套筒安装于鼠笼壳体的中间部分之内，且阻尼器外套筒外径较大的一端端面用于与轴承外圈端面接触，阻尼器外套筒上的漏油孔与鼠笼壳体上的回油孔位置相一一对应；阻尼器内套筒另一部分为圆柱段，所述圆柱段装配于阻尼器外套筒外径较小部分对应的筒体内，且二者之间至少设有两个密封环；阻尼器外套筒、阻尼器内套筒和两个密封环之间形成了一个油环腔，阻尼器内套筒圆柱段表面开有阻尼器进油孔，阻尼器进油孔和进油孔道相连通且其数量与进油孔道一致；进油孔道通过对应的阻尼器进油孔与油环腔连通；多余的油液通过漏油孔、回油孔进行回收；阻尼器内套筒上的法兰盘和对应位置的鼠笼壳体的法兰盘连接。
进一步地，出油一侧的孔对准轴承中滚珠。
进一步地，出油一侧的轴承喷油孔向轴承轴线倾斜设置。
进一步地，所述鼠笼壳体另外一部分的端面上设有用于与轴承外圈相贴的挡肩。
进一步地，在阻尼器内套筒的外表面设置有两个环槽，每个环槽内设有一个密封环，两个密封环位于油环腔两侧。
进一步地，进油孔道大直径段、进油孔道小直径段、轴承喷油孔三者的内径之比为8：4：1；进油孔道大直径段、进油孔道小直径段、轴承喷油孔三者的长度之比为1：(3～4)：1。
进一步地，所述阻尼器外套筒上的漏油孔从油入口至油出口方向来看，远离轴承的轴线方向倾斜。
进一步地，所述阻尼器内套筒的内径由开口至内部依次由连通的大圆柱形孔、渐缩圆台孔、小圆柱形孔构成。渐缩圆台孔与小圆柱形孔之间具有内部台肩。
进一步地，每个密封环为未闭合环状密封环。
进一步地，所述鼠笼壳体中，相邻笼条之间的通孔为矩形通孔，矩形通孔的长度为鼠笼壳体整体长度的三分之一；每个矩形通孔的宽度是相邻矩形通孔之间的笼条宽度的2倍。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提出鼠笼壳体来传递振动，鼠笼壳体中部设置有多根笼条，这种结构能有效传递振动，阻尼器套筒组件上设有用于润滑轴承的润滑油路和润滑油路连通的油腔，通过环形油腔中的油液吸收振动，并同时对轴承进行有效润滑，极大减小转轴系统的振动现象、提高挤压油膜阻尼器的可靠性。本发明仅需三个部件鼠笼壳体、阻尼器外套筒和阻尼器内套筒，实现阻尼器结构简化、提运行可靠性。由于采用鼠笼壳体，使本发明所述阻尼器的支承刚度更加容易控制，改变刚度只需要改变鼠笼笼条的数量、长度、厚度或者宽度即可。
本发明的技术优势表现以下方面：
一、本发明能减小转轴系统的振动现象、提高挤压油膜阻尼器的设计灵活性、安装便捷性，减少生产成本。该阻尼器不仅结构简单、安装方便，而且制造成本低，刚度更容易控制。
二、本发明专利结构简单、安装方便，而且制造成本低。
三、本发明的阻尼器支承刚度更加容易控制，改变刚度只需要改变鼠笼笼条的数量、长度、厚度或者宽度即可。
四、本发明采用了的鼠笼式壳体结构，使挤压油膜阻尼器结构简单紧凑并提高了挤压油膜阻尼器的可靠性。
附图说明
图1(a)是本发明专利的鼠笼式挤压油膜阻尼器结构组成效果图；
图1(b)是本发明专利的鼠笼式挤压油膜阻尼器结构组成图的剖面效果图。
图2(a)本发明专利的鼠笼壳体三维效果图；
图2(b)本发明专利的鼠笼壳体的剖面图。
图3本发明专利的轴承三维效果图。
图4(a)本发明专利的阻尼器外套筒三维效果图；
图4(b)本发明专利的阻尼器外套筒的剖面图。
图5本发明专利的密封环的三维效果图。
图6(a)本发明专利的阻尼器内套筒的三维剖面效果图。
图6(b)本发明专利的阻尼器内套筒的剖面图。
图7本发明专利的挤压油膜阻尼器的装配示意图。
图8本发明专利的挤压油膜阻尼器的装配效果图。
图9本发明专利的挤压油膜阻尼器的工作原理图。
图10为采用挤压油膜阻尼器与未采用挤压油膜阻尼器的转轴振动试验数据对比图。
上述图中：1-鼠笼壳体(鼠笼架)；1a-螺纹孔；1b-笼条；1c-回油孔；2-轴承；3-阻尼器外套筒；3a-漏油孔；4-密封环；5-阻尼器内套筒；5a-通孔；5b-进油管(进油孔道)；5c-阻尼器进油孔；5d-密封环槽；5e-滚动轴承喷油孔；6-油环腔；7-转轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
具体实施方式一：以下结合附图1至8，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1，一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，包括鼠笼壳体1、轴承2、阻尼器外套筒3、密封环4、阻尼器内套筒5；其中，如图2，鼠笼壳体1总体上看起来为一个空心圆柱筒，其中一端为开有螺纹孔1a的法兰盘。中间部分并不是完全封闭的，而且由若干笼条1b组成，笼条1b的数量、长度、宽度及厚度可以根据实际支承刚度的需要进行设计。鼠笼壳体1上均匀开有许多回油孔1c，回油孔1c的数量根据实际需要进行设计。鼠笼壳体1的另一端的内径略小，用以阻挡轴承2。其中，如图3，轴承2为市面上的标准轴承，选用的尺寸大小根据鼠笼壳体而定；其中，如图4，阻尼器外套筒3总体上看起来像一个阶梯的空心圆柱筒，外径较大的一端均匀开有许多漏油孔3a，其数量与鼠笼壳体1上的回油孔1c保持一致；其中，如图5，密封环4为未闭合环状，方便安装，其材料可以为橡胶、锡青铜等；其中，如图6，阻尼器内套筒5类似于一种漏斗状，一端为开有通孔5a的法兰盘。内部开有进油管5b和滚动轴承喷油孔5e，进油管5b呈阶梯状，直径逐渐变小，滚动轴承喷油孔5e略有倾斜，两者联通，数量根据实际需求而定，均匀分布。阻尼器壳体5上开有两个密封环槽5d，用于放置密封环4。在两个密封环槽5d之间，阻尼器内套筒5表面开有油孔5c，油孔5c和进油管5b相联通，数量与进油管5b保持一致。
阻尼器外套筒3上设有用于排油的漏油孔3a，鼠笼壳体1上设有回油孔1c，回油孔1c与漏油孔3a相对应，进油孔道5b的出口与漏油孔3a相通。
出油一侧的轴承喷油孔5e向轴承2轴线倾斜设置。出油一侧的孔向轴承2轴线倾斜设置，使出油一侧的孔对准轴承2中滚珠，便于轴承2接受更多的润滑油，提高润滑效果。轴承喷油孔5e轴线与轴承2轴线之间的夹角可选为3～5度。
所述润滑油路5b可以为多个，沿圆周方向均匀分布，以便于能充分吸收振动能量，并对轴承润滑。
如图7所示，所述鼠笼壳体1上设有挡肩，轴承2与挡肩相贴，以将轴承2固定在鼠笼壳体1内。
如图2a、2b、4a、4b所示，阻尼器外套筒3上设有用于排油的漏油孔3a，鼠笼壳体1上设有回油孔1c，回油孔1c与漏油孔3a相对应，润滑油路5b与漏油孔3a相通，回油孔1c和漏油孔3a的数量可以为多个，均匀分布在阻尼器外套筒3的圆周上。设置回油孔1c与漏油孔3a将多余的油排出，将热量带走。
所述油环腔6为环形腔，可在阻尼器内套筒5的圆周上加工环形槽，并与阻尼器外套筒3密封配合形成环形腔，同时在环形槽沿着阻尼器内套筒5的径向开设油孔5c与润滑油路5b贯通。设置环形腔，便于同时向多个润滑油路5b供油。
如图4-图6所示，在阻尼器内套筒5的外表面设置有两个环槽5d，每个环槽5d内设有一个密封环4，两个密封环4位于油环腔6两侧。密封环4的形式为开口形式，在安装时，开口收到挤压收缩，以使密封环4外表面与阻尼器外套筒3内表面相贴，起到密封作用。密封环4的材质可以为锡青铜，还可以为橡胶，当密封环4的材质为橡胶时，密封环卫封闭的形式。
阻尼器内套筒5的端部开设有环槽a5-2和通透的阶梯孔，通透的阶梯孔与环槽a5-2相通形成润滑油路5b，其中阻尼器内套筒5设有环槽a5-2的一侧为入油一侧，阻尼器内套筒5另一侧为出油一侧。
具体实施方式二：进油孔道5b大直径段、进油孔道5b小直径段、轴承喷油孔5e三者的内径之比为8：4：1；进油孔道5b大直径段、进油孔道5b小直径段、轴承喷油孔5e三者的长度之比为1：4：1。所述阻尼器外套筒上的漏油孔3a从油入口至油出口方向来看，远离轴承的轴线方向倾斜。所述鼠笼壳体1中，相邻笼条1b之间的通孔为矩形通孔，矩形通孔的长度为鼠笼壳体1整体长度的三分之一；每个矩形通孔的宽度是相邻矩形通孔之间的笼条宽度的2倍。轴承喷油孔5e轴线与轴承2轴线之间的夹角可选为3～5度。如此设计，能满足阻尼器的支承刚度，且减振吸收振动效果更好，对轴承的润滑效果极佳。本实施例中设置的矩形通孔使鼠笼条1b上下振动，以使油环腔6收到挤压，最终使油能将振动能吸收，如果相邻笼条1b之间的通孔为其它形状如圆形，则传递吸收的振动效果相对较差。设置的矩形通孔的长度为鼠笼壳体1整体长度的三分之一；每个矩形通孔的宽度是相邻矩形通孔之间的笼条宽度的2倍，可满足强度要求。
如图7，鼠笼壳体1为一个框架，把轴承2装配进入，紧接着把阻尼器外套筒3装配进入，阻尼器外套筒3上的漏油孔3a与鼠笼壳体1上的回油孔1c位置相对应。把密封环4装配到阻尼器内套筒5上，然后一起装入鼠笼壳体1中，阻尼器内套筒5的螺纹孔5a和鼠笼壳体1的螺纹孔1a，一一对应，用螺母固定。阻尼器外套筒3、阻尼器内套筒5和两个密封环4之间形成了一个油环腔6，以便于产生振动时将振动能转化成内能，将振动能吸收。最终效果如图8所示。
工作原理：
一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器工作原理如图9所示，油液通过进油管5b的入口(阻尼器内套筒开口部)进入，分为两路。一路通过油孔5c进入到油环腔6中，形成油环；另一路通过进油管5b，通过滚动轴承喷油孔5e，把油液喷入到轴承2中进行润滑。多余的油液则通过漏油孔3a、回油孔1c进行回收。在旋转机械高速运行时，与轴承2紧配合的转轴7会将振动现象传递到轴承2上，进而传递到鼠笼壳体1和套筒3上，引起鼠笼壳体1和套筒3振动，油环腔6中的油液则会不停地受到挤压作用，从而将振动产生的能量转换为油液的内能，进而减弱振动现象。如图10为试验数据图表，对转轴进行加速试验，测得转轴振动量的变化，可以发现采用鼠笼式挤压油膜阻尼器的转轴振动量更小。可看出，本发明所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器减振效果非常明显。
多余的油液则通过漏油孔3a、回油孔1c进行回收，回收后可循环利用。

Claims (10)

1.一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述挤压油膜阻尼器包括鼠笼壳体(1)、阻尼器外套筒(3)和阻尼器内套筒(5)；
所述鼠笼壳体(1)为空心圆柱筒，鼠笼壳体(1)一部分的开口端设有法兰盘；鼠笼壳体(1)中间部分具有若干笼条(1b)，相邻笼条(1b)之间为通孔；鼠笼壳体(1)另外一部分侧壁上均匀开有多个回油孔(1c)，
阻尼器外套筒(3)为阶梯的空心圆柱筒，外径较大的一端侧壁均匀开有与鼠笼壳体(1)上的回油孔(1c)数量一致的多个漏油孔(3a)；
阻尼器内套筒(5)的一部分的端开口设有法兰盘，阻尼器内套筒(5)的内径由开口至内部变小，在阻尼器内套筒(5)另一部分的内部台肩上沿阻尼器内套筒(5)轴向依次开有连通的进油孔道(5b)和轴承喷油孔(5e)，进油孔道(5b)呈阶梯状且沿进油方向直径变小；轴承喷油孔(5e)靠近轴承(2)一侧；
鼠笼壳体(1)所述另外一部分用于容装轴承(2)，阻尼器外套筒(3)安装于鼠笼壳体(1)的中间部分之内，且阻尼器外套筒(3)外径较大的一端端面用于与轴承(2)外圈端面接触，阻尼器外套筒(3)上的漏油孔(3a)与鼠笼壳体(1)上的回油孔(1c)位置相一一对应；阻尼器内套筒(5)另一部分为圆柱段，所述圆柱段装配于阻尼器外套筒(3)外径较小部分对应的筒体内，且二者之间至少设有两个密封环(4)；阻尼器外套筒(3)、阻尼器内套筒(5)和两个密封环(4)之间形成了一个油环腔(6)，阻尼器内套筒(5)圆柱段表面开有阻尼器进油孔(5c)，阻尼器进油孔(5c)和进油孔道(5b)相连通且其数量与进油孔道(5b)一致；进油孔道(5b)通过对应的阻尼器进油孔(5c)与油环腔(6)连通；多余的油液通过漏油孔(3a)、回油孔(1c)进行回收；阻尼器内套筒(5)上的法兰盘和对应位置的鼠笼壳体(1)的法兰盘连接。
2.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于，出油一侧的孔对准轴承(2)中滚珠。
3.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于，出油一侧的轴承喷油孔(5e)向轴承(2)轴线倾斜设置。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述鼠笼壳体(1)另外一部分的端面上设有用于与轴承(2)外圈相贴的挡肩。
5.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：在阻尼器内套筒(5)的外表面设置有两个环槽(5d)，每个环槽(5d)内设有一个密封环(4)，两个密封环(4)位于油环腔(6)两侧。
6.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：进油孔道(5b)大直径段、进油孔道(5b)小直径段、轴承喷油孔(5e)三者的内径之比为8：4：1；进油孔道(5b)大直径段、进油孔道(5b)小直径段、轴承喷油孔(5e)三者的长度之比为1：(3～4)：1。
7.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述阻尼器外套筒上的漏油孔(3a)从油入口至油出口方向来看，远离轴承的轴线方向倾斜。
8.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述阻尼器内套筒(5)的内径由开口至内部依次由连通的大圆柱形孔、渐缩圆台孔、小圆柱形孔构成，渐缩圆台孔与小圆柱形孔之间具有内部台肩。
9.根据权利要求1所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：每个密封环(4)为未闭合环状密封环。
10.根据权利要求1、2、3、5、6、7、8或9所述的一种鼠笼式的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述鼠笼壳体(1)中，相邻笼条(1b)之间的通孔为矩形通孔，矩形通孔的长度为鼠笼壳体(1)整体长度的三分之一；每个矩形通孔的宽度是相邻矩形通孔之间的笼条宽度的2倍。
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