CN114414225A - 一种弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置,内衬套套装在支架悬臂端，外衬套通过鼠笼弹支安装在支架上；在外衬套的内圆周表面与内衬套的外圆周表面之间形成了用于安装弹性环的环形腔室；支架安装在支座上。在配重块的外圆周上安装有作为振动激励源的第一激振器和第二激振器。本发明从相互垂直的两个方向上、利用两路信号激振配重块做平面运动，模拟弹性环油膜轴颈的运动情况，并利用相对运动的思想，将弹性环内衬套平面运动、外衬套不动的运动形式转化为内衬套不动，外衬套平面运动的运动形式，从而为激振和信号测试提供充足的空间，使得大量的成本低廉且可重复性强的弹性环动力学特性测试实验成为可能，从而为弹性环的设计提供有力支撑。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体是一种测试航空发动机转子-支承系统中的弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的装置。
背景技术
振动是造成航空发动机部件载荷增大、寿命缩短以及结构强度故障的重要原因，几乎所有型号的航空发动机均受到振动问题的困扰。为降低航空发动机的性能损失、增强可靠性，必须在设计阶段重视并解决振动问题。在航空发动机转子的支点处合理设计阻尼器，能够有效减振。
挤压油膜阻尼器减振性能良好，结构简单，但存在油膜刚度和油膜阻尼高度非线性的问题，会导致双稳态、锁死和非协调进动等现象，这些现象会使转子振动过大，甚至碰摩、疲劳，限制了其使用。弹性环式挤压油膜阻尼器(以下简称弹性环)将油膜环分为内、外油膜两部分，能有效改善油膜刚度的非线性特性，同时兼具调频功能。
目前，关于弹性环的研究多集中于理论计算和数值模拟，缺乏实验验证。而准确测定弹性环的动力学特性，是开展弹性环设计的基础。在专利“弹性环支承刚度测量装置”(CN：201220556447.3)中，弹性环和加载环安装于固定芯棒上，测量加载环上的载荷和响应，得到刚度。该结构中，安装加载环后弹性环发生变形，难以保证加载环和固定芯棒之间的同轴度，也无法准确模拟弹性环内外环的配合关系，且未设计防止弹性环发生周向转动的装置。在专利“测量浮环式挤压油膜阻尼器内层油压的双向激励试验器”(CN：201811541594.1)中，为测试阻尼器油压，设计了双向激励试验器，通过承力叉将激励施加于芯棒两端延伸出的轴体。这种激振结构会导致芯棒发生弯曲，使得挤压油膜阻尼器油膜轴向厚度不均匀、难以控制。另外，由于支座、支承盖和浮动环的包裹，在激励过程中无法准确测试阻尼器所在位置处芯棒的振动响应。在EI期刊“弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性系数测试”(航空动力学报，2019,34(7)：1542-1550)中，搭建了弹性环动力学特性系数测试实验台，但是弹性环的内衬套和外衬套分别安装于两个支座上，弹性环的同心度难以保证、无法测量，每次拆装都会造成实验基准的改变，调试繁琐。因此，设计一种结构简单、便于进行变参数实验、加工和装配误差能够保证，并且能够有效精确测量弹性环动力学特性的实验装置具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术中存在的结构复杂、拆装不便、安装状态不明的不足，本发明提出了一种弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置。
本发明包括弹性环、外衬套、内衬套、支座、支架、鼠笼弹支和配重块。其中：所述内衬套套装在支架悬臂端端头处的法兰上；所述外衬套通过鼠笼弹支安装在支架的鼠笼弹支连接法兰上；在该外衬套的内圆周表面与内衬套的外圆周表面之间的间距形成了用于安装弹性环的环形腔室；该环形腔室的径向距离与该弹性环的厚度相匹配；支架安装在支座上。在所述配重块的外圆周上安装有作为振动激励源的第一激振器和第二激振器。
所述弹性环外圆周上均布有6～14个径向凸出的外凸台，所述外凸台的个数为偶数；该弹性环的内圆周上均布有6～14个径向凸出的内凸台，所述内凸台的个数亦为偶数；所述外凸台个数与所述内凸台个数相同，并使各所述内凸台分别位于各相邻外凸台的中间。
所述弹性环各外凸台的顶表面分别与外衬套内圆周表面贴合，所述外衬套与弹性环的配合面处，所述外衬套的内半径与外半径之间半径差≥8mm，以保证所述外衬套的刚度大于所述弹性环的刚度，并使该外衬套的刚度比弹性环的刚度大100倍以上。
在各相邻外凸台之间凹槽处的弹性环外圆周表面与外衬套的内圆周表面之间形成的间隙为外油膜腔；所述各内凸台的顶表面分别与内衬套外圆周表面贴合，在各相邻内凸台之间凹槽处的弹性环的内圆周表面与内衬套的外圆周表面之间形成的间隙为内油膜腔。所述内油膜腔与外油膜腔共同形成了该弹性环的油膜段。在各相邻的外凸台和内凸台之间均有直径为0.1～1mm的径向通油孔。
所述弹性环的端面上有两个轴向凸出的定位-拆卸齿。各所述定位-拆卸齿的宽度≤该油膜段圆弧长度的20％，并使该弹性环中的一个外凸台位于12点位置时，各定位-拆卸齿分别位于弹性环圆周的45°位置和225°位置。
所述外衬套上有该弹性环的供油油路和回油油路。所述供油油路包括环下供油油路和直喷供油油路，实验时选择环下供油油路或直喷供油油路。所述环下供油油路的环下供油孔位于该外衬套正上方的环下供油工作套筒上，为径向通孔；所述直喷供油油路的直喷供油孔有六个，位于该外衬套的直喷供油工作套筒的端面上，为轴向通孔。在所述外衬套的6点方向分别有第一回油孔和第二回油孔。
在该外衬套的直喷供油工作套筒和环下供油工作套筒的底表面上分别有一处用于收集润滑油的环形外集油槽。
所述第一回油孔位于该外衬套的直喷供油工作套筒上，为“L”形孔；该第一回油孔中心线的竖直段与该外衬套的中心线垂直；该第一回油孔中心线的水平段与该外衬套的中心线平行，且指向背离外衬套法兰的方向；在该第一回油孔的水平段上安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第一回油孔流出弹性环环腔；该第二回油孔位于该外衬套的环下供油工作套筒上，并使该第二回油孔的中心线与该外衬套的中心线垂直，在该第二回油孔上安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第二回油孔流出弹性环环腔。
所述内衬套与支架配合端为敞口，另一端的端面有端板。在该端板的中心有用于引线的通孔；在该端板上环绕所述通孔均布有多个轴向通孔。所述内衬套的内圆周表面上存在两处环形凸台，作为所述内衬套与支架的配合面；所述内衬套的外圆周表面为三级的阶梯状，其敞口一端为小外径段，该段的外直径比弹性环安装段的外直径小2～15mm，另一端为大外径段，该段的外直径比弹性环安装段的外直径大2～15mm。
所述内衬套大外径段靠近弹性环安装段的一侧处为矩形槽加工段，所述矩形槽加工段上有两个周向均匀分布的矩形槽，用于安装定位-拆卸齿。该矩形槽的宽度应比定位-拆卸齿的宽度大0.2～2mm，保证弹性环顺利拆卸，且不会影响弹性环的流场。所述内衬套与弹性环的配合面处，所述内衬套的内半径与外半径之间半径差≥8mm，以保证所述内衬套的刚度大于所述弹性环的刚度，并使该内衬套的刚度比弹性环的刚度大100倍以上。
所述鼠笼弹支中部的圆周上均布有多个轴向延伸的条形通孔，在该鼠笼弹支的两端形成了鼠笼弹支工作套筒，相邻两个条形通孔之间为该鼠笼弹支的笼条；所述条形通孔的数量为16～60个；各笼条的宽度均为2～6mm，厚度亦为2～6mm。所述鼠笼弹支的刚度ks与弹性环的刚度kt之间的关系满足0.1ks≤kt≤10ks。
所述内油膜腔与外油膜腔的径向尺寸和轴向尺寸均通过限制支架、鼠笼弹支、外衬套和内衬套的公差严格保证。所述弹性环环腔的轴向长度比弹性环轴向长度大0.05～0.2mm。
所述配重块的有多块；各配重块质量mp通过公式(1)确定。
mp＝[kz/(4π2f2)]-mw (1)
式(1)中，kz是振系的等效总刚度，该kz为鼠笼弹支的刚度ks与弹性环的刚度kt之和，取值范围为1×106～1×108N/m；f是振系自振频率，取值范围为0～fJ Hz，其中fJ为激振器的最大激振频率；mw是外衬套的质量。
在所述配重块的内圆周表面与外圆周表面分别均布有四个激振器安装面，并使分别位于内圆周表面的各激振器安装面与位于外圆周表面的各激振器安装面的位置相对应。在连接第一激振器和第二激振器时使各激振器的中心线正交。
弹性环的动力学特性包含刚度和阻尼两个方面。本发明中，配重块和外衬套可视为一等效质量，通过弹性环和鼠笼弹支支承于支架上，构成一振动系统(以下简称振系)。不安装弹性环时，通过测定施加于配重块上的载荷和配重块的位移，可得到鼠笼弹支的刚度；安装弹性环后，采用相同方法可测定鼠笼弹支与弹性环的组合刚度，根据刚度并联关系，可求得弹性环的刚度。通过弹性环供油前与供油后的振动对比实验，可分析出弹性环的油膜刚度和油膜阻尼特性。
本发明的激振装置包括信号发生器、功率放大器和激振器。信号源产生信号，通过功率放大器放大后，作为激振器的交流输入。激振器通过施力杆将激振力施加于配重块上。实验过程中，从相互垂直的两个方向上、利用两路信号激振配重块做平面运动，模拟弹性环油膜轴颈的运动情况，并利用相对运动的思想，将弹性环内衬套平面运动、外衬套不动的运动形式转化为内衬套不动，外衬套平面运动的运动形式，从而为激振和信号测试提供充足的空间。
本发明中，内衬套与外衬套所构成环腔的轴向长度略大于弹性环轴向长度，以防止弹性环在振动过程中出现与衬套轴向碰摩的现象。
现代航空发动机在其工作转速范围内可能存在多阶临界转速。为了更加全面地研究弹性环在航空发动机转子系统各阶临界转速处的动力学特性，本发明增加了配重块，用于调节振系的自振频率。在外衬套上安装不同质量的配重块时，振系的自振频率不同，从而可简单便捷地研究弹性环在不同工况下的动力学特性。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1.本发明保留了对弹性环存在接触和作用力的内衬套、外衬套两个部件，内衬套和外衬套均以支架作为径向定位和轴向定位的基准。可通过限制支架、鼠笼弹支和两个衬套的形位公差，以及支架与鼠笼弹支、鼠笼弹支与外衬套、支架与内衬套之间的配合公差，保证内衬套与外衬套所构成环腔的内表面和外表面之间的同心度和平行度，即保证弹性环油膜的径向尺寸和轴向尺寸。要求上述配合面的同心度均不超过0.01mm，圆柱度均不超过0.01mm，模拟弹性环存在微小静态偏心、轴向油膜厚度均匀的理想工作状态。而在EI期刊“弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性系数测试”(航空动力学报，2019,34(7)：1542-1550)中，内衬套和外衬套分别安装于两个支座上，进行径向定位和轴向定位的基准不同，内衬套与外衬套所构成环腔的内表面和外表面之间的同心度和平行度不明，即弹性环油膜的尺寸不明。
2.现代航空发动机在其工作转速范围可能存在多阶临界转速，在设计阶段必须掌握弹性环在各阶临界转速下的动力学特性。航空发动机的临界转速与本发明中的振系自振频率相对应。为模拟同一弹性环在不同阶自振频率下的动力学特性，本发明设计了配重块部件，用于改变振系质量，达到调节振系自振频率的目标。如图12所示，当外衬套不变时，振系自振频率随着配重块质量变化而变化，从而可以模拟弹性环在不同自振频率下的工作状态。
3.配重块通过小过盈圆柱面定位、螺栓连接的方式安装于外衬套上，所述配重块、所述外衬套与弹性环的轴向位置基本重合。激振力F沿径向施加于配重块上，经外衬套传递至弹性环安装位置，并在激振器施力点正对方向上测量和采集配重块的振动响应。施力点和响应测试点距离弹性环中心的轴向长度仅为7mm。如图11a所示，施力点和响应测试点越靠近弹性环中心，越能有效保证弹性环油膜的轴向间隙均匀，并准确采集弹性环轴向位置上振系的响应，便于弹性环的工况评估和与计算模型的验证。而若采用申请号为201811541594.1的发明创造中所述结构，通过承力叉将激振力施加于芯棒两端延伸轴体，会导致芯棒发生弯曲，使得挤压油膜阻尼器油膜轴向厚度不均，难以判断弹性环的实际工况；另外，由于支座、支承盖和浮动环的包裹，在激励过程中无法准确测试阻尼器所在位置处芯棒的振动响应。
4.本发明需要激振器输出周期信号，模拟弹性环受到发动机转子激励时的工作状态。传统的激振思路是，当激振器输出某一频率f1的周期信号时，增大激振器的输入功率，从而增大激振器输出力的幅值，进而增大振系振动的幅值。由于弹性环为非线性原件，随着偏心量增大，弹性环油膜的刚度和阻尼急剧增大，为克服上述阻力所需激振力很可能超出激振器的施力范围，仅靠提高激振器的输入功率获得大振动幅值的思路不可行。为模拟其在大偏心量条件下的工作状态，本发明设计了配重块部件，可通过设计配重块的质量，调节振系的幅频特性曲线至激振力频率f1附近，在其共振点附近进行激励和测试，从而可利用较小的激振力获得150μm的振动幅值，如图13所示。
5.航空发动机转子运行过程中，弹性环的内衬套做平面运动，外衬套固定不动。当采用这种运动形式时，由于内衬套受到弹性环、外衬套、支座等部件的包裹，会产生激振器施力空间狭小、传感器不便放置等问题。本发明借助相对运动的思想，将上述运动形式转化为外衬套平面运动、内衬套固定不动的运动形式，在不改变弹性环原有工作条件的情况下，为激振器施力、传感器测量提供了空间。
6.本发明在支架的鼠笼弹支连接法兰上预留了适用于不同尺寸的鼠笼弹支的安装接口，可用于匹配不同大小的弹性环。针对尺寸相近的弹性环开展变参数实验时，仅需拆装内衬套与支架之间的一处螺栓-法兰连接，即可更换弹性环和内衬套两个部件，拆装方便；弹性环的供油油路和回油油路均位于外衬套上，内衬套结构简单，加工方便；配重块对内衬套和弹性环不存在轴向阻挡，因此变参数实验过程中无需拆除激振装置。因此，拆装过程不会影响整套装置的配合基准和实验基准，从而保证每次实验条件的一致性。
本发明能够验证弹性环理论分析和数值模拟结果的准确性，总结结构参数和工作条件等因素对弹性环动力学特性的影响规律，便于进行变参数实验，使得大量的成本低廉且可重复性强的弹性环动力学特性测试实验成为可能，从而为弹性环的设计提供有力支撑。
附图说明
图1是弹性环安装状态的结构剖视图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是图2中的局部示意图；其中，图3a是图2中的A-A向视图，图3b是图2中弹性环、外衬套和内衬套三者配合局部示意图，图3c是图3a中定位-拆卸齿的结构示意图。
图4是激振状态的示意图。
图5是弹性环的结构示意图。
图6a是外衬套结构的示意图；其中，图6b是图6a的B-B向视图，图6c是图6a的C-C向视图。
图7a是内衬套的结构示意图，图7b是内衬套的剖视图。
图8是支架的结构示意图。
图9是鼠笼弹支的结构示意图。
图10是配重块的结构示意图。
图11是激振力的施加位置对弹性环油膜轴向厚度均匀性的影响示意图；其中，图11a是本发明的激振力施加位置示意图，图11b是申请号为201811541594.1的发明创造中公开的激振力施加位置示意图。
图12是本发明的配重块质量对振系自振频率的影响规律图。
图13是本发明的共振点激振原理示意图。
图中：1.弹性环；2.外衬套；3.内衬套；4.支座；5.支架；6.鼠笼弹支；7.配重块；8.第一激振器；9.第二激振器；11.通油孔；12.外凸台；13.内凸台；14.定位-拆卸齿；15.浮动环；21.环下供油孔；22.第一回油孔；23.第二回油孔；24.直喷供油孔；25.外集油槽；26.直喷供油工作套筒；27.环下供油工作套筒；28.外衬套法兰；29.支承座；31.密封槽；32.内集油槽；33.矩形槽；34.受力变形前的芯棒；35.受力变形后的芯棒；36.弹性环安装套筒；37.矩形槽加工套筒；51.支座连接法兰；52.鼠笼弹支连接法兰；53.内衬套安装法兰；54.支架工作套筒；61.鼠笼弹支工作套筒；62.鼠笼弹支安装法兰；63.笼条；71.配重块调频前的振系幅频特性曲线；72.配重块调频后的振系幅频特性曲线；81.激振器底座；101.内油膜腔；102.外油膜腔。
具体实施方式
本实施例是一种测试弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的实验装置，包括弹性环1、外衬套2、内衬套3、支座4、支架5、鼠笼弹支6和配重块7。其中：所述内衬套套装在支架5悬臂端端头处的内衬套安装法兰53上；所述外衬套通过鼠笼弹支6安装在支架5的鼠笼弹支连接法兰51上；在该外衬套2的内圆周表面与内衬套3的外圆周表面之间的间距形成了用于安装弹性环1的环形腔室；该环形腔室的径向距离与该弹性环1的厚度相匹配；支架5安装在支座4上。在所述配重块7的外圆周上安装有作为振动激励源的第一激振器8和第二激振器9。
所述弹性环1为金属环，其外圆周上均布有10个径向凸出的外凸台12，该弹性环的内圆周上均布有10个径向凸出的内凸台13，并使各所述内凸台分别位于各相邻外凸台的中间。在各相邻的外凸台和内凸台之间均有直径为0.5mm的径向的通油孔11。所述弹性环的端面上有两个轴向凸出的定位-拆卸齿14。所述弹性环各外凸台的顶表面分别与外衬套2内圆周表面贴合，在各相邻外凸台之间凹槽处的弹性环外圆周表面与外衬套的内圆周表面之间形成的间隙为外油膜腔102；所述各内凸台的顶表面分别与内衬套3外圆周表面贴合，在各相邻内凸台之间凹槽处的弹性环的内圆周表面与内衬套的外圆周表面之间形成的间隙为内油膜腔101。所述内油膜腔101与外油膜腔102共同形成了该弹性环的油膜段。
所述弹性环为支承部件，不发生转动。当振系振动时，外衬套2发生平面运动，弹性环变形，挤压油膜，为振动系统提供油膜刚度和油膜阻尼。
为限制弹性环1的周向转动和轴向窜动，在所述弹性环与内衬套3相接触的端面上有两个轴向凸出的定位-拆卸齿14；该定位-拆卸齿有两个功能：其一是用于弹性环1的定位，防止其发生周向转动和轴向窜动；其二是当需要更换弹性环时，用工装垫上铜片，抵在该定位-拆卸齿14的端面上，沿着弹性环轴向，向支座4所在方向轻轻敲出弹性环1，以免损坏弹性环的工作表面。各所述定位-拆卸齿14的宽度在保证强度要求的前提下，应小于等于该油膜段圆弧长度的20％，以免对弹性环1的流场造成较大影响。使弹性环中的一个外凸台位于12点位置时，各定位-拆卸齿分别位于弹性环圆周的45°方向和225°方向。
所述外衬套2上有该弹性环1的供油油路和回油油路。所述供油油路有两条：一条是环下供油油路，在该外衬套正上方的环下供油工作套筒27上有一处贯通的径向孔，该孔为环下供油孔21；在该环下供油孔上安装有连接有供油管的快插接头，使滑油沿该环下供油孔进入弹性环环腔内；另一条是直喷供油油路，在该外衬套的直喷供油工作套筒26上，远离外衬套法兰28的一侧端面上均布有六个轴向通孔，该通孔为直喷供油孔24；在该直喷供油孔上分别安装连接有供油管的快插接头，将滑油沿轴向喷入弹性环环腔内。实验时可分别选择环下供油或直喷供油方式，从而研究两种供油方式对弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的影响。当选择环下供油或直喷供油时，用堵头将所述直喷供油孔24或环下供油孔21封堵。
在所述外衬套的6点方向分别有第一回油孔22和第二回油孔23。所述第一回油孔22位于该外衬套的直喷供油工作套筒26上，为“L”形孔；该第一回油孔中心线的竖直段与该外衬套的中心线垂直；该第一回油孔中心线的水平段与该外衬套的中心线平行，且指向背离外衬套法兰28的方向；在该第一回油孔的水平段上安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第一回油孔流出弹性环环腔；该第二回油孔23位于该外衬套的环下供油工作套筒27上，并使该第二回油孔的中心线与该外衬套的中心线垂直，在该第二回油孔上应当安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第二回油孔流出弹性环环腔。通过所述第一回油孔和第二回油孔，利用重力或泵抽吸进行回油。
在该外衬套的直喷供油工作套筒26和环下供油工作套筒27的底表面上分别有一处环形的外集油槽25，用于收集渗漏的润滑油。
所述外衬套2与弹性环1的配合面处，所述外衬套的内半径与外半径之间半径差≥8mm，以保证所述外衬套的刚度大于所述弹性环的刚度，并使该外衬套的刚度比弹性环的刚度大100倍以上。本实施例中，所述外衬套的刚度为1.02×1010N/m，弹性环的刚度为7.41×106N/m。
所述内衬套3为壳体状，与支架5配合端为敞口，另一端的端面有端板。在该端板的中心有用于引线的通孔；在该端板上环绕所述通孔均布有多个轴向通孔。所述内衬套的内圆周表面上存在两处环形凸台，作为所述内衬套与支架5的配合面；所述内衬套的外圆周表面为三级的阶梯状，其敞口一端为小外径段，该段的外直径比弹性环安装段36的外直径小2～15mm，另一端为大外径段，该段的外直径比弹性环安装段36的外直径大2～15mm。在所述内衬套的小外径段与大外径段上分别有环形的密封槽31和内集油槽32；通过安装密封圈以减少滑油渗漏；通过内集油槽32收集渗漏的润滑油。实验时可选择安装或不安装密封圈，从而研究密封圈对弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的影响。
所述内衬套3上，在大外径段靠近弹性环安装段36的一侧处为矩形槽加工段37，所述矩形槽加工段上有两个周向均匀分布的矩形槽33，用于安装定位-拆卸齿14。该矩形槽33的宽度应比定位-拆卸齿14的宽度大0.2～2mm，保证弹性环1顺利拆卸，且不会影响弹性环1的流场。所述内衬套与弹性环1的配合面处，所述内衬套的内半径与外半径之间半径差≥8mm，以保证所述内衬套的刚度大于所述弹性环的刚度，并使该内衬套的刚度比弹性环的刚度大100倍以上。本实施例中，所述内衬套的刚度为3.18×1010N/m，弹性环的刚度为7.41×106N/m。
所述支架5为中空回转体，包括支架工作套筒54、支座连接法兰51、鼠笼弹支连接法兰52和内衬套安装法兰53。所述工作套筒54的外圆周表面为阶梯状；其中大外径端的端面有与所述支座4连接的支座连接法兰51，在该大外径段与小外径段衔接处有用于安装鼠笼弹支6的鼠笼弹支连接法兰52。所述内衬套安装法兰53位于该支架与所述内衬套配合端的端面。在该工作套筒大外径段的圆周上均布有4个用于引线的径向通孔。
所述鼠笼弹支6采用65Mn材料整体加工而成，包括鼠笼弹支工作套筒61和鼠笼弹支安装法兰62。该鼠笼弹支为筒状，并将该鼠笼弹支的中部加工有多个轴向延伸的条形通孔，在该鼠笼弹支的两端形成了鼠笼弹支工作套筒61，在其中部形成了多根笼条63。
由于测试时需利用刚度的并联关系，即：
kz＝kt+ks (2)
为避免较大的计算误差，在满足鼠笼弹支6强度要求的前提下，该鼠笼弹支刚度ks与弹性环刚度kt同量级。因此，鼠笼弹支的条形通孔个数为16～60，相邻两个所述条形通孔之间的工作套筒壳体为该鼠笼弹支的笼条63，所述笼条的宽度和厚度均为2～6mm。在该鼠笼弹支的两端端面分别有鼠笼弹支安装法兰62。
所述内油膜腔101与外油膜腔102的径向尺寸和轴向尺寸均通过限制支架5、鼠笼弹支6、外衬套2和内衬套3的公差严格保证。所述内衬套3与外衬套2所构成环腔的轴向长度应大于等于弹性环1轴向长度0.05～0.2mm，并在弹性环安装套筒36和矩形槽加工套筒37交界的端面底部加工相应大小的倒圆角，避免弹性环1在工作过程中与端面摩擦，并限制该弹性环在由外衬套2和内衬套3构成的环腔内的窜动。
所述配重块7为环状。该配重块的质量与振系支承刚度kz和振系自振频率f相关，为模拟不同工况，即不同振系自振频率条件下弹性环1的动力学特性，该配重块有多块，使用时通过更换不同配重块以满足不同工况下的实验；各配重块质量mp通过公式(1)确定。公式(1)中，kz是振系的等效总刚度，kz根据公式(2)计算得到，取值范围为1×106～1×108N/m；f是振系自振频率，取值范围为0～fJ Hz，其中fJ为激振器的最大激振频率；mw是外衬套的质量。在本实施例中，该外衬套的质量为11.13kg。
在所述配重块的内圆周表面与外圆周表面分别均布有四个激振器安装面，并使分别位于内圆周表面的各激振器安装面与位于外圆周表面的各激振器安装面的位置相对应。各所述激振器均用于激振测试，在激振器安装面上分别有用于连接激振器的径向通孔。所述激振器有两个，分别是第一激振器8和第二激振器9。在连接各所述激振器时，使各激振器的中心线正交。本实施例中，第一激振器8安装在所述配重块上9点方向的激振器安装面上，第二激振器9安装在6点方向的激振器安装面上。
若该配重块9点方向存在其他结构导致的空间遮挡时无法安装所述第一激振器时，则将该第一激振器安装在位于3点方向的激振器安装面上，使该第一激振器的中心线依然与位于6点方向的第二激振器的中心线正交；反之，若该配重块的6点方向存在其他结构导致的空间遮挡时无法安装所述第二激振器时，则将该第二激振器安装在位于12点方向的激振器安装面上，使该第二激振器的中心线依然与位于3点方向或9点的第一激振器的中心线正交。
所述第一激振器8和第二激振器9均采用现有技术。
本实施例中，当不安装弹性环1和内衬套3时，振系的质量支承在所述鼠笼弹支6上。在配重块7上施加不同大小的径向力。测量径向力加载过程中配重块7的径向位移，由此测定鼠笼弹支6的静刚度ks。安装弹性环1和内衬套3后，振系的质量同时支承于鼠笼弹支6和弹性环1上，采用相同方法，测定kz，从而通过公式(2)计算得到弹性环1的静刚度kt。
动态特性测试需借助激振器完成。第一激振器8第二激振器9沿正交方向激振配重块7，激励振系进行平面运动。通过设计第一激振器8第二激振器9输出信号的幅值、频率和相位，从而设计平面运动的轨迹，模拟弹性环1工作时的振动状态。保持第一激振器8与第二激振器9的输出信号不变，分别测试弹性环1供油和不供油条件下配重块7的振动响应，可对比分析弹性环1的动态特性。当第一激振器8第二激振器9的输出频率变化，即进行扫频实验时，采集两台激振器的输出力信号和配重块的响应信号，处理可得弹性环1的动态刚度特性。若扫频范围内存在振系的自振频率，可利用半功率法估计弹性环1的动态阻尼特性。另外，阻尼特性还能够通过定频实验测定。保持两台激振器的输出频率稳定，采集两台激振器的输出力信号和配重块的响应信号，计算力信号和响应信号之间的相位差，处理得到弹性环1在该工况下的阻尼比。
本发明结构简单，拆装方便，能够有效测定弹性环的动力学特性，便捷地进行变参数实验，操作简单可行，成本低廉，可靠性好，对于航空发动机的挤压油膜阻尼器计算、实验和设计具有重要意义。
Claims (10)
1.一种弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，包括弹性环(1)、外衬套(2)、内衬套(3)、支座(4)、支架(5)、鼠笼弹支(6)和配重块(7)；其中：所述内衬套套装在支架悬臂端端头处的法兰(53)上；所述外衬套通过鼠笼弹支安装在支架5的鼠笼弹支连接法兰(51)上；在该外衬套内圆周表面与内衬套外圆周表面之间的间距形成了用于安装弹性环(1)的环形腔室；该环形腔室的径向距离与该弹性环的厚度相匹配；支架(5)安装在支座(4)上；在所述配重块(7)的外圆周上安装有作为振动激励源的第一激振器(8)和第二激振器(9)。
2.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述弹性环(1)外圆周上均布有6～14个径向凸出的外凸台(12)，所述外凸台的个数为偶数；该弹性环的内圆周上均布有有6～14个径向凸出的内凸台(13)，所述内凸台的个数亦为偶数；使各所述内凸台分别位于各相邻外凸台的中间；
所述弹性环各外凸台的顶表面分别与外衬套(2)内圆周表面贴合；所述外衬套与弹性环配合面处，该外衬套的内半径与外半径之间的半径差≥8mm，并使该外衬套的刚度比该弹性环的刚度大100倍以上；
在各相邻外凸台之间凹槽处的弹性环外圆周表面与外衬套的内圆周表面之间形成的间隙为外油膜腔(102)；所述各内凸台的顶表面分别与内衬套(3)外圆周表面贴合，在各相邻内凸台之间凹槽处的弹性环的内圆周表面与内衬套的外圆周表面之间形成的间隙为内油膜腔(101)；所述内油膜腔与外油膜腔共同形成了该弹性环的油膜段；在各相邻的外凸台和内凸台之间均有直径为0.1～1mm的径向通油孔(11)。
3.如权利要求2所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述弹性环的端面上有两个轴向凸出的定位-拆卸齿14；各所述定位-拆卸齿14的宽度≤该油膜段圆弧长度的20％，并使该弹性环中的一个外凸台位于12点位置时，各定位-拆卸齿分别位于弹性环圆周的45°方向和225°位置。
4.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述外衬套(2)上有该弹性环(1)的供油油路和回油油路；所述供油油路包括环下供油油路和直喷供油油路，实验时选择环下供油油路或直喷供油油路；所述环下供油油路的环下供油孔(21)位于该外衬套正上方的环下供油工作套筒(27)上，为径向通孔；所述直喷供油油路的直喷供油孔(24)有六个，位于该外衬套的直喷供油工作套筒(26)的端面上，为轴向通孔；在所述外衬套的6点方向分别有第一回油孔22()和第二回油孔(23)；
在该外衬套的直喷供油工作套筒和环下供油工作套筒的底表面上分别有用于收集润滑油的环形外集油槽(25)。
5.如权利要求4所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述第一回油孔(22)位于该外衬套的直喷供油工作套筒(26)上，为“L”形孔；该第一回油孔中心线的竖直段与该外衬套的中心线垂直；该第一回油孔中心线的水平段与该外衬套的中心线平行，且指向背离外衬套法兰(28)的方向；在该第一回油孔的水平段上安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第一回油孔流出弹性环环腔；该第二回油孔(23)位于该外衬套的环下供油工作套筒(27)上，并使该第二回油孔的中心线与该外衬套的中心线垂直，在该第二回油孔上安装连接有回油管的快插接头，使得滑油沿该第二回油孔流出弹性环环腔；
所述弹性环环腔的轴向长度比弹性环(1)轴向长度大0.05～0.2mm。
6.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述内衬套(3)与支架(5)配合端为敞口，另一端的端面有端板；在该端板的中心有用于引线的通孔；在该端板上环绕所述通孔均布有多个轴向通孔；所述内衬套的内圆周表面上存在两处环形凸台，作为所述内衬套与支架的配合面；所述内衬套的外圆周表面为三级的阶梯状，其敞口一端为小外径段，该段的外直径比弹性环安装段36的外直径小2～15mm，另一端为大外径段，该段的外直径比弹性环安装(36)的外直径大2～15mm。
7.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述内衬套(3)大外径段靠近弹性环安装段(36)的一侧处为矩形槽加工段(37)，所述矩形槽加工段上有两个周向均匀分布的矩形槽(33)，用于安装定位-拆卸齿(14)；该矩形槽的宽度应比定位-拆卸齿14的宽度大0.2～2mm；所述内衬套与弹性环1的配合面处，该内衬套的内半径与外半径之间半径差≥8mm，并使该内衬套的刚度比弹性环的刚度大100倍以上。
8.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述鼠笼弹支(6)中部的圆周上均布有多个轴向延伸的条形通孔，在该鼠笼弹支的两端形成了鼠笼弹支工作套筒(61)，相邻两个条形通孔之间该鼠笼弹支的笼条(63)；所述条形通孔的数量为16～60个；各笼条的宽度均为2～6mm，厚度亦为2～6mm；所述鼠笼弹支的刚度ks与弹性环的刚度kt之间的关系满足0.1ks≤kt≤10ks。
9.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，所述配重块的有多块；各配重块质量mp通过公式(1)确定；
mp＝[k总/(4π2f2)]-mw (1)
式(1)中，kz是振系的等效总刚度，该kz为鼠笼弹支的刚度ks与弹性环的刚度kt之和，取值范围为1×106～1×；mw是外衬套的质量。
10.如权利要求1所述弹性环式挤压油膜阻尼器动力学特性的测试装置，其特征在于，在所述配重块的内圆周表面与外圆周表面分别均布有四个激振器安装面，并使分别位于内圆周表面的各激振器安装面与位于外圆周表面的各激振器安装面的位置相对应；在连接第一激振器(8)和第二激振器(9)时使各激振器的中心线正交。
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