CN114810908A - 自传感式磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自传感式磁流变阻尼器，包括壳体，阻尼器支架，阻尼器支架上设置有均匀分布的励磁线圈，阻尼器支架外表面设置有周向凹槽以及与周向凹槽相连接的均布布置的进油孔；阻尼器支架内部设置有油膜支承环，油膜支承环外表面有均匀分布的外凸台，并与阻尼器支架内表面接触，从而形成多个油膜腔，油膜支承环内表面有均布分布的内凸台，内凸台嵌入到轴承支承环中，在相邻的内凸台之间设置有均匀分布的压电片。本发明通过在支承环中设置压电片可实现旋转机械振动的能量采集及无源状态监测，并为旋转机械提供矢量油膜力，实现旋转机械在全转速范围内的半主动闭环控制，极大地提高了磁流变阻尼器的减振性能和可靠性。

Description

自传感式磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及旋转机械振动与控制领域，更具体地，涉及一种自传感式磁流变阻尼器。

背景技术

为了达到更高推重比，新型航空发动机在设计和制造上采用了大量新结构，如整体叶盘及整体叶环，以及大量新型材料。这些新技术的应用一方面降低了航空发动机旋转部件的自重和刚度，使得转子变得更加柔性，对参数变化更加敏感；另一方面新一代航空发动机工作转速往往更高，工况更加复杂，这对其振动水平和可靠性提出了更高要求。

主动控制技术是解决高推重比航空发动机振动问题的有效途径。但由于柔性转子系统固有动力学特性，超临界转速下增加阻尼反而会增大转子系统的振动幅值，恶化减振效果。而现代航空发动机转子系统通常工作在一阶甚至更高阶临界转速以上，使得目前的主被动阻尼减振装置主要用于辅助转子系统安全通过临界转速，而不能实现工作状态下的振动控制。此外，航空发动机系统集成度高，部件振动经过复杂的路径传递到布置振动测点的机匣上，振动信号间存在非线性交叉耦合传递特性，主动控制无法直接获取有效的振动反馈信号。

因此，为了解决上述问题，亟需提出一种新的技术手段以实现自传感和自适应控制的磁流变阻尼器。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种自传感式磁流变阻尼器，能够实现转子系统振动的无源监测及其在全转速范围内的振动控制。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种自传感式磁流变阻尼器，包括：

壳体，具有圆形内表面，所述壳体上开设有供油孔1；

阻尼器支架8，为环形同轴设置在所述圆形内表面内，在所述阻尼器支架8外表面沿周向设置有环形外凹槽16，所述环形外凹槽与所述供油孔连通，在所述阻尼器支架上沿周向分布有多个进油孔9，所述进油孔与所述环形外凹槽连通且延伸至油膜腔；

油膜支承环10，为环形同轴设置在阻尼器支架8内，所述油膜支承环10外表面设置有沿周向分布的多个外凸台17，所述外凸台17与阻尼器支架8内表面接触，将阻尼器支架8内表面与油膜支承环外表面之间的环形空间划分为多个油膜腔，油膜支承环10内表面设置有多个内凸台18，所述内凸台18嵌入到轴承支承环20的连接凹槽中；

轴承支承环20，所述轴承支承环的外表面沿周向分布有多个连接凹槽，所述轴承支承环20内侧用于与轴承同轴连接；

励磁线圈3，多个励磁线圈沿周向设置在所述阻尼器支架上；

压电片19，多个压电片设置在所述油膜支承环10的内凸台18之间。

可选地，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体扣合形成圆形内表面，所述上壳体上开设有供油孔1。

可选地，在所述圆形内表面内设置有环形内凹槽，所述阻尼器支架8同轴嵌入在所述环形内凹槽内。

可选地，还设置有隔磁片，所述隔磁片沿径向嵌入在所述外凸台接触的阻尼器支架处。

可选地，所述阻尼器支架包括同轴的内环体和外环体，在内环体的外周开设有多个T型槽，所述外环体的内侧沿径向延伸出多个连接体，所述连接体的内端可拆卸的沿轴向插入在对应的T型槽内将所述外环体与所述内环体连接为一体，所述励磁线圈安装在所述连接体上。

可选地，所述内凸台和所述外凸台沿周向交替分布。

可选地，所述轴承支承环20的轴向两端面设置有侧面环形凹槽，所述侧面环形凹槽安装有密封圈，并通过密封端盖5固定。

可选地，所述密封端盖5设置有与油膜腔贯穿的出油孔。

可选地，在各连接体之间还设置有从外环体内侧延伸出的连接筋，所述连接筋的内侧与所述外凸台17接触，对应每个外凸台设置有一对T型隔磁片，所述一对T型隔磁片可拆卸的沿轴向嵌入在所述外凸台的周向两侧的内环体与连接筋之间。

可选地，通过端盖固定螺栓旋入阻尼器支架上的螺栓孔，将密封端盖与阻尼器支架固定连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)通过在油膜支承环内表面设置附加压电片，形成压电能量采集器，可感知转子振动状态并通过自功能实现无线传输，有效的解决了旋转机械由于转子与定子物理上的不可交互性、巨大离心效应以及结构紧凑等带来的无法布置传感器直接获取振动状态问题，是使磁流变阻尼器从原理验证阶段走向实际应用的一个关键技术突破。

(2)内环体通过T型槽嵌入到外环体上构成阻尼器支架，容易拆卸更换，极大的提高了线圈的安装和更换；

(3)油膜支承环通过内凸台和外凸台嵌入到阻尼器支架和轴承支承环中，容易拆卸更换，可以通过更换不同的油膜支承环来调整油膜间隙，极大的提高了油膜间隙的动态范围调整。

(4)设置有隔磁片，隔磁片通过嵌入式安装，容易拆卸更换，可以通过更换隔磁片来调整油膜作用区域，极大的提高了油膜作用区的动态范围调整。

(5)线圈设置在油膜区域外的阻尼器支架上，实现了线圈与磁流变液的完全隔离，避免了两者之间的相互作用，极大的提高了阻尼器的性能。此外，线圈设置在静态的阻尼器支架上，不跟随转子涡动，避免了线圈的惯性效应和及其对阻尼器减振性能的影响，并极大的提高了线圈的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的自传感式磁流变阻尼器的结构示意图；

图2是本发明实施例的自传感式磁流变阻尼器的主视结构示意图；

图3是图2的A-A面的剖视图；

图4是图2的B-B面的剖视图；

图5是本发明实施例的阻尼器的结构示意图；

图6是本发明实施例的油膜支承环的结构示意图。

附图标记：1-供油孔，2-上壳体，3-励磁线圈，4-壳体连接螺栓，5-密封端盖，6-端盖固定螺栓，7-下壳体，8-阻尼器支架，9-进油孔，10-油膜支承环，11-O型密封圈，13-出油孔，15-隔磁片，16-环形外凹槽，17-外凸台，18-内凸台，19-压电片，20-轴承支承环，81-螺栓孔，82-外环体，83-内环体，84-连接体，85-连接筋。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，自传感式磁流变阻尼器包括可相互扣合形成圆环状的上壳体2和下壳体7，例如上壳体2和下壳体7都为半圆形，且在其边缘延伸出安装耳板，通过壳体连接螺栓4穿过安装耳板上的螺栓孔，将上壳体2和下壳体7固定扣合在一起，在壳体内安装有阻尼器，所述上壳体2上部开设有供油孔1。此处的上壳体2和下壳体7只是示例性的，本发明并不限制壳体是否是分体式，也可以是一体的壳体。

下面结合图3至图6来说明阻尼器的结构，如图3、图4所示，所述上壳体2和下壳体7之间同轴固定有环形的阻尼器支架8，所述阻尼器支架8的外表面上开设有周向的环形外凹槽16，并且，还沿周向均匀分布有向径向延伸的进油孔9，所述进油孔9与环形外凹槽16连通，且其一直延伸穿透阻尼器支架8。并且优选地，进油孔9设置在环形外凹槽16内。当然进油孔9也可以不是径向延伸的，例如也可以是倾斜延伸的，只要其能够延伸连通至环形外凹槽16即可。

如图5所示，阻尼器支架8可以为框架式，其可以包括外环体82和内环体83，其中，外环体82为整体圆环状，内环体83为拼接圆环状。在外环体82和内环体83之间周向均匀连接有多个连接体84，可以在连接体84上设置励磁线圈3。励磁线圈3沿周向均匀布置，如图5中具有6个连接体，且每个连接体上都设置有励磁线圈3，即设置有6个励磁线圈。

可以在内环体的外周开设有多个T型槽，所述外环体的内侧沿径向延伸出多个连接体，所述连接体的内端可拆卸的沿轴向插入在对应的T型槽内，将所述外环体与所述内环体连接为一体，所述励磁线圈安装在所述连接体上。

在所述阻尼器支架8内同轴设置有油膜支承环10，所述油膜支承环10外表面设置有沿周向均布分布的多个外凸台17，各外凸台17与阻尼器支架8内侧接触，从而将阻尼器支架8内侧与油膜支承环10外侧之间的环形空间均匀分隔为多个油膜腔，而磁流变液可以通过供油孔1进入到环形外凹槽16，经环形外凹槽16分配给各进油孔9，经进油孔9进入到各油膜腔。所述磁流变液是指在外部无磁场时呈现低粘度的牛顿流体特性。在外加磁场时呈现为高粘度、低流动性的宾汉流体。

所述油膜支承环10内表面设置有沿周向均匀分布的内凸台18，内凸台18嵌入到同轴的轴承支承环20的凹槽中，从而限制轴承支承环20的旋转运动。轴承支承环20的内侧可以与轴承形成同轴连接。并且优选地，内凸台18、外凸台17在周向交错布置。

如图6所示，在所述油膜支承环10的内凸台18之间均匀设置有压电片19，可以通过粘贴的方式固定。压电片19可以通过线缆与外部的监测系统连接，用以传输电信号，不过也可以采用无线传输的方式，例如电磁波。

本实施例的自传感式磁流变阻尼器的工作原理是：磁流变液通过供油孔1进入到阻尼器支架8的环形外凹槽16中，并通过阻尼器支架8上与环形外凹槽16相连的进油孔9进入到各油膜腔中；阻尼器支架8上均匀布置的励磁线圈通电后可产生垂直通过相应油膜腔的磁场(即径向的磁场)，改变通过各励磁线圈的电流可改变各油膜腔中磁流变液的屈服应力，进而调整磁流变阻尼器输出油膜力的大小和方向。旋转构件运转时，转子涡动通过轴承支承环20传递到油膜支承环10上，使油膜支承环10发生变形进而挤压油膜腔内的磁流变液产生阻尼力，同时油膜支承环10变形会导致粘贴在其内表面的压电片19产生变形，而压电片19可以将振动能量转化为电能，并从而传输给外部的监测系统，从而实现旋转构件振动的无源监测。并可以根据监测的数据调整油膜力，以减少转子振动情况。

进一步地，在所述阻尼器支架8沿周向还均匀分布有多对隔磁片15，一对隔磁片15安装在一个外凸台17的周向两侧。隔磁片15可以改变磁路走向，迫使励磁线圈产生的磁场能够垂直穿过油膜间隙内的磁流变液。更进一步的，可以从外环体82内侧沿径向延伸出多个连接筋85，所述连接筋85将内环体分割开，所述连接筋85的内侧与所述外凸台17接触，对应每个外凸台设置有一对T型隔磁片，所述一对T型隔磁片可拆卸的嵌入在所述外凸台的周向两侧的内环体与连接筋之间，从而形成拼接圆环状。T型隔磁片的底边与外凸台17以及油膜支承环10的外侧接触，其立边嵌入在连接筋85的周向两侧，从而还限制阻尼器支架8的旋转运动。

进一步地，所述轴承支承环20的两侧面都开设有环形外凹槽，在环形外凹槽内可以安装O型密封圈11，并通过密封端盖5压紧，通过端盖固定螺栓6旋入阻尼器支架8上的螺栓孔81内，可以将密封端盖5与阻尼器支架8固连，从而限制轴承支承环和弹性支承环的轴向移动。

进一步地，在两侧的密封端盖5上都开设有出油孔13，出油孔13与油膜腔连通。

以上的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自传感式磁流变阻尼器，其特征是，包括：

壳体，具有圆形内表面，所述壳体上开设有供油孔(1)；

阻尼器支架(8)，为环形同轴设置在所述圆形内表面内，在所述阻尼器支架(8)外表面沿周向设置有环形外凹槽(16)，所述环形外凹槽与所述供油孔连通，在所述阻尼器支架上沿周向分布有多个进油孔(9)，所述进油孔与所述环形外凹槽连通且延伸至油膜腔；

油膜支承环(10)，为环形同轴设置在阻尼器支架(8)内，所述油膜支承环(10)外表面设置有沿周向分布的多个外凸台(17)，所述外凸台(17)与阻尼器支架(8)内表面接触，将阻尼器支架(8)内表面与油膜支承环外表面之间的环形空间划分为多个油膜腔，油膜支承环(10)内表面设置有多个内凸台(18)，所述内凸台(18)嵌入到轴承支承环(20)的连接凹槽中；

轴承支承环(20)，所述轴承支承环的外表面沿周向分布有多个连接凹槽，所述轴承支承环(20)内侧用于与轴承同轴连接；

励磁线圈(3)，多个励磁线圈沿周向设置在所述阻尼器支架上；

压电片(19)，多个压电片设置在所述油膜支承环(10)的内凸台(18)之间。

2.根据权利要求1所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体扣合形成圆形内表面，所述上壳体上开设有供油孔(1)。

3.根据权利要求1或2所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，在所述圆形内表面内设置有环形内凹槽，所述阻尼器支架(8)同轴嵌入在所述环形内凹槽内。

4.根据权利要求1或2所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，还设置有隔磁片，所述隔磁片沿径向嵌入在所述外凸台接触的阻尼器支架处。

5.根据权利要求1或2所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，所述阻尼器支架包括同轴的内环体和外环体，在内环体的外周开设有多个T型槽，所述外环体的内侧沿径向延伸出多个连接体，所述连接体的内端可拆卸的沿轴向插入在对应的T型槽内将所述外环体与所述内环体连接为一体，所述励磁线圈安装在所述连接体上。

6.根据权利要求1或2所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，所述内凸台和所述外凸台沿周向交替分布。

7.根据权利要求1或2所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，所述轴承支承环(20)的轴向两端面设置有侧面环形凹槽，所述侧面环形凹槽安装有密封圈，并通过密封端盖(5)固定。

8.根据权利要求7所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，所述密封端盖(5)设置有与油膜腔贯穿的出油孔。

9.根据权利要求4所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，在各连接体之间还设置有从外环体内侧延伸出的连接筋，所述连接筋的内侧与所述外凸台(17)接触，对应每个外凸台设置有一对T型隔磁片，所述一对T型隔磁片可拆卸的沿轴向嵌入在所述外凸台的周向两侧的内环体与连接筋之间。

10.根据权利要求7所述的自传感式磁流变阻尼器，其特征是，通过端盖固定螺栓旋入阻尼器支架上的螺栓孔，将密封端盖与阻尼器支架固定连接。

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