CN211951293U - 一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器，套设于轴承外部，包括弹性支承，轴承外部设有轴承座，弹性支承头部为阻尼器内圈，轴承座为阻尼器外圈，轴承内套装有转子，阻尼器外圈和阻尼器内圈间隙配合，间隙为油膜间隙，阻尼器外圈设有供油槽，供油槽开设有供油孔，供油孔设于油膜间隙上方，阻尼器外圈端部周向设有篦齿或凹槽，阻尼器内圈端部周向开有凹槽或篦齿，凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，阻尼器篦齿或与阻尼器材料环相对应设置。该阻尼器结构简单，密封效果好，通过控制塑性材料环的特定厚度，实现阻尼器油膜刚度的线性变化。

Description

一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器

技术领域：

本实用新型属于阻尼器设计技术领域，具体涉及一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器。

背景技术：

由压气机和涡轮组成的转子系统是航空发动机的核心，对发动机性能起着至关重要的作用。但转子系统结构复杂、工作条件恶劣、承受多种载荷，这种工况下，振动问题十分突出，对发动机性能产生严重影响。因此，减小转子系统振动能够极大地改善发动机性能。

挤压油膜阻尼器作为一种能够有效减小转子系统振动的结构在航空发动机上已应用多年。它是将原来轴承座和轴承外圈的紧配合改为间隙配合，并用滑油充满间隙，形成环形油膜，通过挤压油膜来减小振动。

挤压油膜阻尼器的基本工作原理是转子由于不平衡力的作用，对油膜进行挤压，油膜产生反作用力，吸收一部分振动能量，降低传给支承的振动，从而达到减振效果。

挤压油膜阻尼器根据端部是否有封油装置分为开式和闭式两种。

开式挤压油膜阻尼器结构示意图如图1所示，结构简单，工作可靠，在航空发动机上获得了广泛的应用。但是开式挤压油膜阻尼器的缺点也很明显：

1)阻尼器端部缺少密封，两端压力与大气压力相同，小于阻尼器中间挤压压力，轴向压力梯度从中间向两端减小，两端滑油挤压不充分，油膜阻尼难以达到设计要求；

2)开式阻尼器的两端直接暴露于大气中，油膜受轴颈挤压的一侧压力升高，另一侧压力减小。当该压力减小到小于大气压时，空气由于压力差被吸入，油膜有效挤压面积减小，阻尼减小，减振效果变差。这种现象几乎是无法避免的，且随着转子振幅和转速的增加而加重，油膜阻尼大幅下降，甚至提供不了足够的阻尼。

闭式挤压油膜阻尼器结构示意图如图2所示，在两端增加了活塞环等密封件，滑油泄漏量减小，油膜阻尼提高，空气吸入减少，相比于开式阻尼器可以获得更大的阻尼。但闭式阻尼器也存在缺点：

1)密封件的使用使得闭式阻尼器的结构比开式阻尼器复杂，闭式阻尼器的设计和制造难度大，工作状态也不如开式阻尼器稳定；

2)闭式阻尼器的两端会留出一段距离再开槽以装配密封件，该小段距离的油膜无法如中间油膜一样被充分挤压，油膜的轴向长度没有得到充分利用。

综上所述，在阻尼器两端增加密封结构可以有效减少空气吸入等开式阻尼器存在的问题，将密封结构和阻尼器做成一体并置于两端可以增加阻尼器的稳定性，获得更大的有效挤压面积。同时，密封结构将阻尼器偏心率(动偏心距/油膜间隙)限制在0.4以内，油膜刚度近似为线性变化，有利于转子稳定。

实用新型内容：

本实用新型的目的是克服上述开式挤压油膜阻尼器和闭式挤压油膜阻尼器存在的不足，提出了一种在阻尼器两端增加篦齿密封结构的挤压油膜阻尼器，该阻尼器在开式挤压油膜阻尼器的基础上，在外圈(或内圈)两端增加一圈篦齿结构，篦齿对应的内圈(或外圈)区域相应地增加一圈塑性材料环或易磨材料环。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器，套设于轴承外部，包括弹性支承，所述的轴承外部设有轴承座，所述的弹性支承头部为阻尼器内圈，所述的轴承座为阻尼器外圈，所述的轴承内套装有转子，所述的阻尼器外圈和阻尼器内圈间隙配合，所述的间隙为油膜间隙，所述的阻尼器外圈设有供油槽，所述供油槽开设有供油孔，所述的供油孔设于油膜间隙上方，其中：阻尼器篦齿密封采用以下方式中的一种：

(一)所述阻尼器外圈端部周向设有篦齿，所述的阻尼器内圈端部周向开有凹槽，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部篦齿与阻尼器内圈材料环相对应设置；

(二)所述阻尼器外圈端部周向开有凹槽，所述的阻尼器内圈端部周向设有篦齿，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部材料环与阻尼器内圈篦齿相对应设置。

所述的弹性支承件与转子通过轴承同心安装。

所述的滑油为ISO VG2，形成油膜。

所述阻尼器外圈或内圈开设的凹槽深度对应于塑性材料环或易磨材料环的厚度。

所述的篦齿底部与油膜间隙底部水平，所述的篦齿顶部高度略小于油膜间隙。

所述的塑性材料环或易磨材料环纵向厚度根据发动机所受最大不平衡力进行合理设计，且≤0.4倍油膜间隙。

所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器在工作过程中，转子高速转动，篦齿挤压塑性材料环或易磨材料环，当为塑性材料环时，塑性材料环变形，在塑性材料环表面形成齿形凹槽后，与篦齿形成更加紧密的配合关系，加强密封效果。当为易磨材料环时，与篦齿接触磨损后，在环上留下磨损凹槽，加强密封能力。

所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器在工作过程中，通过控制塑性材料环或易磨材料环厚度≤0.4倍油膜间隙，实现偏心率≤0.4，偏心率＝动偏心距/油膜间隙。

本实用新型既有开式挤压油膜阻尼器一体化的稳定工作状态和相对简单的设计，又有闭式阻尼器空气吸入少，滑油挤压充分的特点。

本实用新型的有益效果：

(1)结构简单，在开式挤压油膜阻尼器的基础上增加篦齿和塑性材料环(或易磨材料环)，不需要闭式阻尼器的密封结构，便于装配；

(2)减振效果好，由于在阻尼器两端增加了篦齿密封结构，空气吸入减少，与开式阻尼器相比油膜阻尼有所提高；

(3)油膜挤压充分，两端的篦齿结构阻碍了滑油从两端流出，减少了泄漏量，油膜能够得到充分挤压；

(4)轴向长度利用充分，不同于闭式阻尼器由于装配的原因需要舍弃两端的一部分轴向长度，篦齿和材料环就位于两端，最大程度地利用轴向长度，增加挤压面积；

(5)密封强化，塑性材料环(或易磨材料环)由于篦齿的碰撞发生变形(或磨损)，形成小凹槽，与篦齿形成互补结构，加强了密封效果；

(6)通过控制塑性材料环(或易磨材料环)的厚度，将阻尼器的工作范围限制在0.4倍油膜间隙内，保持阻尼器油膜刚度线性变化。

附图说明：

图1为现有技术中的开式挤压油膜阻尼器结构示意图；

图2为现有技术中的闭式挤压油膜阻尼器结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中的篦齿密封式挤压油膜阻尼器结构示意图；

图4为本实用新型实施例1中图3的I部局部结构示意图，其中：

1-弹性支承，2-阻尼器外圈，3-转子，4-阻尼器内圈，5-供油槽，6-油膜，7-供油孔，8-篦齿，9-塑性材料环。

具体实施方式：

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

为了便于清楚理解本实用新型，下面给出材料环为塑性材料的具体实施例并对本实用新型做出进一步详细说明。

一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器，弹性支承套设于轴承外部，所述的轴承外部设有轴承座，所述的弹性支承头部为阻尼器内圈，所述的轴承座为阻尼器外圈，所述的轴承内套装有转子，所述的阻尼器外圈和阻尼器内圈间隙配合，所述的间隙为油膜间隙，所述的阻尼器外圈设有供油槽，所述供油槽开设有供油孔，所述的供油孔设于油膜间隙上方，其中：阻尼器篦齿密封采用以下方式中的一种：

(一)所述阻尼器外圈端部周向设有篦齿，所述的阻尼器内圈端部周向开有凹槽，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部篦齿与阻尼器内圈材料环相对应设置；

(二)所述阻尼器外圈端部周向开有凹槽，所述的阻尼器内圈端部周向设有篦齿，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部材料环与阻尼器内圈篦齿相对应设置。

所述的弹性支承件与转子通过轴承同心安装。

所述的滑油为ISO VG2，形成油膜。

所述阻尼器外圈或内圈开设的凹槽深度对应于塑性材料环或易磨材料环的厚度。

所述的篦齿底部与油膜间隙底部水平，所述的篦齿顶部高度略小于油膜间隙。

所述的塑性材料环或易磨材料环纵向厚度根据发动机所受最大不平衡力进行合理设计，且≤0.4倍油膜间隙。

所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器在工作过程中，转子高速转动，篦齿挤压塑性材料环或易磨材料环，当为塑性材料环时，塑性材料环变形，在塑性材料环表面形成齿形凹槽后，与篦齿形成更加紧密的配合关系，加强密封效果。当为易磨材料环时，与篦齿接触磨损后，在环上留下磨损凹槽，加强密封能力。

所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器在工作过程中，通过控制塑性材料环或易磨材料环厚度≤0.4倍油膜间隙，实现偏心率≤0.4，偏心率＝动偏心距/油膜间隙。

实施例1

一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器，其结构示意图如图3所示，弹性支承1与转子3通过轴承同心安装，弹性支承1的头部作为阻尼器内圈4，轴承座作为阻尼器外圈2，二者间隙配合并利用供油孔7和供油槽5向该间隙注满滑油，形成油膜6。I部局部结构示意图如图4所示，在阻尼器外圈2端部增加篦齿8，对应的阻尼器内圈4端部开一道槽并安装一圈塑性材料环9，篦齿8和塑性材料环9构成端部密封结构。

在对本实施例进行具体加工时，阻尼器外圈2的两端加工出高度略小于油膜间隙、方向向下的篦齿8，篦齿8与阻尼器内圈4形成间隙配合以方便装配。阻尼器内圈4的两端分别加工出等于篦齿轴向宽度的槽，槽的深度根据发动机所受最大不平衡力进行合理设计，且不应大于0.4倍油膜间隙。在该槽上安装一圈槽深厚度的塑性材料环9，保证塑性材料环9的上表面和阻尼器内圈4的表面处于同一高度，篦齿8和塑性材料环9也保持间隙配合。阻尼器内圈4、阻尼器外圈2、篦齿8、塑性材料环9共同构成了近似封闭的环形间隙，在该间隙内注入滑油形成油膜5。

当转子3受到不平衡力发生振动时，篦齿8与塑性材料环9接触碰撞，塑性材料环9发生微小形变。由于发动机的高转速，篦齿8与塑性材料环9的接触会发生成千上万次，每一次发生的细微变形叠加在一起，最终会在塑性材料环9上形成小槽。小槽是由篦齿8产生的，它们的形状就是篦齿8的形状，深度就是转子3受到最大不平衡力时篦齿8所能到达的最大深度。当篦齿8再次和塑性材料环9发生接触时，篦齿8下降到对应的槽内(不一定达到最底部)，阻尼器端部的径向间隙减小，进一步阻碍了滑油向外泄露。换句话说，塑性材料环9的变形不仅没有削弱密封效果，反而是对其进行了加强。阻尼器的滑油泄漏量减少，油膜压力得到提高，阻尼器阻尼增加，减振能力提高。此外，由于塑性材料环的厚度不大于0.4倍油膜间隙，即阻尼器的工作范围在0.4倍油膜间隙以内，油膜刚度在该范围内线性变化，有利于转子系统稳定。

Claims (5)

1.一种篦齿密封式挤压油膜阻尼器，套设于轴承外部，其特征在于，包括弹性支承，所述的轴承外部设有轴承座，所述的弹性支承头部为阻尼器内圈，所述的轴承座为阻尼器外圈，所述的轴承内套装有转子，所述的阻尼器外圈和阻尼器内圈间隙配合，所述的间隙为油膜间隙，所述的阻尼器外圈设有供油槽，所述供油槽开设有供油孔，所述的供油孔设于油膜间隙上方，其中：阻尼器篦齿密封采用以下方式中的一种：所述阻尼器外圈端部周向设有篦齿，所述的阻尼器内圈端部周向开有凹槽，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部篦齿与阻尼器内圈材料环相对应设置；或所述阻尼器外圈端部周向开有凹槽，所述的阻尼器内圈端部周向设有篦齿，所述凹槽内设有塑性材料环或易磨材料环，所述的阻尼器外圈端部材料环与阻尼器内圈篦齿相对应设置。

2.根据权利要求1所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述的弹性支承件与转子通过轴承同心安装。

3.根据权利要求1所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述阻尼器外圈或内圈开设的凹槽深度对应于塑性材料环或易磨材料环的厚度。

4.根据权利要求1所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述的篦齿底部与油膜间隙底部水平，所述的篦齿顶部高度小于油膜间隙。

5.根据权利要求1所述的篦齿密封式挤压油膜阻尼器，其特征在于，所述的塑性材料环或易磨材料环纵向厚度≤0.4倍油膜间隙，偏心率≤0.4。

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