專利名稱：帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于高速旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的減振裝置，具體地說，是指一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器。
背景技術：
高性能、高可靠性的航空發(fā)動機等高速旋轉(zhuǎn)機械的研制要求轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有優(yōu)良的阻尼減振器，以確保轉(zhuǎn)子系統(tǒng)接近臨界轉(zhuǎn)速和通過多階臨界轉(zhuǎn)速的振動得到有效的控制。擠壓油膜阻尼器(squeeze film damper，SFD)因結構簡單、體積小、重量輕、成本低廉、減振效果顯著等優(yōu)點，已廣泛應用于航空發(fā)動機等高速旋轉(zhuǎn)機械中。但SFD是非線性阻尼器，在高轉(zhuǎn)速和較大不平衡量時，其油膜剛度隨軸頸偏心率的增大而呈高度非線性增長，很容易產(chǎn)生“雙穩(wěn)態(tài)跳躍”和“鎖死”等嚴重的有害現(xiàn)象，進而使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生振動過大甚至碰摩、疲勞故障。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器。即在原來SFD的油膜軸頸和軸承座之間串聯(lián)具有彈性的金屬橡膠組件。這樣在軸頸偏心率增大，油膜力增大時，油膜環(huán)在油膜力作用下移動，擠壓金屬橡膠組件變形，從而使油膜厚度相對增大，油膜力減小，這樣油膜剛度不會隨軸頸偏心率的增大而呈高度非線性增長。
本實用新型的一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，該阻尼器作為旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彈性支承，其彈性支承包括軸、軸承、鼠籠彈支、軸承座，軸和軸承軸動連接，鼠籠彈支安裝在軸承座的非軸承端，鼠籠彈支與軸承配合端的外表面即油膜軸頸，其擠壓油膜阻尼器包括有金屬橡膠組件，金屬橡膠組件安裝在油膜軸頸與軸承座之間的軸承端；金屬橡膠組件由內(nèi)環(huán)、內(nèi)環(huán)端蓋、金屬橡膠套環(huán)、外環(huán)、外環(huán)端蓋、內(nèi)環(huán)墊環(huán)和外環(huán)墊環(huán)組成，金屬橡膠套環(huán)被夾裝在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，形成過盈配合，內(nèi)環(huán)端蓋和內(nèi)環(huán)墊環(huán)安裝在內(nèi)環(huán)的端面上，外環(huán)端蓋和外環(huán)墊環(huán)安裝在外環(huán)的端面上，內(nèi)環(huán)與油膜軸頸之間形成間隙，潤滑油由軸承座上的油孔引入，沿圓周充滿此間隙，并沿軸向向兩端流出，形成循環(huán)流動。
所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其金屬橡膠套環(huán)為分瓣式結構，與之對應的內(nèi)環(huán)外表面和外環(huán)內(nèi)表面上設有凸臺。
所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其金屬橡膠套環(huán)被夾裝在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的相對過盈量比值為1％～5％。
所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其加工金屬橡膠套環(huán)所需材料可以是不銹鋼絲、銅絲、形狀記憶合金、GH4169。
本實用新型的優(yōu)點1.改善了擠壓油膜阻尼器油膜剛度的非線性特性，使整個系統(tǒng)的等效支承剛度由SFD時高度非線性變?yōu)榫€性或擬線性，能適合更高的轉(zhuǎn)速和更大的不平衡量范圍。
2.金屬橡膠具有良好的阻尼特性，它的加入增加了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的減振更有效。
3.通過調(diào)整金屬橡膠的剛度，可以調(diào)整轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，滿足轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能要求。
4.帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器集擠壓油膜阻尼器和金屬橡膠的優(yōu)點于一身，結構簡單、體積小、重量輕、減振效果顯著。


圖1是帶本實用新型阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承端的結構剖視圖。
圖2是圖1的A-A向視圖。
圖3(a)是本實用新型金屬橡膠組件的實體分解示意圖。
圖3(b)是本實用新型金屬橡膠組件的實體組裝外觀圖。
圖4是現(xiàn)有帶鼠籠彈支的擠壓油膜阻尼器的結構剖視圖。
圖5(a)為剛性轉(zhuǎn)子SFD系統(tǒng)軸頸水平方向穩(wěn)態(tài)位移響應曲線。
圖5(b)為剛性轉(zhuǎn)子ASFD/MRR系統(tǒng)軸頸水平方向穩(wěn)態(tài)位移響應曲線。
圖5(c)為剛性轉(zhuǎn)子ASFD/MRR系統(tǒng)外環(huán)水平方向穩(wěn)態(tài)位移響應曲線。
圖中 1.軸 2.軸承 3.鼠籠彈支 301.油膜軸頸4.金屬橡膠組件 401.內(nèi)402.內(nèi)環(huán)端蓋 403.金屬橡膠套環(huán)404.外環(huán)405.外環(huán)端蓋 406.內(nèi)環(huán)墊環(huán) 407.外環(huán)墊環(huán) 408.內(nèi)環(huán)凸臺409.外環(huán)凸臺5.軸承座 6.油膜環(huán) 7.油孔具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
在旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的一種典型彈性支承結構(如圖4所示)，主要包括軸1、軸承2、鼠籠彈支3、油膜環(huán)6和軸承座5。軸1和軸承2軸動連接，鼠籠彈支3安裝在軸承座5的非軸承端，鼠籠彈支3的外表面即油膜軸頸301與軸承2配裝；油膜環(huán)6安裝在軸承座5的軸承端，油膜環(huán)6與油膜軸頸301之間形成間隙，潤滑油由軸承座5上的油孔7引入，沿圓周充滿此間隙，并沿軸向向兩端流出，形成循環(huán)流動。此結構的油膜軸頸301與油膜環(huán)6形成擠壓油膜阻尼器(Squeeze FilmDamper，SFD)，其油膜環(huán)6為剛性油膜環(huán)。
在本實用新型中，一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器(AdaptiveSqueeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring，ASFD/MRR)，采用金屬橡膠組件4代替SFD的剛性油膜環(huán)6，即在原來SFD的油膜軸頸301和軸承座5之間串聯(lián)具有彈性的金屬橡膠組件4，如圖1、圖2所示，這樣在軸頸偏心率增大，油膜力增大時，內(nèi)環(huán)401在油膜力作用下移動，擠壓金屬橡膠套環(huán)403變形，從而使油膜厚度相對增大，油膜力減小，直至達到一個平衡狀態(tài)。這時油膜厚度取決于油膜軸頸301和內(nèi)環(huán)401的位移之差，在適當?shù)倪x擇金屬橡膠剛度等結構參數(shù)情況下，油膜剛度不會隨軸頸偏心率變化產(chǎn)生高度非線性。
請參見圖1、圖2和圖3所示，在本實用新型中，金屬橡膠組件4由內(nèi)環(huán)401、內(nèi)環(huán)端蓋402、分瓣式金屬橡膠套環(huán)403、外環(huán)404、外環(huán)端蓋405、內(nèi)環(huán)墊環(huán)406和外環(huán)墊環(huán)407組成，如圖3(a)所示。用金屬橡膠組件4代替SFD的油膜環(huán)4安裝在軸承座5的軸承端，內(nèi)環(huán)401與油膜軸頸之間形成間隙，潤滑油由軸承座5上的油孔引入，沿圓周充滿此間隙形成擠壓油膜，并沿軸向向兩端流出，形成循環(huán)流動。
在本實用新型中，制作分瓣式金屬橡膠套環(huán)403的金屬絲材料要根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的載荷特點、性能要求、工作環(huán)境等進行選擇，如不銹鋼絲、銅絲、形狀記憶合金、GH4169等。
金屬橡膠組件4的裝配關系為分瓣式金屬橡膠套環(huán)403被夾裝在內(nèi)環(huán)401和外環(huán)404之間，形成過盈配合，即有一定的徑向預載，進而控制金屬橡膠的性能并防止其周向滑動。過盈量s根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能要求而定，一般相對過盈量s/R為1％～5％(R為油膜軸頸半徑)。內(nèi)環(huán)端蓋402和內(nèi)環(huán)墊環(huán)406安裝在內(nèi)環(huán)401的端面上，外環(huán)端蓋405和外環(huán)墊環(huán)407安裝在外環(huán)404的端面上，內(nèi)環(huán)401沿軸向方向上設有內(nèi)環(huán)凸臺408，外環(huán)404沿軸向方向上設有外環(huán)凸臺409，凸臺的個數(shù)要根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能要求而定。內(nèi)環(huán)401、外環(huán)404另一端與端蓋配合，起到對金屬橡膠套環(huán)403軸向定位的作用，通過調(diào)整端蓋處墊環(huán)的厚度，可以改變金屬橡膠套環(huán)403的軸向預載力，進而改變金屬橡膠套環(huán)403的剛度阻尼特性。本項目的金屬橡膠套環(huán)403為分瓣式結構，將連接好的金屬橡膠組件4(如圖3(b))一起塞入軸承端的軸承座S中并用螺栓固定。為獲得更大的外阻尼，試驗時要給金屬橡膠充油，使金屬橡膠套環(huán)403變形時擠壓滑油而消耗更多的能量。
ASFD/MRR的特點是集SFD和金屬橡膠(Metal Rubber，簡計為MR)的優(yōu)點于一身，即改善了SFD油膜剛度的高度非線性特性，又增大了轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的阻尼，能適合更高的轉(zhuǎn)速和更大的不平衡量范圍，并且還具有調(diào)整轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的功能。
在ASFD/MRR減振有效性的實驗中，剛性轉(zhuǎn)子一端采用剛性支承，另一端采用帶定心彈支的SFD或ASFD/MRR支承系統(tǒng)。實驗時，控制實驗臺轉(zhuǎn)速緩慢地從30r/min均勻升速至10000r/min，供油壓力為環(huán)境壓力，供油溫度為室溫，兩端不封油，滑油動粘度μ＝1.884E-02Pa·s。用四個電渦流位移傳感器，同時測量軸頸和外環(huán)x、y方向的四路振動信號，實驗的記錄分析儀器為DASP數(shù)據(jù)采集和信號分析系統(tǒng)。
阻尼器參數(shù)為阻尼器半徑R＝40mm，半徑間隙C＝0.08mm，間隙比C/R＝0.2％，長度L＝27mm。
環(huán)形金屬橡膠主要參數(shù)為外徑Dw＝100mm，內(nèi)徑Dn＝86mm，寬L＝21mm，金屬絲徑ds＝0.13mm，質(zhì)量M＝96g。經(jīng)測試金屬橡膠基本工作在線性段，實測靜剛度為8.01E+06N/m。鼠籠彈支3實測剛度為2.43E+06N/m。
圖5(a)為剛性轉(zhuǎn)子SFD系統(tǒng)軸頸水平方向穩(wěn)態(tài)位移響應曲線，圖5(b)、(c)為在相同的工況下，剛性轉(zhuǎn)子ASFD/MRR系統(tǒng)軸頸、外環(huán)水平方向穩(wěn)態(tài)位移響應曲線。(因為水平方向和垂直方向位移響應曲線的規(guī)律是一致的，只是幅值大小略有差異，篇幅所限本文只列出水平位移。)由圖5(a)可知，當Q＝27g·cm、51g·cm時SFD轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都能以較小的振幅A越過一階臨界轉(zhuǎn)速，但臨界區(qū)轉(zhuǎn)速范圍較寬。隨著不平衡量Q的增大，振幅A增大較快，振幅峰值點向高速區(qū)移動，當Q＝76g·cm時，振動隨轉(zhuǎn)速n的增加持續(xù)增大，轉(zhuǎn)子無法通過臨界轉(zhuǎn)速。對比圖5(a)、圖5(b)可知，Q＝182g·cm時ASFD/MRR系統(tǒng)仍然能順利的通過臨界轉(zhuǎn)速，ASFD/MRR系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)較窄，過臨界后振幅很快降了下來，因而ASFD/MRR能比SFD承受更大的不平衡量范圍。由圖5(c)可以看出外環(huán)的振動響應特性與軸頸的響應特性相似，當轉(zhuǎn)速n較低時，由于油膜軸頸301振幅較小，油膜力較小，外環(huán)404基本不動；隨著n的繼續(xù)升高，外環(huán)404的振幅也逐漸增大，并與油膜軸頸301振幅同時達到響應峰值點。過了臨界轉(zhuǎn)速區(qū)后，油膜軸頸301振幅迅速降了下來，外環(huán)404又保持基本不動。ASFD/MRR系統(tǒng)在整個實驗轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)外環(huán)404振幅始終小于油膜軸頸301振幅。由圖5(b、c)還可以看出，當Q較大時，彈性外環(huán)404進動，其油膜軸頸301和外環(huán)404振動的一階臨界峰值相對SFD較大，但由于ASFD/MRR系統(tǒng)的阻尼也較大，因而其絕對值很小。
權利要求1.一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，該阻尼器作為旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彈性支承，其彈性支承包括軸(1)、軸承(2)、鼠籠彈支(3)、軸承座(5)，軸(1)和軸承(2)軸動連接，鼠籠彈支(3)安裝在軸承座(5)的非軸承端，鼠籠彈支(3)與軸承(2)配合端的外表面即油膜軸頸(301)，其特征在于擠壓油膜阻尼器包括有金屬橡膠組件(4)，金屬橡膠組件(4)安裝在油膜軸頸(301)與軸承座(5)之間的軸承端；金屬橡膠組件(4)由內(nèi)環(huán)(401)、內(nèi)環(huán)端蓋(402)、金屬橡膠套環(huán)(403)、外環(huán)(404)、外環(huán)端蓋(405)、內(nèi)環(huán)墊環(huán)(406)和外環(huán)墊環(huán)(407)組成，金屬橡膠套環(huán)(403)被夾裝在內(nèi)環(huán)(401)和外環(huán)(404)之間，形成過盈配合，內(nèi)環(huán)端蓋(402)和內(nèi)環(huán)墊環(huán)(406)安裝在內(nèi)環(huán)(401)的端面上，外環(huán)端蓋(405)和外環(huán)墊環(huán)(407)安裝在外環(huán)(404)的端面上，內(nèi)環(huán)(401)與油膜軸頸(301)之間形成間隙，潤滑油由軸承座(5)上的油孔(7)引入，沿圓周充滿此間隙，并沿軸向向兩端流出，形成循環(huán)流動。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其特征在于金屬橡膠套環(huán)(403)為分瓣式結構，與之對應的內(nèi)環(huán)(401)外表面和外環(huán)(404)內(nèi)表面上設有凸臺。
3.根據(jù)權利要求1所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其特征在于金屬橡膠套環(huán)(403)被夾裝在內(nèi)環(huán)(401)和外環(huán)(404)之間的相對過盈量比值為1％～5％。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，其特征在于加工金屬橡膠套環(huán)(403)所需材料可以是不銹鋼絲、銅絲、形狀記憶合金、GH4169。
專利摘要本實用新型公開了一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應擠壓油膜阻尼器，該阻尼器作為旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彈性支承，具有良好的減振效果。在本實用新型擠壓油膜阻尼器包括金屬橡膠組件，其安裝在油膜軸頸與軸承座之間的軸承端。金屬橡膠組件由內(nèi)環(huán)、內(nèi)環(huán)端蓋、金屬橡膠套環(huán)、外環(huán)、外環(huán)端蓋、內(nèi)環(huán)墊環(huán)和外環(huán)墊環(huán)組成，金屬橡膠套環(huán)被夾裝在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，形成過盈配合。內(nèi)環(huán)端蓋和內(nèi)環(huán)墊環(huán)安裝在內(nèi)環(huán)的端面上，外環(huán)端蓋和外環(huán)墊環(huán)安裝在外環(huán)的端面上，內(nèi)環(huán)與油膜軸頸之間形成間隙，潤滑油由軸承座上的油孔引入，沿圓周充滿此間隙，并沿軸向向兩端流出，形成循環(huán)流動。
文檔編號F16F15/023GK2769611SQ20042011222
公開日2006年4月5日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權日2004年11月4日
發(fā)明者洪杰, 朱梓根, 馬艷紅 申請人:北京航空航天大學