一种智能结构弹支干摩擦阻尼器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及转子振动控制领域，是一种采用智能结构对转子振动进行控制的干摩擦阻尼器装置。
【背景技术】
[0002]航空发动机等高速旋转机械常采用柔性转子系统，转子工作转速往往在一阶或几阶临界转速以上。转子在起动、加速或减速停车过程中必须多次通过临界转速，此时转子系统就会共振，导致强烈的振动。转子系统的振动大小是决定航空发动机可靠性的重要因素。因而，转子系统的振动控制成为转子动力学的一个主要研究领域。
[0003]干摩擦阻尼器作为减振手段在铁路、公路桥梁、高层建筑等工程领域得到了广泛的应用。近年来，利用干摩擦阻尼器进行航空发动机叶片减振成为颇受关注的减振技术，并且被应用到新型航空发动机的设计中。弹支干摩擦阻尼器是将弹性支承与干摩擦机构组合成阻尼器，用于转子系统的减振。它作为一种新型的转子减振机构具有良好的减振效果，能够显著降低转子过临界转速时的振动峰值，而且具有结构简单、成本低、便于控制以及响应快的特点，在未来的航空和航天领域有着很好的应用前景。
[0004]在专利“一种抑制带弹性支承转子系统振动的方法及装置”(ZL200410073346.0)中，弹支干摩擦阻尼器作为被动控制的机构存在着无法进行最优控制和长时间摩擦产生热量等问题；而在专利“一种弹支干摩擦阻尼器电控装置”(ZL200710017593.2)中，弹支干摩擦阻尼器结构复杂，体积较大，响应慢，动、静摩擦片间正压力无法实时测定，而控制所用的反馈信号为转子振动位移信号。在实际的发动机上，无法测得转子的振动位移，而在机匣上测得的振动速度或者振动加速度信号，包含了转子、机匣、管路和附件等结构的振动，传递路径长，信噪比低，不宜用作控制转子振动的反馈信号。因此，在弹支干摩擦阻尼器中引入智能结构和弹支应变信号以解决上述问题具有重要意义。
【发明内容】
[0005]为了克服现有弹支干摩擦阻尼器结构复杂、体积大、响应较慢、动/静摩擦片间正压力无法实时测定以及反馈信号不适合等问题，本发明提出一种智能结构弹支干摩擦阻尼器。
[0006]本发明包括折返式弹性支承、支承座、压电陶瓷、动摩擦片、静摩擦片、多个应变片和三个调节螺栓。其中:所述折返式弹性支承包括内鼠笼弹性支承和外鼠笼弹性支承;所述内鼠笼弹性支承的一端嵌装入在外鼠笼弹性支承内，另一端通过轴承安装在转轴上;所述内鼠笼弹性支承与滚动轴承配合一端的端面与动摩擦片通过螺栓连接。静摩擦片套装在所述转轴一端的外圆周上。动摩擦片套装在所述转轴上，并处于所述静摩擦片大直径端的端面与所述内鼠笼弹性支承的端面之间。外鼠笼弹性支承套装在所述内鼠笼弹性支承的外圆周上，支承座套装在静摩擦片的外圆周上，并使所述内鼠笼弹性支承的一个端面与所述支承座的一个端面贴合。所述静摩擦片的一端装入底座上的静摩擦片安装孔内。各压电陶瓷和各调节螺栓均位于支承座端面的通孔内。在所述外鼠笼弹性支承的外鼠笼肋条上粘贴应变片，并使所述4个应变片均布在该外鼠笼弹性支承外圆周表面;在3个调节螺栓的圆柱段上分别粘贴2只应变片。
[0007]所述支承座的内径与所述静摩擦体的外径相同，并使两者之间间隙配合。所述支承座小直径端的外径与底座支杆上通孔的孔径相同。在所述支承座的端面上均布有三个轴向的通孔，用于安装销钉、压电陶瓷和调节螺栓。所述通孔的中心线均平行于该支承座的中心线。所述通孔为阶梯孔，小孔端位于该支承座大直径端，该小孔的孔径与销钉的外径相同；通孔的大孔的孔径与调节螺栓的外径相同。在该支承座的圆周表面均布有三个圆弧状的压电陶瓷引线槽，该压电陶瓷引线槽的一端分别与所述的通孔贯通。
[0008]所述内鼠笼弹性支承的一端为敞口，该敞口的圆周上有法兰;另一端有端盖，在该端盖的中心有转轴的安装孔。在所述内鼠笼弹性支承一端端盖的外缘上均布有用于安装动摩擦片的螺孔。在所述内鼠笼弹性支承的圆周上均布该内鼠笼弹性支承的内鼠笼肋条。
[0009]所述外鼠笼弹性支承一端的外圆周表面有径向凸出的法兰，用于与支承座的连接;另一端的内圆周表面有径向凸出的法兰，用于连接内鼠笼弹性支承。所述外鼠笼弹性支承与内鼠笼弹性支承连接端的内径与该内鼠笼弹性支承的外径相同。在所述外鼠笼弹性支承的圆周上均布该外鼠笼弹性支承的外鼠笼肋条。
[0010]所述静摩擦体包括筒体和位于该筒体一端端面的圆形的静摩擦片。所述摩擦片的中心有转轴的过孔;该摩擦片的外径略小于所述外鼠笼弹性支承的内径，使二者之间能够间隙配合;该摩擦板的外缘的外表面均布有三个销钉的定位槽。所述静摩擦体筒体的外径略小于支承座的内径，使两者在轴向能够滑动配合。
[0011]所述的调节螺栓的上均布有两对共四个应变片导线孔。在邻近所述两对应变片导线孔处圆柱段的的圆周表面上对称粘贴2只应变片，各应变片导线分别通过圆柱段上的各应变片导线孔引入调节螺栓内孔，继而从调节螺栓内引出并与阻尼器外的应变仪的端子连接。
[0012]本发明的支承座是一个环形支座，支承座内圆尺寸与静摩擦片导筒相配合，保证静摩擦片嵌套在支承座内圆表面且只能沿轴向滑动；支座上沿周向120°均布开有三个通孔。在孔的一端放有压电陶瓷，通过销钉与静摩擦片接触;孔的另一端加工有螺纹，与调节螺栓的螺纹段配合，旋扭调节螺栓就可调节动、静摩擦片之间的预紧力。
[0013]折返式鼠笼弹支是由内弹支和外弹支组成，安装在支承座上。内弹支一端嵌套在外弹支内，另一端套装滚动轴承，随转子系统振动；内弹支装轴承一端与动摩擦片连接;外弹支相隔90°的4根笼条上分别粘贴I只应变片，用于测量转子传至弹支处的振动。
[0014]静摩擦片材料为A3钢，带一个中空套筒，外径略小于支承座内圆直径，两者在轴向滑动配合。静摩擦片是一个圆片，在接中空套筒一侧，与3个压电陶瓷接触，3个调节螺栓分别抵压3个压电陶瓷，使静摩擦片与动摩擦片之间产生预紧力。预紧力由粘贴在调节螺栓上的应变片监测。动摩擦片是一个薄圆片，材料为H62普通黄铜，通过沉头螺钉与内弹支连接。转子振动时，动摩擦片将随转子一起振动，动、静摩擦片间会产生相对运动。通过压电陶瓷，改变动、静摩擦片间的压紧力，就可由动、静摩擦片间的摩擦耗能减小转子振动。
[0015]压电陶瓷是一种低压叠堆式压电陶瓷，呈长方形，具有电致伸缩效应。通电时，压电陶瓷变形伸长，随电压增加伸长量增加;撤电压时，变形立刻消失。
[0016]调节螺栓是一个“T”字形结构，直径小的部分为圆柱段;直径大的部分为螺纹段，中心加工成盲孔。圆柱段表面周向对称粘贴2只应变片，应变片导线通过圆柱段上的4个孔和调节螺栓的盲孔引出。圆柱段端部与压电陶瓷接触。调节螺栓的螺纹段为细牙螺纹，端部开有十字槽，便于用螺丝刀旋扭螺栓。旋扭调节螺栓，使调节螺栓的圆柱段与压电陶瓷压紧，而压电陶瓷与静摩擦片压紧，通过监测应变片的应变，就可确定动、静摩擦片之间压紧力的大小。
[0017]本发明的主要工作方式为:根据调节螺栓上应变片测得的应变数据，确定动、静摩擦片之间的预紧力。转子工作时若发生振动，弹性支承的笼条相应地会发生交变变形，粘贴在其上的4只应变片以电压波动的形式将这种交变变形反映出来。因此，测控系统中应变的波动表征了转子的振动情况。本发明预先设定转子振动阀值范围:当转子振动超过设定的阀值范围时，测控系统根据转子振动大小来自动调节压电陶瓷的控制电压，改变动摩片和静摩片之间的压紧力，使振动达到最小。当振动不超过设定阀值范围时，阻尼器处于待控状
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[0018]本发明所采用的技术方案是针对现有弹支干摩擦阻尼器存在的结构复杂、体积大、响应较慢、动/静摩擦片间正压力无法实时测定以及反馈信号不适合等问题，引入智能结构弹支干摩擦阻尼器之后，转子通过临界转速时的振动将会得到有效地控制，同时还可以抑制转子失稳振动和其他不明原因造成的振动突然增大(如由叶片掉块造成的突加不平衡)。因此在航空、航天领域有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0019]附图1是智能结构弹支干摩擦阻尼器的结构示意图。
[0020]图2是调节螺栓结构示意图。
[0021]图3是内鼠笼弹性支承的结构示意图，其中图3a是一端的轴测图，图3b是另一端的轴测图。
[0022]图4是外鼠笼弹性支承的结构示意图，其中图4a是一端的轴测图，图4b是另一端的轴测图。
[0023]图5是内鼠笼弹性支承与外鼠笼弹性支承的配合示意图。
[0024]图6是智能结构弹支干摩擦阻尼器减振效果示意图。图中两条曲线分别为开启阻尼器的减振效果曲线与不开阻尼器的转子振动曲线。
[0025]图7是支承座的结构示意图，其中图7a是其剖面图，图7b是小径端的俯视图。
[0026]图中:
[0027]1.销钉；2.动摩擦片；3.转轴；4.滚动轴承；5.内鼠笼弹性支承;6.外鼠笼弹性支承;7.压电陶瓷导线孔;8.压电陶瓷;9.调节螺栓;10.静摩擦片；11.支承座；12.底座；13.应变片导线孔；14.应变片；15.应变片导线；16.不开阻尼器的转子振动曲线；17.开启阻尼器的减振效果曲线;18.内鼠笼肋条;19.外鼠笼肋条。
【具体实施方式】
[0028]本实施例是一种智能结构弹支干摩擦阻尼器，包括折返式弹性支承、支承座11、压电陶瓷8、动摩擦片2、静摩擦片10和调节螺栓9。所述折返式弹性支承包括内鼠笼弹性支承5和外鼠笼弹性支承6。其中:
[0029]所述内鼠笼弹性支承5通过滚动轴承4安装在转轴3上。静摩擦片10套装在所述转轴3—端的外圆周上。动摩擦片2套装在所述转轴3上，并处于所述静摩擦片大径端的端面与所述内鼠笼弹性支承5的端面之间。外鼠笼弹性支承6套装在所述内鼠笼弹性支承5的外圆周上，支承座11套装在静摩擦片10的外圆周上，并使所述内鼠笼弹性支承5的一个端面与所述支承座11的一个端面贴合。所述静摩擦片10的一端装入底座12上的静摩擦片安装孔内。
[0030]所述转轴3通过滚动轴承4安装在内鼠笼弹性支承5上。内鼠笼弹性支承5通过螺栓固装于外鼠笼弹性支承6的小径端。动摩擦片2固装于所述内鼠笼弹性支承5的自由端。外鼠笼弹性支承6的大径端通过螺栓固装于所述支承座11上。静摩擦片10通过