专利名称：一种用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明属于机械零件技术领域，具体来说，涉及一种用于高速旋转机械中的悬吊 式阻尼器。
背景技术：
近年来，飞轮储能等向着高速、大功率、高功重比方向发展，为了降低高速转动飞 轮系统的摩擦损耗，提高能量转换效率，低损耗轴承技术被广泛关注。永磁轴承是常用的轴 承之一，它可以实现非接触，无摩擦，同时还起到了轴向卸载作用，降低下轴承的摩擦功耗， 提高了飞轮储能系统的效率。但是由于轴向永磁轴承的径向刚度偏小，导致飞轮储能系统 的一阶固有频率较低。目前常用的阻尼器，无法确保飞轮转子能平稳地通过低阶临界转速， 消除低频进动，实现较低固有频率与较大的油膜粘性阻尼性能于一体。
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于高速旋转机械中的悬吊 式阻尼器，确保飞轮转子能平稳地通过低阶临界转速，消除低频进动，实现较低的固有频率 与较大的油膜粘性阻尼性能于一体。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明的用于高速 旋转机械中的悬吊式阻尼器，包括油膜环固定架、油膜环、油膜轴颈、滚珠固定架、阻尼器固 定板、密封限位柱、软磁环、永磁轴承的定子、封油板和组合挂件，所述的油膜环固定架为环 形体，油膜环固定架的上部固定连接阻尼器固定板，油膜环固定架的空腔中设有密封限位 柱，油膜环固定架的下部通过封油板与密封限位柱的下部固定连接；所述的滚珠固定架的 上部固定连接在阻尼器固定板的下方，滚珠固定架的下部与油膜轴颈的上部通过至少三个 组合挂件连接；滚珠固定架的下部设有V型孔，油膜轴颈的上部设有Λ型孔；油膜轴颈的 下部设置有永磁轴承的定子和软磁环，永磁轴承的定子固定在软磁环的下方，油膜轴颈的 底面和封油板之间有间隙；油膜环固定连接在油膜环固定架的下部，并且油膜环位于油膜 轴颈的下部外侧，油膜环的内壁和油膜轴颈的外壁之间有间隙；所述的油膜环固定架和密 封限位柱之间注有润滑油，润滑油的液面位于油膜环的顶面上方；所述的每个组合挂件包 括上滚珠、下滚珠、固定连接在一起的第一挂件和第二挂件，第一挂件位于滚珠固定架下部 的上方，并且第一挂件的底面设置有与滚珠固定架的V型孔相对应的Λ型孔，第一挂件的 Λ型孔和滚珠固定架V型孔中设置有上滚珠，所述的第二挂件的下部设置有与油膜轴颈的 Λ型孔相对应的V型孔，第二挂件的V型孔和油膜轴颈的Λ型孔中设置有下滚珠。有益效果与现有技术相比，本发明的有益效果是1.本技术方案的悬吊式阻尼 器能够确保飞轮转子平稳地通过低阶临界转速，消除低频进动，实现较低的固有频率与较 大的油膜粘性阻尼性能于一体。本技术方案中，滚珠固定架和油膜轴颈通过组合挂件连接。 具体来说，每个组合挂件中的第一挂件和滚珠固定架之间通过上滚珠支承，第二挂件和油 膜轴颈之间通过下滚珠支承。第一挂件和滚珠固定架之间的摩擦为滚动摩擦，摩擦阻力较小。第二挂件和油膜轴颈之间的摩擦为滚动摩擦，摩擦阻力较小。这样，因为滚珠固定架和 油膜轴颈与组合挂件之间的摩擦阻力较小，所以阻尼器具有较小的横向刚度。也就是说，本 发明的悬吊式阻尼器，具有较小的固有频率，主要用于抑制飞轮系统的低频进动或者低频 振动。本技术方案的油膜轴颈通过组合挂件连接在滚珠固定架上，油膜间隙较小，因此能产 生较大的粘性阻尼。2.同时确保阻尼器在摆动运行时，阻尼器永磁轴承定子保持水平状态。在微幅摆 动时，因为第一挂件和滚珠固定架之间通过上滚珠支承，第二挂件和油膜轴颈之间通过下 滚珠支承，所以，组合挂件各点的位移矢量是一样的。这样，油膜轴颈上各点的位移矢量也 都是一样的。因此，从整体上来看，在摆动的每一瞬间，油膜轴颈的高度都是一致的，从而嵌 在油膜轴颈中的永磁轴承的定子距离永磁轴承的转子的高度是一致的，因此，阻尼器永磁 轴承定子保持水平状态。3.具有良好的加工工艺性能以及使用性能。本技术方案中的每个组合挂件都是由 第一挂件、第二挂件和滚组组成。每个组成部件的结构简单，加工便利，并且它们组装成组 合挂件，只需要按照一般的安装工艺即可满足使用的要求，无需特殊的加工和安装工艺。
图1是本发明的悬吊式阻尼器安装在飞轮本体上的结构剖视图。图2是本发明中一个组合挂件中第一挂件和第二挂件的装配图。图3是本发明中的滚珠固定架的俯视图。图4是图3的A向剖视图。图5是本发明中的所有的第二组件组装成一个整体件的结构示意图。图中有油膜环固定架1、油膜环2、油膜轴颈3、下滚珠4、第二挂件5、限位柱6、滚 珠固定架7、上滚珠8、第一挂件9、阻尼器固定板10、密封限位柱11、聚四氟乙烯保护套12、 润滑油13、软磁环14、永磁轴承的定子15、封油板16、上轴17、永磁轴承的转子18、飞轮本 体19。
具体实施例方式如图1至图4所示，本发明的一种用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，包括油膜 环固定架1、油膜环2、油膜轴颈3、滚珠固定架7、阻尼器固定板10、密封限位柱11、软磁环 14、永磁轴承的定子15、封油板16和组合挂件。油膜环固定架1为环形体。油膜环固定架 1固定在机架上。油膜环2、油膜轴颈3、滚珠固定架7、阻尼器固定板10、密封限位柱11、软 磁环14、永磁轴承的定子15、封油板16和组合挂件都位于油膜环固定架1内。油膜环固定 架1的上部固定连接阻尼器固定板10。油膜环固定架1的空腔中设有密封限位柱11。密 封限位柱11为中空柱体。油膜环固定架1的下部通过封油板16与密封限位柱11的下部 固定连接。油膜环固定架1、封油板16和密封限位柱11就组成了一个润滑油容器。滚珠固 定架7位于油膜环固定架1中。滚珠固定架7的上部固定连接在阻尼器固定板10的下方， 滚珠固定架7的下部与油膜轴颈3的上部通过至少三个组合挂件连接。滚珠固定架7的下 部设有V型孔。油膜轴颈3的上部设有Λ型孔。油膜轴颈3的下部设置有永磁轴承的定子 15和软磁环14，永磁轴承的定子15固定在软磁环14的下方。油膜轴颈3的底面和封油板16之间有间隙。油膜环2固定连接在油膜环固定架1的下部，并且油膜环2位于油膜轴颈 3的下部外侧，油膜环2的内壁和油膜轴颈3的外壁之间有间隙。油膜环固定架1和密封限 位柱11之间注有润滑油13，润滑油13的液面位于油膜环2的顶面上方。这样，在油膜环2 的内壁和油膜轴颈3的外壁之间就形成环形油膜。每个组合挂件都包括上滚珠8、下滚珠 4、第一挂件9和第二挂件5。上滚珠8和下滚珠4可以采用滚动轴承的滚子。这样既保证 了上滚珠8和下滚珠4尺寸精度，又保证了上滚珠8和下滚珠4的硬度要求。第一挂件9 和第二挂件5固定连接。第一挂件9位于滚珠固定架7下部的上方，并且第一挂件9的底 面设置有与滚珠固定架7下部的V型孔相对应的Λ型孔，第一挂件9的Λ型孔和滚珠固定 架7的V型孔中设置有上滚珠8。第二挂件5的下部设置有与油膜轴颈3上部的Λ型孔相 对应的V型孔，第二挂件5的V型孔和油膜轴颈3的Λ型孔中设置有下滚珠4。本技术方案中的悬吊式阻尼器，滚珠固定架7和油膜轴颈3通过组合挂件连接。具 体来说，每个组合挂件中的第一挂件9和滚珠固定架7之间通过上滚珠8支承，第二挂件5 和油膜轴颈3之间通过下滚珠4支承。第一挂件9和滚珠固定架7之间的摩擦为滚动摩擦， 摩擦阻力较小。第二挂件5和油膜轴颈3之间的摩擦为滚动摩擦，摩擦阻力较小。这样，因 为滚珠固定架7和油膜轴颈3与组合挂件之间的摩擦阻力较小，所以阻尼器具有较小的横 向刚度。也就是说，本发明的悬吊式阻尼器，具有较小的固有频率，主要用于抑制飞轮系统 的低频振动。另外，在本技术方案中，油膜环固定架1、封油板16和密封限位柱11组成了一 个润滑油容器。在该润滑油容器中注有润滑油13。由于油膜轴颈3的底面和封油板16之 间有间隙，油膜轴颈3和油膜环2之间也有间隙，所以，油膜环2和油膜轴颈3之间就形成 了油膜。油膜间隙较小，因此能产生较大的粘性阻尼。油膜轴颈3通过组合挂件连接在滚 珠固定架7上。在微幅摆动时，因为第一挂件9和滚珠固定架7之间通过上滚珠8支承，第 二挂件5和油膜轴颈3之间通过下滚珠4支承，所以，组合挂件各点的位移矢量是一样的。 这样，油膜轴颈3上各点的位移矢量也都是一样的。当飞轮本体19带着永磁轴承的转子18 高速旋转时，发生振动，通过永磁轴承的作用带动了油膜轴颈3和组合挂件的摆动，油膜轴 颈3会挤压油膜轴颈3和油膜环2之间的油膜，从而消耗了能量。从整体上来看，在摆动的 每一瞬间，油膜轴颈3的高度都是一致的，从而嵌在油膜轴颈3中的永磁轴承的定子15距 离永磁轴承的转子18的高度是一致的，因此，阻尼器永磁轴承定子保持水平状态。本技术方案中的密封限位柱11除了用于形成一个润滑油容器外，还可以与飞轮 本体19的上轴17台阶上安装的聚四氟乙烯保护环12相互作用，防止飞轮系统在高速旋转 时，由于各种原因产生过大的径向位移时损伤重要部件。在该结构的悬吊式阻尼器中，油膜 环2没有和油膜环固定架1做成一体结构，是为了在实验与生产过程中，通过改变油膜环2 的内径尺寸来改变油膜的半径值，来研究在各种油膜半径下，悬吊式阻尼器的阻尼效果。进一步，所述的悬吊式阻尼器还包括限位柱6，限位柱6的底面连接在油膜轴颈3 的顶面。在悬吊式阻尼器装配完成后，为了防止在使用与搬运悬吊式阻尼器的过程中，上滚 珠8和下滚珠4从V型孔中滚出，在油膜轴颈3的顶面设置限位柱6。限位柱6可以减小油 膜轴颈3向上移动的距离，以避免上滚珠8和下滚珠4离开V型孔，保证悬吊式阻尼器的正 常工作。进一步，所述的滚珠固定架7的V型孔为三个，且沿周向均勻布置在滚珠固定架7 的下部；所述的油膜轴颈3的Λ型孔为三个，且沿周向均勻布置在油膜轴颈3的上部；所述的组合挂件为三个。如图5所示，组合挂件中的三个第二挂件5也可以由一个零件加工而 来，即所有的第二挂件5可以组装成一个完整的环状零件。同样，组合挂件中的三个第一挂 件9可以由一个零件加工而来。在周向布置三个定位点，一方面能够满足使用需求，另一方 面定位准确、可以保证高度的一致性。所以，在滚珠固定架7的下部的周向均勻布置三个V 型孔，在油膜轴颈3的上部的周向均勻布置三个Λ型孔。组合挂件为三个。每个组合挂件 分别与一个滚珠固定架7的V型孔和一个油膜轴颈3的Λ型孔相配合。
进一步，为了安装方便及防止漏磁，油膜轴颈3应使用绝磁材料，考虑到油膜轴颈 3要满足一定的强度要求，可以采用不锈钢材料制成，例如采用ICrlSNiOTi制作。
权利要求
1.一种用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，其特征在于，包括油膜环固定架(1)、 油膜环(2)、油膜轴颈(3)、滚珠固定架(7)、阻尼器固定板(10)、密封限位环(11)、软磁环 (14)、永磁轴承的定子(15)、封油板(16)和组合挂件，所述的油膜环固定架(1)为环形体， 油膜环固定架(1)的上部固定连接阻尼器固定板(10)，油膜环固定架(1)的空腔中设有密 封限位柱(11)，油膜环固定架(1)的下部通过封油板(16)与密封限位柱(11)的下部固定 连接；所述的滚珠固定架(7)的上部固定连接在阻尼器固定板(10)的下方，滚珠固定架(7) 的下部与油膜轴颈(3)的上部通过至少三个组合挂件连接；滚珠固定架(7)的下部设有V 型孔，油膜轴颈(3)的上部设有Λ型孔；油膜轴颈(3)的下部设置有永磁轴承的定子(15)和 软磁环(14)，永磁轴承的定子(15)固定在软磁环(14)的下方，油膜轴颈(3)的底面和封油 板(16)之间有间隙；油膜环(2)固定连接在油膜环固定架(1)的下部，并且油膜环(2)位于 油膜轴颈(3)的下部外侧，油膜环(2)的内壁和油膜轴颈(3)的外壁之间有间隙； 所述 的油膜环固定架(1)和密封限位柱(11)之间注有润滑油(13)，润滑油(13)的液面位于油 膜环(2)的顶面上方；所述的每个组合挂件包括上滚珠(8)、下滚珠(4)、固定连接在一起的 第一挂件(9)和第二挂件(5)，第一挂件(9)位于滚珠固定架(7)下部的上方，并且第一挂 件(9)的底面设置有与滚珠固定架(7)的V型孔相对应的Λ型孔，第一挂件(9)的Λ型孔和 滚珠固定架(7) V型孔中设置有上滚珠(8)，所述的第二挂件(5)的下部设置有与油膜轴颈 (3)的Λ型孔相对应的V型孔，第二挂件(5)的V型孔和油膜轴颈(3)的Λ型孔中设置有下 滚珠(4)。
2.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，其特征在于，还包括 限位柱(6)，限位柱(6)的底面连接在油膜轴颈(3)的顶面。
3.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，其特征在于，所述的 滚珠固定架(7)的V型孔为三个，且沿周向均勻布置在滚珠固定架(7)的下部；所述的油膜 轴颈(3)的Λ型孔为三个，且沿周向均勻布置在油膜轴颈(3)的上部；所述的组合挂件为三 个。
4.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，其特征在于，所述的 油膜轴颈(3)由不锈钢材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种用于高速旋转机械中的悬吊式阻尼器，油膜环固定架上部固定连接阻尼器固定板，油膜环固定架下部通过封油板与密封限位环下部连接；滚珠固定架下部与油膜轴颈上部通过组合挂件连接；油膜轴颈的底面和封油板之间有间隙；油膜环位于油膜轴颈的下部外侧，并且油膜环和油膜轴颈之间有间隙；油膜环固定架和密封限位环之间注有润滑油，每个组合挂件中的第一挂件的∧型孔和滚珠固定架∨型孔中设置有上滚珠，第二挂件的∨型孔和油膜轴颈的∧型孔中设置有下滚珠。该结构的悬吊式阻尼器能确保飞轮转子平稳地通过低阶临界转速，消除低频进动，实现较低的固有频率与较大的油膜粘性阻尼性能于一体。
文档编号F16F15/10GK102080704SQ201110038548
公开日2011年6月1日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者王洪昌, 蒋书运 申请人:东南大学