一种涡旋式挤压油膜阻尼器的制作方法

本发明属于航空发动机减振技术领域，具体涉及一种涡旋式挤压油膜阻尼器。

背景技术：

挤压油膜阻尼器是航空发动机中常用的一种减振装置，也是一种非常有效的被动控制型外加阻尼。它位于轴承与轴承座之间，在其间隙中充满滑油以吸收振动能量，可以显著降低转子通过临界转速时的振动峰值。同时油膜力与轴颈速度和位移呈非线性关系，航空发动机实际工作状态下这种非线性情况在油膜刚度上表现得尤为明显。由于油膜刚度非线性地过分增加，导致系统的实际临界转速相应提高，从而使转子不能很快通过临界状态，且系统较长时间处于大的振动状态下，还会导致振动的不稳定现象产生。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种涡旋式挤压油膜阻尼器。由于滑油只能承受较小的负压，因此增大被挤压的油膜扩张锲内正压区的面积；为了增加油膜阻尼而降低油膜刚度，在不改变传统挤压油膜阻尼器整体结构的条件下，将阻尼器外圈内壁改造成了涡旋式结构，使油膜面积较大的区域位于正压区内，改变了油膜合力方向，使得油膜切向分力增加，油膜径向分力减小，有效降低了挤压油膜阻尼器的油膜刚度，并进一步提高了挤压油膜阻尼器的减振效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涡旋式挤压油膜阻尼器，包括阻尼器基座、鼠笼弹性支承，所述阻尼器基座内腔同心套装有鼠笼弹性支承，所述鼠笼弹性支承由支承段、鼠笼条和支承延伸段组成，所述鼠笼弹性支承的支承段与阻尼器基座一端通过螺栓固定安装，且弹性支承的支承段端面与阻尼器基座端面平齐，所述鼠笼弹性支承的支承延伸段外表面形成阻尼器内圈，所述阻尼器基座与阻尼器内圈对应的内表面形成阻尼器外圈，阻尼器外圈设置为涡旋式结构，所述阻尼器基座内壁沿周向开设有环形凹槽，环形凹槽位于阻尼器外圈处作为供油槽，阻尼器基座上开设有供油孔，且供油孔的出口端与环形凹槽贯通，所述阻尼器内圈与阻尼器外圈之间形成空隙，在空隙内充入液压油形成油膜，所述鼠笼弹性支承的中心孔远离支承段一端通过轴承安装有转子。

所述阻尼器外圈设置为单个涡旋式结构。

所述供油槽的截面形状为矩形。

所述阻尼器内圈在x-y平面内的运动表达式为：

x1＝e·cos(ω·t1)

y1＝e·sin(ω·t1)

其中，e＝c·ε，式中，e为阻尼器内圈动偏心距，c为油膜间隙，ε为偏心率，ω为油膜进动角速度，t1为时间/s，x1为x轴方向的阻尼器内圈的运动表达式，y1为y轴方向的阻尼器内圈的运动表达式。

本发明的有益效果为：

1、本发明阻尼器结构新颖且简单，不受阻尼器尺寸和形式限制，任何开放式或闭式阻尼器均可采用涡旋式的阻尼器外圈结构，易于装配，减小了安装时与轴颈发生碰磨的机率。

2、本发明阻尼器相比于传统挤压油膜阻尼器，本专利的设计增大了正压区的油膜面积，改变了油膜合力方向，使得油膜切向分力增加，油膜径向分力减小，使得油膜刚度的非线性增加得到抑制。

3、由于阻尼器外圈为涡旋状结构，使阻尼器内圈与阻尼器外圈形成空间内的填充油膜呈现涡旋变化结构，周向油膜厚度不均，提高了阻尼器的工作范围，使得阻尼器可在转子大振幅下仍具有阻尼效果。

附图说明

图1为本发明挤压油膜阻尼器的结构示意图；

图2为图1挤压油膜阻尼器的b-b向剖视图；

1-阻尼器基座，2-鼠笼弹性支承，3-阻尼器外圈，4-供油槽，5-供油孔，6-支承段，7-鼠笼条，8-阻尼器内圈，9-油膜，10-转子，11-轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种涡旋式挤压油膜阻尼器，包括阻尼器基座1、鼠笼弹性支承2，所述阻尼器基座1内腔同心套装有鼠笼弹性支承2，所述鼠笼弹性支承2由支承段6、鼠笼条7和支承延伸段组成，所述鼠笼弹性支承2的支承段6与阻尼器基座1一端通过螺栓固定安装，且弹性支承的支承段6端面与阻尼器基座1端面平齐，所述鼠笼弹性支承2的支承延伸段外表面形成阻尼器内圈8，所述阻尼器基座1与阻尼器内圈8对应的内表面形成阻尼器外圈3，阻尼器外圈3设置为涡旋式结构，所述阻尼器基座1内壁沿周向开设有环形凹槽，环形凹槽位于阻尼器外圈3处作为供油槽4，阻尼器基座1上开设有供油孔5，且供油孔5的出口端与环形凹槽贯通，所述阻尼器内圈8与阻尼器外圈3之间形成空隙，在空隙内充入滑油形成油膜9，油膜9的厚度不均，且呈涡旋式变化，所述鼠笼弹性支承2的中心孔远离支承段6一端通过轴承11安装有转子10。

所述阻尼器外圈3设置为单个涡旋式结构。

所述供油槽4的截面形状为矩形。

所述阻尼器外圈3在x-y平面内的涡旋方程为：

x2＝(r-θ·t2)·cos(θ)

y2＝(r-θ·t2)·sin(θ)

其中，x2为x轴方向的阻尼器外圈涡旋方程，y2为y轴方向的阻尼器外圈涡旋方程，θ为涡旋上点与x轴所呈角度，r为阻尼器外圈内壁涡旋最大直径，t2为增加单位角度x或y的变化量。

本实施例以r＝21.65，t2＝0.0047为例来与同等尺寸的普通阻尼器进行对比，此外“x”方向表达式和“y”方向表达式可以进行互换，形成反向涡旋型。

为了更好地验证本发明的挤压油膜阻尼器能够有效降低油膜刚度，采用了计算流体力学软件cfx对本发明的挤压油膜阻尼器进行了油膜阻尼和刚度的仿真计算，并对比了传统挤压油膜阻尼器在提供相同的油膜阻尼时所产生的油膜刚度值。传统挤压油膜阻尼器与本发明的挤压油膜阻尼器的结构参数列于表1：

表1为传统挤压油膜阻尼器与本发明的挤压油膜阻尼器的结构参数(单位：mm)

在本发明的挤压油膜阻尼器中，阻尼器内圈8的运动表达式为：

x1＝e·cos(ω·t1)

y1＝e·sin(ω·t1)

其中，e＝c·ε，式中，e为阻尼器内圈动偏心距，c为油膜间隙，ε为偏心率，ω为油膜进动角速度，t1为时间/s，x1为阻尼器内圈在x轴方向的运动位移，y1为阻尼器内圈在y轴方向的运动位移；本实施例中，e为0.015mm，ω为503rad/s。仿真计算的滑油参数为：滑油密度为885kg/m³滑油粘度为0.0168pa·s，出口边界条件压力为大气压，通过本发明运动表达式所给出的位移变化，贴合实际的模拟转子转动产生的振动幅值和频率，可以更加充分的发挥阻尼器的减振效果，达到吸收振动能量，提高发动机工作稳定性的效果。

可知，油膜阻尼与刚度的计算公式为：

式中，c为油膜阻尼，k为油膜刚度，ft为阻尼器内圈所受油膜切向力，fr为阻尼器内圈所受油膜径向力，e为阻尼器内圈动偏心距，ω为油膜进动角速度。

通过计算流体力学软件cfx可得到本发明的油膜阻尼和油膜刚度值，并对比了传统挤压油膜阻尼器和本发明涡旋式挤压油膜阻尼器在相同参数下的油膜阻尼与刚度的对比，如表2所示：

表2两种阻尼器在提供相同阻尼值时油膜刚度对比

通过表2内的数据可以明显的看到传统挤压油膜阻尼器提供的油膜阻尼范围是123～131n·s/m时，所提供的油膜刚度范围是3.66×10⁴～4.55×10⁴n/m，本专利在相同油膜阻尼情况下所提供的油膜刚度较传统挤压油膜阻尼器降低了60％左右。

工作原理：当转子10接近临界转速时会产生较大的外传力和振幅，外传力和振幅通过轴承11传递至本发明涡旋式挤压油膜阻尼器，通过挤压阻尼器外圈3与阻尼器内圈8之间的油膜9产生油膜反力来吸收转子10振动产生的能量，使发动机转子10尽快通过临界转速，涡旋式挤压油膜阻尼器在提供油膜阻尼的同时产生相对较小的油膜刚度，提高航空发动机工作的可靠性。