转子-弹性阻尼支承结构及转子实验装置的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种转子-弹性阻尼支承结构及转子实验装置。


背景技术：

2.航空发动机作为飞机的心脏，直接影响飞机的性能。随着航空科技的发展，航空发动机的设计追求更高的推重比，进而减轻重量，提高转速。发动机处于高转速运行状态时，转子支承系统的振动对发动机的可靠运转有着直接关联，因此，为模拟转子支承系统在发动机中的工作状态，研究人员发明了转子实验装置，可以模拟转子支承系统在发动机运转时的工作环境，进而实现对转子支承系统的减振特性研究。相关技术中，通过在转子两端设置鼠笼式弹性支承挤压油膜阻尼器，吸收转子由于残余不平衡量引起的振动能量，减小转子的振动位移和降低轴承的载荷。但鼠笼式挤压油膜阻尼器在静偏心较大以及受到较大载荷的瞬态冲击时体现出较强的非线性，使得系统出现双稳态、非协调进动等非线性行为，从而危害系统的稳定运行。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种转子-弹性阻尼支承结构，能够改善油膜阻尼的非线性，提高其减振性能，提高转子-弹性阻尼支承结构的稳定性。
4.本发明还提出一种具有上述转子-弹性阻尼支承结构的转子实验装置。
5.根据本发明的第一方面实施例的转子-弹性阻尼支承结构，包括：
6.转子；
7.第一轴承，套设于所述转子的一端；
8.第一支承件，套设于所述第一轴承；
9.第一支承座，包括第一主体件，所述第一主体件设置有第一通孔，所述第一支承件位于所述第一通孔内；
10.其中，所述第一支承件的外表面设置有第一凸起部和第一凹陷部，所述第一凸起部与所述第一支承座的内表面抵接，所述第一凹陷部与所述第一支承座的内表面限定出第一油膜腔，所述第一支承件的内表面设置有第二凸起部和第二凹陷部，所述第二凸起部与所述第一轴承的外表面抵接，所述第二凹陷部与所述第一轴承的外表面限定出第二油膜腔，所述第一支承件还设置有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一油膜腔和所述第二油膜腔。
11.根据本发明实施例的转子-弹性阻尼支承结构，至少具有如下有益效果：该转子-弹性阻尼支承结构通过分段式的挤压油膜、第一支承件变形以及复杂的流固耦合作用，能够改善整个圆周油膜压力场的分布和大小，从而改善油膜刚度的非线性，扩大油膜刚度的线性区域，能够获得相对更大的油膜阻尼。
12.根据本发明的一些实施例，所述第一支承座和所述第一轴承限定出第一容纳腔，所述第一支承件位于所述第一容纳腔内。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一支承座包括衬套和挡板，所述衬套套设于所述第一支承件，所述衬套包括第二主体件，沿所述第一通孔的轴向，所述第二主体件的一端设置有第一翻边，所述第一翻边沿朝向所述第一通孔的中心轴的方向延伸，所述第一翻边与所述第一轴承的一端抵接，所述挡板位于所述第一轴承的另一端，所述第一翻边、所述第二主体件、所述挡板和所述第一轴承限定出所述第一容纳腔。
14.根据本发明的一些实施例，沿所述第一通孔的轴向，所述第二主体件的另一端还设置有第二翻边，所述第二翻边沿背离所述第一通孔的中心轴的方向延伸，所述第一支承座还包括垫片，在所述第一主体件的端面上，所述第二翻边、所述垫片和所述挡板依次设置，并连接于所述第一主体件，所述挡板和所述第一轴承的另一端存在间隙，所述间隙的宽度能够通过所述垫片的厚度调节。
15.根据本发明的一些实施例，所述第二主体件的外表面设置有集油槽，所述第二主体件内还设置有第一供油通道，所述第一供油通道连通所述第一油膜腔和所述集油槽。
16.根据本发明的一些实施例，所述第一主体件内设置有检测通道，所述检测通道连通所述第一油膜腔，所述检测通道内设置有动态压力传感器，以测试所述第一油膜腔的动态压力。
17.根据本发明的一些实施例，所述第一支承件设置有第一定位部，所述第一支承座包括衬套，所述衬套设置有第二定位部，所述第一定位部和所述第二定位部配合以使所述第一支承件的转动被限制，且所述检测通道连通所述第一油膜腔。
18.根据本发明的第二方面实施例的转子实验装置，包括：
19.固定装置；
20.转子-弹性阻尼支承结构，包括转子、第一轴承、第一支承件和第一支承座，所述第一轴承套设于所述转子的一端；所述第一支承件套设于所述第一轴承；所述第一支承座包括第一主体件，所述第一主体件设置有第一通孔，所述第一支承件位于所述第一通孔内；所述第一支承件的外表面设置有第一凸起部和第一凹陷部，所述第一凸起部与所述第一支承座的内表面抵接，所述第一凹陷部与所述第一支承座的内表面限定出第一油膜腔，所述第一支承件的内表面设置有第二凸起部和第二凹陷部，所述第二凸起部与所述第一轴承的外表面抵接，所述第二凹陷部与所述第一轴承的外表面限定出第二油膜腔，所述第一支承件还设置有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一油膜腔和所述第二油膜腔；
21.驱动件，所述驱动件能够带动所述转子转动；
22.第二支承座，位于所述转子的另一端，所述转子能够相对于所述第二支承座发生相对转动；
23.其中，所述固定装置分别与所述第一支承座和所述第二支承座连接，以使所述转子能够相对于所述固定装置发生转动。
24.根据本发明实施例的转子实验装置，至少具有如下有益效果：该转子实验装置能够模拟机动飞行环境，进而协助技术人员开展高速转子系统动力学实验研究，为具有高机动性的发动机结构动力学设计和振动控制提供技术支撑。
25.根据本发明的一些实施例，所述固定装置包括第一安装座和第二安装座，所述第
一支承座与所述第一安装座连接，在所述转子的另一端，所述第二支承座与所述第二安装座连接，所述转子实验装置还包括导轨，所述导轨平行于所述转子的长度方向延伸，所述第一安装座和/或所述第二安装座能够沿所述导轨的延伸方向移动，以调整所述第一安装座和所述第二安装座的间距。
26.根据本发明的一些实施例，所述第一安装座和所述第二安装座均为上下分体式结构，所述第一安装座的上半部分和下半部分为可拆卸式连接，所述第二安装座的上半部分和下半部分为可拆卸式连接。
27.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
29.图1为本发明实施例中转子-弹性阻尼支承结构的示意图；
30.图2为图1中a区域的放大示意图；
31.图3为本发明实施例中第一支承件的示意图；
32.图4为本发明实施例中第一主体件的示意图；
33.图5为图4中b向截面示意图；
34.图6为图4中c向截面示意图；
35.图7为本发明实施例中第一轴承、衬套和挡板的装配关系示意图；
36.图8为本发明实施例中转子实验装置的示意图。
37.附图标记：
38.转子100、第一轴承200、第一支承件300、第一凸起部310、第一凹陷部320、第二凸起部330、第二凹陷部340、第二通孔350、第一定位部360、第一支承座400、第一主体件 410、第一通孔411、检测通道412、第一容纳腔420、衬套430、第一翻边431、第二翻边432、集油槽433、第一供油通道434、第二定位部435、第二主体件436、挡板440、垫片450、驱动件500、第一安装座510、第二安装座520、导轨530。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
42.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
43.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.本技术提出了一种转子-弹性阻尼支承结构，如图1和图2所示，该转子-弹性阻尼支承结构包括转子100、第一轴承200、第一支承件300和第一支承座400。第一轴承200套设于转子100的一端，第一支承件300套设于第一轴承200，第一轴承200的内圈与转子100的外表面固定连接，第一轴承200的外圈与第一支承座400连接，进而转子100能够相对于第一支承座400发生转动。第一支承座400与第一轴承200设置在转子100的同一端，第一支承座400包括第一主体件410，第一主体件410上设置有第一通孔411，第一支承件300位于第一通孔411内，进而，如图2所示，沿第一轴承200的径向方向，第一支承座400、第一支承件300、第一轴承200和转子100依次设置。
45.如图3所示，第一支承件300的外表面设置有第一凸起部310和第一凹陷部320，沿第一支承件300的周向，第一凸起部310和第一凹陷部320间隔设置。第一凸起部310与第一支承座400的内表面抵接，进而第一凹陷部320与第一支承座400的内表面限定出第一油膜腔。第一支承件300的内表面设置有第二凸起部330和第二凹陷部340，沿第一支承件300 的周向，第二凸起部330和第二凹陷部340间隔设置。第二凸起部330与第一轴承200的外表面抵接，进而第二凹陷部340与第一轴承200的外表面限定出第二油膜腔。第一油膜腔和第二油膜腔内充满滑油，在转子轴颈涡动作用下，形成挤压油膜的压力场，不仅产生油膜刚度进而支承转子100，而且还产生油膜阻尼作用。转子100高速转动时，转子-弹性阻尼支承结构的振动一部分被油膜吸收，另一部分被第一支承件300的变形吸收。这部分储存在第一支承件300中的变形能以相对缓慢的速度释放出来，并作用于第一支承座400上，使得这部分振动能经历了一段时间平均过程，使振动的峰值有所降低。
46.需注意的是，如图3所示，第一支承件300内外表面的凸起部和凹陷部交错设置，即对应第一凸起部310的位置，第一支承件300的内表面上设置有第二凹陷部340，对应第一凹陷部320的位置，第一支承件300的内表面上设置有第二凸起部330，且凸起部的宽度小于凹陷部的宽度，进而第一支承件300上存在内外两侧分别为第一凹陷部320和第二凹陷部340 的区域。在该区域部分，第一支承件300还设置有第二通孔350，第二通孔350连通第一油膜腔和第二油膜腔，一方面，能够外接回油通道和供油通道形成循环油路，避免滑油在长时间吸收振动能导致油温过高，进而改变滑油黏性导致阻尼特性变化，而且影响第一支承件300 的使用寿命和减振效果；另一方面，第二通孔350连通了第一支承件300两侧的挤压油膜，进而在受到振动作用的情况下，高压的油膜腔中的滑油可以转移至低压的油膜腔中，通过滑油的转移实现对振动的缓冲。
47.基于上述，该转子-弹性阻尼支承结构通过分段式的挤压油膜、第一支承件300的变形以及复杂的流固耦合作用，能够改善整个圆周油膜压力场的分布和大小，从而改善油
膜刚度的非线性，扩大油膜刚度的线性区域，能够获得相对更大的油膜阻尼。
48.在一些实施例中，如图1和图2所示，第一支承座400和第一轴承200限定出第一容纳腔420，第一支承件300位于第一容纳腔420内。第一容纳腔420能够与供油管道和回油管道连通，进而使第一支承件300被滑油包裹，以在第一支承件300的内外侧形成稳定的油膜。第一容纳腔420能够有效防止滑油的大量溢出，使第一支承件300内外侧的滑油的进油和回油处于较为平衡的状态，以稳定且持久地起到阻尼作用。
49.在上述实施例的改进实施例中，如图2所示，第一支承座400包括衬套430和挡板440，衬套430套设于第一支承件300，沿第一通孔411的轴向(图2中左右方向)，衬套430包括第二主体件436，第二主体件436的一端设置有第一翻边431，第一翻边431沿朝向第一通孔411的中心轴的方向延伸。第一翻边431与第一轴承200的一端抵接，挡板440位于第一轴承200的另一端，进而，衬套430、第一轴承200和挡板440限定出第一容纳腔420。衬套 430的第一翻边431不仅起到了限定出第一容纳腔420的作用，还能够配合转子100的止口对第一轴承200起到定位和固定作用，具体地，第一翻边431能够对第一轴承200的外圈进行定位。相较于在第一主体件410上一体成型形成第一容纳腔420，分步组装配合限定出第一容纳腔420的加工难度更低，加工精度更易保证，能够获得较好的装配效果。
50.在本实施例的进一步实施例中，如图2所示，沿第一通孔411的轴向，第二主体件436 的另一端还设置有第二翻边432，第二翻边432沿背离第一通孔411的中心轴的方向延伸，第一支承座400还包括垫片450，在第一主体件410的端面上(如图2中的右端面)，衬套 430的第二翻边432、垫片450和挡板440依次设置，并连接于第一主体件410。挡板440和第一轴承200的另一端存在配合间隙，配合间隙需保证在0.02～0.04mm之间，以使第一容纳腔420内的滑油能够从配合间隙中渗出，且能够与供油通道的供油量保持一定的平衡。为调节该配合间隙，可以打磨垫片450，通过垫片450的厚度来调节挡板440到第一轴承200的距离。
51.在一些实施例中，如图2所示，第二主体件436的外表面设置有集油槽433，集油槽433 环绕设置于第二主体件436的外表面，并与第一主体件410内的供油通道连通。第二主体件436内还设置有第一供油通道434，第一供油通道434贯穿第二主体件436，进而连通第一油膜腔和集油槽433，进而供油通道的滑油经过集油槽433、第一供油通道434流至第一油膜腔内，并通过第二通孔350流至第二油膜腔，进而实现第一支承件300内外侧的供油。
52.在一些实施例中，如图6所示，第一主体件410内设置有检测通道412，检测通道412 连接第一油膜腔，检测通道412内设置有动态压力传感器。在本实施例中，如图6所示，设置有六个检测通道412，检测通道412周向均布于第一主体件410内，并通过螺纹连接可以固定动态压力传感器，进而能够测试第一油膜腔的动态压力。
53.在上述实施例改进实施例中，如图3和图7所示，第一支承件300上设置有第一定位部 360，衬套430上设置有第二定位部435，第一定位部360和第二定位部435配合以使第一支承件300的转动被限制，且检测通道412连通第一油膜腔。由于第一支承件300为环状，在第一容纳腔420中容易发生转动，在本实施例中，第一定位部360为定位槽，第二定位部435 为销钉，销钉与衬套连接，在第一支承件300装配过程中，将定位槽对准销钉位置然后将第一支承件300插入至衬套430中，进而第一支承件300的转动被限制，且检测通道412正好对应第一凹陷部320的位置，防止第一支承件300装配角度不对导致检测通道412对应第一凸起部310的位置，进而无法检测第一油膜腔的压力。
54.在一些实施例中，如图5所示，第一主体件410内设置有多个回油通道，用于将第一轴承200的润滑油和第一支承件300的润滑油回收至集油箱中。在本实施例中，设置有五个回油通道，其中四个轴向分布于第一主体件410内部，分别与水平方向呈45
°
倾斜设置，如此能够保证在空中姿态360
°
范围内能够顺利回油。在地面状态和巡航状态下，发动机转子系统通常是水平轴系，因此另有一回油通道沿竖直方向设置，并连通第一轴承200的油腔，进而能够防止第一轴承200的滚子在高速转动状态下，长时间搅动滑油导致滑油温度过高。在另一些实施例中，沿第一轴承200的轴向，在第一轴承200的两侧，沿圆周方向均匀间隔设置有回油通道，进而在飞行器发生前倾、后仰或其他机动动作时，转子-弹性阻尼支承结构的滑油能够通过两侧的回油通道回收至集油箱中，在各种飞行姿态下转子-弹性阻尼支承结构均能够实现较好的回油效果。
55.本技术还提出第二方面实施例的转子实验装置，用于模拟转子-弹性阻尼支承结构在飞行过程中高速运转的状态。如图8所示，该转子实验装置包括上述任一实施例的转子-弹性阻尼支承结构、固定装置、驱动件500和第二支承座。固定装置用于限制转子-弹性阻尼支承结构的位移，以使转子-弹性阻尼支承结构在高速运转情况下不会因为振动发生移动或倾覆。在本实施例中，固定装置安装于空间多轴转动的结构动力学实验台上。驱动件500用于给实验装置提供动力，带动转子100高速转动。在本实施例中，驱动件500为大功率高速伺服电机，具有低惯性、动态加速度和高速能力等特点，适合各种模拟和测试台应用。驱动件500和转子100通过齿式联轴器连接，齿式联轴器通过内外齿啮合来实现驱动件500和转子100之间扭矩和旋转运动的传递，且具有一定补偿两轴相对位移的性能，能够在一定程度上减少转子 100的高速运转情况下轴向窜动的影响。第二支承座位于转子100的另一端，进而转子100 的两端分别与第一支承座400和第二支承座转动连接，又第一支承座400和第二支承座分别与固定装置固定连接，进而转子100能够相对与固定装置发生高速转动。
56.基于上述，该转子实验装置能够模拟机动飞行环境，进而协助技术人员开展高速转子系统动力学实验研究，为具有高机动性的发动机结构动力学设计和振动控制提供技术支撑。另外，在一些实施例中，该转子实验装置可以固定连接于空间多轴转动的结构动力学实验台，在转子100高速旋转的同时，实验台能够模拟飞行器进行偏航、俯仰、横滚及其耦合运动等不同的机动动作，以测试转子-弹性阻尼支承结构在复杂工况下的运转情况，从而获得转子
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弹性阻尼支承结构在接近真实载荷和工作环境下的运转规律和数据。
57.在一些实施例中，固定装置包括第一安装座510和第二安装座520，转子-弹性阻尼支承结构与第一安装座510连接，在转子100的另一端，第二支承座和第二安装座520连接，在本实施例中，第二支承座上设置有鼠笼式弹性支承件，能够提供较好的阻尼效果。转子实验装置还包括两条并列设置的导轨530，第一安装座510和/或第二安装座520能够沿导轨530 的延伸方向移动，以调整第一安装座510和第二安装座520的间距，进而适用于不同长度的转子100。第一安装座510和第二安装座520的两侧均设置有连接部，可以通过连接部实现相对于导轨530的固定。在本实施例中，第一安装座510和第二安装座520通过t型螺栓安装固定在导轨530上。
58.在一些实施例中，第一安装座510和第二安装座520为上下分体式结构，第一安装座510 和第二安装座520的上半部分和下半部分为可拆卸式连接。在本实施例中，安装座采用板件焊接拼装形成，安装座的上半部分和下半部分通过螺栓连接固定。
59.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。