一种抑制带弹性支承转子系统振动的方法及装置

摘要

本发明是一种抑制带弹性支承转子系统振动的方法及装置。为克服现有技术中存在的精度要求高，工艺难度大的不足，本发明通过干摩擦阻尼器中动、静摩擦片之间的相对运动产生摩擦力，在转子系统中引入外阻尼，以降低转子系统在通过临界转速时的振动，提高转子系统运转的稳定性，具体方法是将动摩擦片和静摩擦片套装在轴上，通过施力装置所施加的压力保持接触，并调节压力，以达到调节阻尼值的目的。本发明在引入干摩擦阻尼之后，转子通过临界转速时的振动将会得到有效地抑制，还可以防止转子的失稳振动，具有结构简单、施加阻尼易于控制、受外界影响较小等优点，在主动控制领域有着广阔的应用前景。

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及机械领域，是一种抑制带弹性支承转子系统振动的方法及装置。

(二)技术背景：

随着现代工业技术的飞速发展，大量的转子系统采用了柔性转子设计。由于弹性支承可以降低转子临界转速，并具有一定的支承减振作用，所以在柔性转子中得到了广泛的应用，尤其是航空动力工程领域，现代航空发动机大都采用了带有弹性支承结构的柔性转子设计。但是采用弹性支承结构也带来了相应的问题，由于转子通过临界转速时，弹性支承将要产生较大的变形，随着转子往返通过临界转速，弹性支承就产生了交变变形，使转子的强度问题转化为支承结构的变形与强度问题。因此在系统中引入外阻尼降低转子系统的振动是十分必要的，目前经常采用的引入阻尼的办法有挤压油膜阻尼器、金属橡胶阻尼器等，但是这些方法都不同程度上存在着一定的缺陷。例如在实际工程领域广泛采用的挤压油膜阻尼器有减振效果好的优点，但如果设计制造不好或转子的不平衡恶化，就会大幅度增加油膜力的非线性，导致许多有害的非线性响应。

干摩擦阻尼作为减振手段一直得到广泛的应用，在铁路公路悬挂系统、高层建筑的地震基础隔离等工程领域发挥着重要的作用。近年来，利用干摩擦阻尼进行航空发动机叶片减振更是成为颇受关注的高新技术得到了深入的研究，并且被应用到新型航空发动机的设计中。然而，目前还没有人将干摩擦阻尼与转子系统减振的问题结合起来。

(三)发明内容：

为克服现有技术中存在的精度要求高，工艺难度大的不足，本发明提出了一种引入干摩擦阻尼抑制带弹性支承转子系统振动的方法。

本发明所采取的技术方案是通过干摩擦阻尼器中动、静摩擦片之间的相对运动产生摩擦力，在转子系统中引入外阻尼，以降低转子系统在通过临界转速时的振动，提高转子系统运转的稳定性。

本发明提出的干摩擦阻尼器主要包括动摩擦片、静摩擦片和施力装置。其中动摩擦片套装在轴上，与弹性支承固定连接；轴承固定在动摩擦片的内孔中；静摩擦片位于动摩擦片一侧，可沿轴向移动，并且与动摩擦片之间通过施力装置所施加的压力保持接触，通过施力装置调节压力，以达到调节阻尼值的目的。

本发明的工作方式为：当转子静止时，弹性支承亦为静止状态，摩擦片之间没有相对位移，也就不产生摩擦；当转子振动时，弹性支承端面的动摩擦片与静摩擦片之间产生相对位移，两摩擦片之间产生干摩擦力，为转子系统提供阻尼，从而降低转子系统通过临界转速时的振动。

本发明所采用的技术方案是针对带有弹性支承的转子系统振动问题提出一种有效的抑制方法，引入干摩擦阻尼之后，转子通过临界转速时的振动将会得到有效地抑制，还可以防止转子的失稳振动。干摩擦阻尼的引入相对于挤压油膜阻尼器等现有技术具有结构简单、施加阻尼易于控制、受外界影响较小等优点。同时这种方法还可以与其它手段结合使用，并且因为阻尼效果易于控制，在主动控制领域有着广阔的应用前景。

(四)附图说明：

附图1利用弹簧来施加力的干摩擦阻尼器装置结构图；

附图2干摩擦阻尼器结构示意图；

附图3.1施加干摩擦阻尼后的减振效果(升速幅频特性曲线比较)

附图3.2施加干摩擦阻尼后的减振效果(降速幅频特性曲线比较)

其中：

1.联轴器    2.支座      3.弹性支承    4.动摩擦片

5.轴承      6.静摩擦片  7.固定支座    8.弹簧前导杆

9.弹簧       10.轴    11.弹簧后导杆    12.压板

13.弹簧筒    14.盘

(五)具体实施方式：

本实施例在转子系统中引入干摩擦产生的外阻尼，以降低转子系统在通过临界转速时的振动，提高转子系统运转的稳定性。

本实施例根据转子系统的结构，设计相应的干摩擦阻尼器，采用广泛使用的鼠笼式弹性支承结构，建立了以弹簧为力的施加方式的干摩擦阻尼器。本实施例中，利用干摩擦阻尼器中动、静摩擦片之间的相对运动产生摩擦力向转子系统提供外阻尼，其工作方式为当转子不振动时，弹性支承为静止状态，摩擦片之间没有相对位移，也就不产生摩擦；当转子振动时，弹性支承端面的动摩擦片与静摩擦片之间产生相对位移，两摩擦片之间产生干摩擦力，为转子系统提供阻尼，从而降低转子系统通过临界转速时的振动。

本实施例主要包括柔性转子系统、动摩擦片4、静摩擦片6、弹性支承3以及施力装置(图1)，施力装置采用弹簧作为施力方式。

柔性转子系统：主要包括弹性支承3、轴承5、轴10与盘14。弹性支承3采用鼠笼式弹性支承，通过螺栓固定在支座2上。轴承5通过紧配合固定在动摩擦片4中。

动摩擦片4套装在轴10上，一端面与弹性支承3固定连接；轴承5固定在动摩擦片4的内孔中。静摩擦片6套装在轴10上，位于动摩擦片4另一端面，安装在固定支座7的孔内，两者之间沿轴向为滑动配合，并且与动摩擦片4之间可通过施力装置所施加的压力保持接触，并通过施力装置调节压力，以达到调节阻尼值得目的。

施力装置：由弹簧前导杆8、弹簧后导杆11、弹簧9、压板12、弹簧筒13组成。弹簧筒13套装在轴10之上，通过螺栓固定在支座7上，独立于转子系统；弹簧9、前导杆8和后导杆11分别装在筒内：两导杆8、11套装在轴10上，位于弹簧9两端，其作用是使弹簧9可以沿轴向均匀变形，并且产生的压紧力可以垂直均匀的加载在静摩擦片6上。弹簧筒13内壁为螺纹，压板12通过螺纹与弹簧筒13相配合，当调节压板12在弹簧筒13中的位置时，可压缩弹簧9得到预期的压紧力，为静摩片6提供压紧力，保持动、静摩擦片之间的接触。

本实施例中，干摩擦阻尼器及转子系统的尺寸数据如下：盘半径120mm、厚度40mm，轴的长度(两个轴承中点之间距离)715mm、轴的半径14mm。实际测得鼠笼式弹性支承的刚度系数为5.7167×10⁵N/m。弹簧的弹性系数经实验测定为17.64N/mm。动、静摩片的材料均为A3钢，摩擦系数为0.15。

图3.1、图3.2为在不同的压紧力之下，把转子从500rpm升速至3600rpm，然后在降至500rpm，所测得的升速和减速幅频特性曲线。其中正压力作为参数示出。图中结果表明，不论是升速过程还是减速过程，弹性支承干摩擦阻尼器在临界转速区域都有明显的减振效果。当压紧力为370N时，振幅从未引入干摩擦阻尼时的510μm减为约100μm，减振效果十分明显。