一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置及方法

摘要

本发明公开一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置及方法，弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置包括安装座、弹性支撑、挤压油膜外环、加载环、激振模拟机构及控制机构。弹性支撑包括本体和轴承座；挤压油膜外环固定于安装座且围绕轴承座的外周设置；加载环的一端套设于轴承座的内部，加载环能够相对于轴承座旋转；激振模拟机构包括激振器、激振杆、力传感器及加速度传感器。其中，在激振器的作用下，激振杆向加载环施加激振力，使得轴承座产生振动，动态信号分析仪其能够接收力传感器发出的激振力信号和加速度传感器发出的振动响应信号，并获得弹性支承挤压油膜阻尼器的振动响应与激振力的关系曲线。

说明书

技术领域

本发明总体来说涉及弹性支承挤压油膜阻尼器，具体而言，涉及航空发 动机转子弹性支承挤压油膜阻尼器的减振特性试验。

背景技术

弹性支承挤压油膜阻尼器已经广泛应用于中小型航空发动机转子支承 系统中。在工作过程中，它能有效吸收转子由于残余不平衡量引起的振动能 量，显著减小转子的振动位移和降低轴承的载荷，提高发动机的工作稳定性 和可靠性以及延长轴承的工作寿命。

对弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性的研究，国内主要偏向于机理分 析、常规数学力学模型的建立及相关理论推导、算法研究或改进以及一些验 证性的试验研究。在理论分析上，目前普遍采用了基于理想粘性流体基本假 定的雷诺方程作为挤压油膜阻尼器动力特性的基本分析理论。事实上，由于 挤压油膜阻尼器的工作原理、工作条件和运动状态均十分复杂，因此单纯借 助雷诺方程和一些相关假定，难以全面准确和真实地描述挤压油膜阻尼器在 工作过程中所具有的动力特性。在试验验证上，目前普遍采用转子和阻尼支 承构成的旋转试验装置来实施对弹性支承挤压油膜阻尼器动力特性的试验 分析。由于试验过程主要反映的是“转子-支承系统”的综合动力特性，很难 从中提取弹性支承挤压油膜阻尼器本身的动力特性成分，进行相对充分和有 针对性的考察与分析。因此，试验结果往往不足以有效地揭示弹性支承挤压 油膜阻尼的复杂的运动规律，不能对弹性支承挤压油膜阻尼器的改进设计提 供更加针对性的指导意见。

另外，现有的针对弹性支承挤压油膜阻尼器的试验装置，在试验过程中 存在油液飞溅，油膜压力过小等问题，试验环境十分恶劣，不光会污损试验 仪器和设备，还会对试验人员的身心健康带来不利影响。

目前，鲜有针对弹性支承挤压油膜阻尼器的试验装置的报道，已有报道 的试验装置设计复杂，操作困难。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理 解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一 种一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置及方法，其设计简单有 效、拆装方便、工作可靠，可获得弹性支承挤压油膜阻尼器的振动响应与激 振力的关系曲线。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性 试验装置，包括安装座、弹性支撑、挤压油膜外环、加载环、激振模拟机构 及控制机构。

弹性支撑包括本体和轴承座，本体固定于安装座上，轴承座与本体固定 连接并自本体的一侧突出；挤压油膜外环固定于安装座且围绕轴承座的外周 设置，挤压油膜外环与轴承座之间存在间隙，挤压油膜外环上开设供油孔， 其与间隙连通，滑油能够经由供油孔进入间隙内；加载环的一端套设于轴承 座的内部，加载环能够相对于轴承座旋转；激振模拟机构包括激振器、激振 杆、力传感器及加速度传感器，激振杆的一端与激振器连接，激振杆的另一 端与加载环的另一端连接，力传感器固定于激振杆上，加速度传感器设置于 加载环的另一端上，加速度传感器位于激振杆所在直线上，且与激振杆相对 设置；控制机构包括动态信号分析仪。

其中，在激振器的作用下，激振杆向加载环施加激振力，使得轴承座产 生振动，动态信号分析仪其能够接收力传感器发出的激振力信号和加速度传 感器发出的振动响应信号，并获得弹性支承挤压油膜阻尼器的振动响应与激 振力的关系曲线。

根据本发明的一个方面，提供了一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性 试验方法，其利用上述的弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置进行， 包括以下步骤：

以激振器向加载环施加激振力，使得轴承座产生振动；

由力传感器感测激振力，以及由加速度传感器感测振动响应；及

通过动态信号分析仪接收力传感器发出的激振力信号和加速度传感器 发出的振动响应信号，并获得弹性支承挤压油膜阻尼器的振动响应与激振力 的关系曲线。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：使用本发明所述 的试验装置，进行某型发动机弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验，获得 了弹性支承挤压油膜阻尼器与弹性支承刚度、油膜间隙、滑油压力、滑油粘 度等有关的动力特性数据，以及开始进入非线性区时的弹性支承轴承座外壁 振幅与油膜间隙的百分比值，对弹性支承挤压油膜阻尼器在航空发动机研制 中的应用有重要参考价值。并且，本发明的试验装置设计简单有效、拆装方 便、工作可靠，可进行弹性支承挤压油膜阻尼器的多物理参数对其减振特性 影响规律的试验研究。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各 种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解， 并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的 部件。其中：

图1为根据一示例性实施方式示出的一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振 特性试验系统框图；

图2为根据一示例性实施方式示出的一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振 特性试验装置的整体结构图；

图3为图2中沿A-A线的横向剖视图；

图4为图2中沿B-B线的横向剖视图；及

图5为图3中C线内的局部放大图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够 以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这 些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达 给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将 省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实 施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方 式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方 案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、 材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免 模糊本发明的各方面。

如图1至图5所示，本发明提供一种弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性 试验装置，包括安装座10、弹性支撑20、挤压油膜外环30、加载环40、激 振模拟机构及控制机构。

弹性支撑20包括本体21和轴承座22，本体21固定于安装座10上，轴 承座22与本体21固定连接并自本体21的一侧突出。挤压油膜外环30固定 于安装座10且围绕轴承座22的外周设置，挤压油膜外环30与轴承座22之 间存在间隙，挤压油膜外环30上开设供油孔31，其与间隙连通，滑油能够 经由供油孔31进入间隙内。加载环40的一端套设于轴承座22的内部，加 载环40能够相对于轴承座22旋转。激振模拟机构包括激振器(未示出)、 激振杆51、力传感器52及加速度传感器53，激振杆51的一端与激振器连 接，激振杆51的另一端与加载环40的另一端连接，力传感器52固定于激 振杆51上，加速度传感器53设置于加载环40的另一端上，加速度传感器 53位于激振杆51所在直线上，且与激振杆51相对设置。控制机构包括动态 信号分析仪。

其中，在激振器的作用下，激振杆51向加载环40施加激振力，使得轴 承座21产生振动，动态信号分析仪其能够接收力传感器52发出的激振力信 号和加速度传感器53发出的振动响应信号，并获得弹性支承挤压油膜阻尼 器的振动响应与激振力的关系曲线。

本发明的弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置是将现有的弹性 支撑安装于安装座上，以加载环模拟假轴承，激振器产生正弦激振力激励弹 性支承的轴承座，从而模拟转子转动时对弹性支承挤压油膜阻尼器所施加的 载荷。当弹性支承的轴承座产生周向进动时，与挤压油膜外环之间形成典型 的挤压油膜。由加速度传感器测量弹性支承挤压油膜阻尼器在激振器激励下 的振动响应。

使用本发明所述的试验装置，进行某型发动机弹性支承挤压油膜阻尼器 减振特性试验，获得了弹性支承挤压油膜阻尼器与弹性支承刚度、油膜间隙、 滑油压力、滑油粘度等有关的动力特性数据，以及开始进入非线性区时的弹 性支承轴承座外壁振幅与油膜间隙的百分比值，对弹性支承挤压油膜阻尼器 在航空发动机研制中的应用有重要参考价值。并且，本发明的试验装置设计 简单有效、拆装方便、工作可靠，可进行弹性支承挤压油膜阻尼器的多物理 参数对其减振特性影响规律的试验研究。

本实施例中，弹性支承的本体21通过8个小螺栓23和小螺帽24固定 在安装座10上，弹性支承的轴承座22的外壁面向挤压油膜外环3，二者之 间存在小间隙。挤压油膜外环30的上、下端面为平面，挤压油膜外环30通 过6个大螺栓32与安装座10相连。然而，上述结构的连接方式不限于此。

挤压油膜外环30内壁开有滑油槽33和两个密封槽34，两个密封槽34 位于滑油槽33的两侧。滑油泵(未示出)供给的滑油经供油管35输送至供 油孔31，然后进入滑油槽33，进而布满整个挤压油膜腔D。两个密封槽34 内均设有密封圈36，密封圈36与轴承座21的外壁紧密配合，起到密封作用， 这样使得具有一定压力的滑油不会从挤压油膜腔的两端泄露，既有利于挤压 油膜压力的建立，同时也可以保证良好的测试环境和测试人员操作的舒适 性。

通常的激振力可分解为两个相互垂直的力，因此，本实施例中，设置了 两套激振模拟机构，二者夹角为90°，两台激振器产生的同频率、相位差 90°的正弦激振力则可同步激励弹性支承的轴承座22，从而模拟转子转动时 对弹性支承挤压油膜阻尼器所施加的载荷。

其中，两套激振模拟机构为相对于弹性支承对称设置，在两相互垂直的 周期激励力作用下，弹性支承的轴承座外壁的振动响应，加速度传感器分别 测量其对应的振动响应，振动响应与两个方向互相垂直的激振力一同接入动 态信号分析仪。经过进一步地分析处理，可获得弹性支承挤压油膜阻尼器振 动响应与激振力之间的关系曲线。

本实施例中，每一激振模拟机构还包括传力座54，激振杆51的另一端 通过传力螺栓55和锁紧螺母56与传力座54连接，传力座54的两端通过压 紧螺栓57固定在加载环40上。

其中，加载环40的一端为环形，加载环40的另一端为方形，传力座54 为弓形，传力座54的两端与加载环40的另一端固定。

如图1所示，本实施例中，控制机构还可包括信号发生器、功率放大器 及控制器，信号发生器能够调节激振器的激振力的频率与幅值，功率放大器 能够调节激振器的功率，控制器用于控制激振器。通过改变激振力的大小可 以模拟转子实际工作中的不平衡力的大小，改变激振力的频率可模拟转子实 际工作中的不同转速。进一步地，还可以研究不同的弹性支承刚度、油膜间 隙、滑油粘度、滑油压力等参数对弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性的影响， 即得到弹性支承挤压油膜阻尼器的减振特性。

具体为：HIOKI-7075双通道信号发生器产生两个频率与幅值相同、相位 相差90°的正弦信号。这两路正弦信号经B&K-2721单通道功率放大器放大 后，分别控制两台B&K-4826激振器的输出参数，使其产生幅值和频率可控 的等效旋转激振力。激振力经两只BISE5110动态力传感器测量后，加载到 弹性支承挤压油膜阻尼器上。两只B&K-4382V加速度传感器测量的弹性支 承挤压油膜阻尼器振动响应，经B&K-2692-0S4四通道电荷放大器放大后和 两只BISE5110力传感器测量的经SK6881单通道电荷放大器放大后的激振 力信号，一同接入DEWE-3021动态信号分析仪。经过Dewesoft6.6.7动态信 号记录和分析软件进一步分析处理，可获得弹性支承挤压油膜阻尼器振动响 应与激振力的关系曲线以及其随弹性支承刚度、油膜间隙、滑油粘度、滑油 压力等参数的变化规律，即得到弹性支承挤压油膜阻尼器的减振特性。

在一实施例中中，弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验方法为：采用 方向相互垂直的2台激振器同频率、相位差90°激励以获得旋转力场激振， 在(10-1000)Hz范围内进行扫描激振试验。在试验过程中，测量被试弹性 支承上相互垂直的两根弹条的根部振动应变量，测量这两方向上激振杆的激 振力；测量弹性支承轴承座相互垂直的两方向上的加速度值，测量激振器的 输出功率及其频率(相当于转速频率)等，记录滑油粘度、滑油压力等数据。

按设计数值改变弹性支承刚度、油膜间隙、滑油粘度及滑油压力等进行 上述试验。选择合适的弹性支承刚度、油膜间隙、滑油粘度和滑油压力，分 级改变激振力大小，获得弹性支承应变与振幅的关系曲线，寻找开始进入非 线性区时的振幅与油膜间隙的百分比值，获得弹性支承挤压油膜阻尼器的减 振特性。

以上针对弹性支承挤压油膜阻尼器减振特性试验装置，仅仅是以该装置 为例，说明本发明的具体设计与实施过程，并不局限于试验装置的具体结构。 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是 说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而 不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细 节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利 要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。