The Effect of Elastic Deformation in a New Style Elastic Squeeze Oil Film Damper on Its Vibration Absorption Characteristics

Squeeze oil film damper are widely used in small high-speed aeroengine.But they are all made of high-hardness alloy steel. In order to improve their vibration absorption performance a new style of soft metal plated damper has been studied. A coat of soft metal is plated on inner surface of the oil film ring, the surface will be deformed to some extent under the effect of oil film pressure. The characteristics of such dampers are calculated and analysed. Result shows that, compared with common damper, the new style damper can change oil film pressure distribution, enhance oil film damping, decrease stiffness, and reduce the force transfered to casing.

Pressure performance for a thin-walled ring and turbulent-jet orifice modeled elastic squeeze film damper

This paper explores an analytical model for Elastic Ring Squeeze Film Damper(ERSFD) with thin-walled ring and turbulent-jet orifices, and uncovers its Oil Film Pressure Performance(OFPP). Firstly, the ring deformation is addressed by using the Fourier series expansion approach and the orifice outflow rate is characterized with the Prandtl boundary layer theory. Secondly, applying finite difference scheme, the influence of elastic ring flexibility, orifice diameter, and attitude angle on the OFPP is analyzed. Finally, Outer chamber pressure was measured experimentally at different rotor speeds. The results indicate that the outer chamber pressure coats an individual load-carrying region and spreads symmetrically pertaining to the attitude angle. Its amplitude drops as the elastic ring flexibility decreases but boosts with the reduction of the orifice diameter.For inner chamber pressure, the orifice diameter effects a similar trend to the outer cavity, but exhibits more stable distribution regarding the attitude angle. Minimizing the elastic ring flexibility causes an increase in amplitude. The model is validated by the test results giving that the outer chamber pressure shifts synchronously and periodically with the variation of the attitude angle,while the pressure amplitude increases slightly at higher rotor speeds.

弹性环阻尼器应变特性分析及实验研究

弹性环应变特性是影响弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)疲劳特性的重要因素。本文针对弹性环应变特性,分别利用有限元方法和有限体积法建立了弹性环和油膜的仿真分析模型,通过分域耦合的迭代方法进行求解,获得了弹性环应变的动力响应。并设计了ERSFD应变特性实验台,开展了应变特性测试实验。研究结果表明:弹性环应变时域信号,有1/2周期趋近于0,类似半波正弦的脉冲循环信号,说明稳态进动过程中,远离进动位置的弹性环与轴颈相互分离或接触不紧密。弹性环受拉伸交变应力影响较大,其中靠近外凸台的小孔内出口处的最大等效应变为1.771×10^(-3),受拉伸交变应力的影响最大。

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。

弹性环挤压油膜阻尼器支撑下的柔性转子系统动力学分析

弹性环挤压油膜阻尼器(Elastic ring squeeze film damper, ERSFD)具有良好的支撑作用和减振效果,但由于其结构和流场耦合行为极为复杂,使得已有的物理模型难以完整表现出ERSFD的力学特性.为了进一步探究ERSFD的力学机理,本文借助有限元仿真平台,采用双向流固耦合的计算方法,剖析弹性环与油膜之间的相互作用,获取ERSFD中油膜压力的分布规律.在此基础上,利用最小二乘法进一步拟合出ERSFD等效刚度、等效阻尼与转子轴颈扰动位移的映射关系,并将其分别引入柔性转子系统动力学模型中.通过数值计算研究了ERSFD支撑下柔性转子系统的振动响应,分别给出了不同转速下转子系统的响应分岔图、轴心轨迹等.同时,通过对比分析,进一步揭示了ERSFD所诱发出的转子系统丰富的非线性动力学行为,有助于对ERSFD轴承支撑特性的理解.

考虑弹性环变形的挤压油膜阻尼器-转子系统动力响应仿真方法

为了研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)对转子-支承系统动力特性的影响,基于阻尼器的流固耦合交互作用,提出了考虑弹性环变形的转子系统动力学响应仿真方法。针对流固耦合特性仿真,固体域采用有限元法计算弹性环变形,流体域采用有限差分法计算油膜压力分布。将阻尼器的动力学系数引入转子系统,采用扫频法求解系统运动方程,最终得到转子系统的稳态动力响应。研究结构参数对ERSFD阻尼系数的影响发现,油膜阻尼与偏心率、轴向长度正相关,而与凸台高度、凸台个数负相关;凸台宽度在4~12 mm内存在最优值,使得油膜阻尼最大。基于参数影响规律改进阻尼器结构,并应用到转子系统后开展仿真分析。结果表明:ERSFD能够提供较大的油膜阻尼,通过降低支承外传力使得盘处的振幅减小。改进后的ERSFD阻尼更大,盘处一阶减振幅度从28%显著提升至41%。

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.

带弹性支承的挤压油膜阻尼器转子响应与分叉

研究了弹性支承下的挤压油膜阻尼器(SFD)转子系统的非线性响应,及其响应的分叉情况。推导了弹性支承、带挤压油膜阻尼器的单盘转子系统的运动微分方程。提出了一种通过求解微扰方程的数值解来计算F loquet乘子的新方法,用来分析转子系统周期解的稳定性,并判断周期解发生分叉的类型。由数值仿真的结果可以看出,响应的分叉主要为鞍结分叉与二次Hopf分叉;支承刚度对油膜力与轴承响应影响很大,支承刚度过大时会引起SFD的油膜涡动。

一种挤压油膜阻尼器的动力特性分析

挤压油膜阻尼器对旋转机械的减振具有重要作用。不同挤压油膜阻尼器的工作特性也不相同。首先介绍了挤压油膜阻尼器动力特性计算方法,比较了数值求解的迭代计算法和曲线交点法的优缺点;其次设计了一种挤压油膜阻尼器试验台,介绍了所设计的实验条件和方法,并进行了动力特性试验研究,得到了3种激振力幅值下的位移导纳曲线。然后对位移导纳的幅频特性和相频特性,进行了计算与试验结果的对比分析,最后得出了有实用价值的结论。

配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响

为了研究配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响,搭建了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子实验系统,设计了两套弹性环组件。通过改变弹性环凸台的配合关系及转子的不平衡质量,实验研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振特性。实验结果表明:弹性环的内凸台为过盈配合时可能导致阻尼器减振失效,为间隙配合时减振效果更好;外凸台配合关系的变化不会导致阻尼器减振失效;凸台为间隙配合时,弹性环的减振效果及转子的响应与不平衡质量的关系线性度更高。提出了设计与应用弹性环式挤压油膜阻尼器时,应保证内凸台为间隙配合的设计建议。

基于ISFD弹性阻尼支撑的齿轮轴系减振实验研究

为了对齿轮轴系进行减振降噪,提出了一种新型integral squeeze film damper(ISFD)弹性阻尼支撑结构。设计并加工了4套实验用ISFD弹性阻尼支撑结构,搭建了开式一级直齿轮实验台,并通过对比主、从动轴分别安装刚性支撑、弹性支撑及弹性阻尼支撑后轴系的振动幅值,来验证其减振降噪效果。实验结果表明,该ISFD弹性阻尼支撑结构能够较好地改善齿轮啮合的冲击振动,并对齿轮啮合传动中大部分频率成分的振动都有良好的减振效果,平均降幅达50%以上,并且减振频带宽。

挤压油膜阻尼器失效问题分析

说明了研究挤压油膜阻尼器（简称ＳＦＤ）减振失效的意义．首先，介绍了国际上研究ＳＦＤ的Ｊ．Ｗ．Ｌｕｎｄ、Ｅ．Ｊ．Ｈａｈｎ、Ｒ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｒ．Ａ．Ｃｏｏｋｓｏｎ和Ｅ．Ｊ．Ｇｕｎｔｅｒ等五个学术集团，归纳出他们谈论到的有关挤压油膜阻尼器失效的观点，特别着重指出了挤压油膜阻尼器失效的不正确设计．失效的现象是过不了临界和导致转子支承系统产生双稳态特性．避免失效的方法是：调整油膜间隙与不平衡量间的关系，应用全油膜，限制不平衡量和采用弹性支座．本文的结论是：假如设计参数选择不当，挤压油膜阻尼器不仅不能减振，反而会导致转子支承系统工作不稳定或过不了临界．

挤压油膜阻尼器失效的判据

挤压油膜阻尼器 (简称SFD)设计不当 ,会导致功能失效 .对弹支 挤压油膜阻尼器来说 ,失效有 2种形式 :一是过不了临界 ,即转子系统的振幅随转速的上升而一直增大 ;二是出现双稳态特性 .2帧失效判据图已经作出 :一是双稳态区域图 ,只要轴承参数和质量偏心率数组不选在双稳态区域内 ,便不致产生双稳态特性 ;二是减振失效边界图 ,只要前述数据组不在失效边界的一侧 ,便不致产生过不了临界的现象 .经实验证明 ,上述结论从正反 2个方面看都是正确的 .

新型挤压油膜阻尼器OSFD的理论研究

将O型环阻尼器与挤压油膜阻尼器组合使用,可以克服SFD设计中固有的缺陷,通过对刚性转子的不平衡响应分析表明,OSFD的设计既可以满足正常设计工况下的小不平衡量,又可以对较大的不平衡量起到良好的减振作用,从而扩大了阻尼器的适用范围,且结构简单,有利于广泛应用。

薄环-紊动射流小孔挤压油膜阻尼器压力特性

为研究单层弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)的油膜压力特性,建立薄环-紊动射流小孔模型。通过平面薄环弯曲理论和普朗特边界层理论分别计算弹性环变形和阻尼孔出口净流速;分析弹性环柔度、阻尼孔直径及进动角变化对油膜压力特性的影响,并开展外腔油膜压力多转速测量试验。结果表明:外腔油膜压力随弹性环柔度的减小而下降,但随阻尼孔直径的减小而增加;对于内腔油膜压力,阻尼孔直径的影响与外腔相似,但减小弹性环柔度导致压力增加。试验表明,外腔油膜压力在不同转速下均同步方位角周期变化,而高转速时,压力幅值略有增加。

弹性环式挤压油膜阻尼器减振实验研究

为研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)的减振效果,建立了可更换不同参数弹性环的转子实验系统,开展了ERSFD的减振效果验证实验,并对实验结果进行了对比和分析。研究结果表明:ERSFD对转子具有较明显的减振作用。供油前后转子系统的各阶临界转速相对变化不超过4.63%,说明ERSFD的油膜不会明显改变转子系统模态。ERSFD的减振效果随着ERSFD的参数变化而变化,并且对转子不同阶模态,减振效果也不同。影响ERSFD减振效果的参数较多,需要进行ERSFD与转子系统的参数优化设计。

非稳态工况下弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性分析

航空发动机主轴系统中滚动轴承常与弹性支承和挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)联合使用,以降低转子的振动。由于支承方式的改变,轴承的运动状态发生较大的变化。基于滚动轴承动力学理论和模态综合法,建立了弹支SFD圆柱滚子轴承-刚性转子刚柔耦合动力学分析模型,开展了转子不平衡量产生的非稳态载荷对弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性的影响研究。结果表明,非稳态工况下,弹支SFD圆柱滚子轴承保持架打滑率表现出明显的波动;挤压油膜阻尼器结构参数对轴承承载和打滑特性有不同程度的影响;周期性的时变载荷使保持架打滑增大且打滑率呈现无规则波动。

弹性环式挤压油膜阻尼器-转子系统动力特性试验研究

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)将减振与调频功能融为一体,既保留了挤压油膜阻尼器(SFD)的优点,又改善了SFD的油膜非线性特性,具有较好的应用前景。以数值分析为辅、试验手段为主,分析了ERSFD-转子系统在弹性环凸台高度、供油条件、滑油温度和不平衡量等因素影响下的动力学特性,并综合各因素的影响结果,得出了试验的三种弹性环凸台高度中,弹性环凸台高度较小的ERSFD支承下,转子的动力特性较为理想。

带弹性支承和挤压油膜阻尼器高速柔性转子系统稳态不平衡响应分析

本文应用传递矩阵法和松弛迭代法,结合具体发动机型号对支承于弹性鼠笼和挤压油膜阻尼器上的高速柔性转子系统稳态不平衡响应进行了理论分析。分析中考虑了轴的质量分布和转子的陀螺力矩。讨论了油膜阻尼器参数、弹性支承刚度系数及不平衡量参数对转子系统稳态不平衡响应的影响,从而为发动机减振系统设计提供了理论依据。

整体式弹性环挤压油膜阻尼器结构设计与转子过临界实验研究

航空发动机等高速柔性转子,工作转速过临界。由于存在不可避免的不平衡质量,转子过临界时会发生剧烈共振。通过使用弹性支撑降低转子系统的临界转速,使用挤压油膜阻尼器(SFD)增加支撑阻尼,可以降低转子过临界振动和外传力。将弹性支撑和阻尼器合二为一,开发设计了新型整体式弹性环挤压油膜阻尼器(IERSFD),构建力学模型并分析了减振原理,在实验室搭建了单盘Jeffcott转子,在IERSFD腔室填充不同黏度阻尼液的条件的下,进行了转子过临界实验,结果表明IERSFD可以有效降低转子过临界振动。