弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置及其测量方法与流程
本发明涉及转子振动控制领域，具体而言，涉及一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置及其测量方法。
背景技术：
弹性支撑挤压油膜阻尼器广泛应用于中小型航空发动机转子支承系统中，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。弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度可有效表征挤压油膜阻尼器的减振特性，因此获取挤压油膜阻尼器的动刚度对于改进挤压油膜阻尼器的设计，使之能最大程度地降低转子的振动，有较大的工程价值。
弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度，可以通过有限元计算和试验测试的方式获得。通过有限元计算得到动刚度的具体数值，其基本方法通常可以包括完全法、缩减法、模态叠加法等。传统的动刚度试验，一般需要用到激振器来模拟转子的旋转力场，用力传感器测量激振力，用加速度传感器测量响应，通过公式可计算得到动刚度。这种动刚度的测量方式，实质上依赖于激振器产生的激振力来模拟转子旋转时由于不平衡量产生的对弹性支撑挤压油膜阻尼器周期性的激振力。这种通过使用激振器来产生激振力的方法，使得弹性支撑挤压油膜阻尼器的状态毕竟与其实际工作过程中的状态有所差别，因此采用激振器产生激振力，进而测量弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度的方法误差较大。从现有公开的资料来看，并无针对弹性支撑挤压油膜阻尼器在实际工作过程中动刚度测量方式及装置设计和应用的专门报道。
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。
技术实现要素：
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，提供一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置，以提高测量精度。
本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量方法。
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，提供了一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置，所述弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置包括支撑座、弹性支撑、挤压油膜内环、挤压油膜外环、轴承、模拟转子、驱动马达以及传感器，所述支撑座具有弹性支撑安装腔，所述弹性支撑安装腔内设置有第一安装部；所述弹性支撑具有本体和由所述本体的一端向外延伸的弹性支撑轴承座，所述本体的另一端具有第二安装部，所述第二安装部与所述第一安装部匹配，以将所述弹性支撑固定于所述弹性支撑安装腔内；所述弹性支撑轴承座至少部分伸出于所述弹性支撑安装腔的外部；所述挤压油膜内环套设于所述弹性支撑轴承座的外周；所述挤压油膜外环套设于所述挤压油膜内环的外周，所述挤压油膜内环与所述挤压油膜外环之间存在间隙；所述挤压油膜外环固定于所述支撑座上；所述轴承的外圈套设于所述弹性支撑轴承座的内周，与所述弹性支撑轴承座过渡配合；所述模拟转子套设于所述轴承的内圈，所述模拟转子与所述内圈过盈配合，所述模拟转子具有由所述模拟转子的外周面向外突出形成的凸台，所述轴承的内圈轴向限位于所述凸台；所述驱动马达与所述模拟转子连接，以驱动所述模拟转子旋转；所述传感器包括力传感器和加速度传感器；所述传感器设置于所述挤压油膜内环，所述力传感器用于感测所述挤压油膜内环的激振力，所述加速度传感器用于感测所述挤压油膜内环的振动加速度。
根据本发明的一实施方式，其中所述挤压油膜外环内壁开有滑油槽和两个密封槽，两个所述密封槽分别位于所述滑油槽的两侧，滑油能够经由进油孔和所述滑油槽进入所述间隙内，两个所述密封槽内均设有密封圈，所述密封圈与所述挤压油膜内环的外壁紧密配合。
根据本发明的一实施方式，其中所述滑油槽沿所述的挤压油膜外环内壁周向布置，所述滑油槽与所述间隙连通。
根据本发明的一实施方式，其中所述力传感器包括第一力传感器和第二力传感器，所述第一力传感器用于测量第一方向的力，所述第二力传感器用于测量第二方向的力，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述加速度传感器包括第一加速度传感器和第二加速度传感器，所述第一加速度传感器测量第三方向的加速度，所述第二加速度传感器测量第四方向的加速度，所述第三方向与所述第四方向垂直。
根据本发明的一实施方式，其中所述第一方向和/或所述第三方向为水平方向，所述第二方向和/或所述第四方向为竖直方向。
根据本发明的一实施方式，其中所述弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置还包括动态信号分析仪，所述动态信号分析仪能够接收所述力传感器感测的激振力信号和所述加速度传感器感测的振动响应信号，并获得所述弹性支撑挤压油膜阻尼器的振动响应与激振力的关系曲线。
根据本发明的一实施方式，其中所述弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置还包括滑油源，所述滑油源通过管路与所述间隙连通。
根据本发明的一实施方式，其中所述弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置还包括套筒和紧固件，所述紧固件具有内螺纹，所述模拟转子套设于所述轴承内的一端具有与所述内螺纹匹配的外螺纹，所述套筒设置于所述紧固件和所述轴承的内圈之间。
根据本发明的一实施方式，其中所述弹性支撑的所述本体具有多个鼠笼弹条，多个所述鼠笼弹条周向均布于所述本体上。
根据本发明的另一个方面，提供一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量方法，所述动刚度测量方法使用本发明提供的弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置，所述动刚度测量方法包括以下步骤：
利用所述加速度传感器测量所述挤压油膜内环的水平方向的加速度ah(t)和竖直方向的加速度av(t)，利用力传感器测量所述挤压油膜内环的水平方向的动态激振力fh(t)和第四方向的动态激振力fv(t)；
利用积分公式
对时域内的动态激振力f(t)和振动位移s(t)由公式
由动刚度计算公式k(ω)＝f(ω)/s(ω)计算得到水平方向和竖直方向的动刚度kh(ω)和kv(ω)；
其中k(ω)表示为k(ω)＝re(ω)+jim(ω)，其中re(ω)表示动刚度的实部，与弹性支撑挤压油膜阻尼器的静刚度、质量及激振频率有关；im(ω)＝ωc，与弹性支撑挤压油膜阻尼器的阻尼和激振频率有关，表示动刚度的虚部，c为弹性支撑挤压油膜阻尼器的阻尼。
由上述技术方案可知，本发明的弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置及其测量方法的优点和积极效果在于：该动刚度测量装置可以直接测量弹性支撑挤压油膜阻尼器在实际工作过程中的动刚度，区别于现有的通过激振器产生激振力进而间接测量动刚度的方式，能更真实地反映弹性支撑挤压油膜阻尼器在实际工作过程中的减振特性。
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是根据一示例性实施方式示出的一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的刚度测量装置的结构示意图；
图2是根据一示例性实施方式示出的一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的刚度测量装置的结构图；
图3是图2中的a-a剖面图；
图4是图2中的b-b剖面图；
图5是图4中c圈中部分的局部放大图。
其中，附图标记说明如下：
1、支撑座；2、弹性支撑；
3、挤压油膜内环；4、轴承；
5、模拟转子；6、挤压油膜外环；
10、弹性支撑安装腔；20、第二安装部；
21、本体；22、弹性支撑轴承座；
50、凸台；30、油膜腔；
7、管路；8、套筒；
9、螺帽；110、水平方向加速度传感器；
111、竖直方向加速度传感器；112、水平方向力传感器；
113、竖直方向力传感器；60、进油孔；
61、滑油槽；140、螺栓；
150、螺母；62、第二密封槽；
63、第一密封槽；100、第一密封圈；
101、第二密封圈；
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更全面和完整，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。
根据本发明的一个方面，提供一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置，弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置包括支撑座1、弹性支撑2、挤压油膜内环3、挤压油膜外环6、轴承4、模拟转子5、驱动马达以及传感器，支撑座1可以具有弹性支撑安装腔10，弹性支撑安装腔10内可以设置有第一安装部。弹性支撑2可以具有本体21和由本体21的一端向外延伸的弹性支撑轴承座22，本体21的另一端可以具有第二安装部20，第二安装部20可以与第一安装部匹配，以将弹性支撑2固定于弹性支撑安装腔10内。第一安装部可以与第二安装部20通过紧固件连接，该紧固件可以为铆钉或者螺栓，但不以此为限，第一安装部与第二安装部20相互匹配的位置可以分别设置有通孔，可以通过8个螺栓140和与其匹配的螺母150配合，以将螺栓140固定于通孔中，以实现将弹性支撑2固定于支撑座1上，都在本发明的保护范围内。
参照图3和图4，弹性支撑轴承座22至少部分能够伸出于弹性支撑安装腔10的外部，挤压油膜内环3可以套设于弹性支撑轴承座22的外周，挤压油膜外环6可以套设于挤压油膜内环3的外周，沿挤压油膜内环3的轴线方向，挤压油膜内环3的轴向长度可以大于挤压油膜外环6的轴向长度，由此挤压油膜内环3相对于挤压油膜外环6向外突出，以将力传感器和加速度传感器设置于该挤压油膜内环3的突出部上。
挤压油膜外环6可以固定于支撑座1上。轴承4的外圈可以套设于弹性支撑轴承座22的内周，与弹性支撑轴承座22过渡配合。模拟转子5可以套设于轴承4的内圈，模拟转子5与内圈过盈配合，模拟转子5具有由模拟转子5的外周面向外突出形成的凸台50，轴承4的内圈轴向限位于凸台50。根据本发明的一具体实施方式，其中轴承4可以套设于模拟转子5的具有凸台50的一端的外周，以使轴承4的内圈抵顶于该凸台50，在轴承4的另一侧还可以设置套筒8，通过将紧固件固定于该模拟转子5的具有凸台50的该端，可以将套筒8抵顶于轴承4内圈上，从而可以对轴承4进行轴向限位。驱动马达与模拟转子5连接，以驱动模拟转子5旋转；传感器包括力传感器和加速度传感器；传感器设置于挤压油膜内环3，力传感器用于感测挤压油膜内环3的激振力，加速度传感器用于感测挤压油膜内环3的振动加速度。根据本发明的一具体实施方式，其中力传感器和加速度传感器可以通过紧固件固定于挤压油膜内环3上，也可以通过胶粘贴等其他连接方式固定于挤压油膜内环3上，都在本发明的保护范围内。
继续参照图5，根据本发明的一具体实施方式，其中挤压油膜内环3可以与挤压油膜外环6之间存在间隙，挤压油膜外环6内壁开有滑油槽61和两个密封槽，两个密封槽分别为第一密封槽63和第二密封槽62，两个密封槽分别位于滑油槽61的两侧，滑油能够经由进油孔60和滑油槽61进入间隙内，两个密封槽内均设有密封圈，参照图5，第一密封槽63内可以设置有第一密封圈100，第二密封槽62内可以设置有第二密封圈101，这两个密封圈与挤压油膜内环3的外壁紧密配合，以在第一密封圈100和第二密封圈101之间，以及挤压油膜内环3和挤压油膜外环6之间形成油膜腔30。根据本发明的一具体实施方式，其中滑油槽61沿挤压油膜外环内壁周向布置，滑油槽61与油膜腔30连通，都在本发明的保护范围内。
根据本发明的一具体实施方式，其中该油膜腔30通过管路7与滑油源连通，根据本发明一具体实施方式，其中油膜腔30和滑油源之间可以设置有滑油泵，该滑油泵可以设置于管路7上，但不以此为限，都在本发明的保护范围内。根据本发明的一具体实施方式，其中挤压油膜外环6上还可以设置有进油孔60，滑油可以通过该进油孔60而进入到油膜腔30内。根据本发明的具体实施方式，其中进油孔60可以在孔壁上设置有螺纹，以方便与管路7连接。
根据本发明的一具体实施方式，其中力传感器包括第一力传感器和第二力传感器，第一力传感器可以用于测量第一方向的力，第二力传感器可以用于测量第二方向的力，第一方向可以与第二方向垂直。根据本发明的一具体实施方式，其中第一方向可以为水平方向，第二方向可以为竖直方向，但不以此为限。第一力传感器可以为水平方向力传感器112，第二力传感器可以为竖直方向力传感器113。加速度传感器可以包括第一加速度传感器和第二加速度传感器，第一加速度传感器可以测量第三方向的加速度，第二加速度传感器可以测量第四方向的加速度，第三方向可以与第四方向垂直。根据本发明的一具体实施方式，第三方向可以为水平方向，第四方向可以为竖直方向，但不以此为限。第一加速度传感器可以为水平方向加速度传感器110，第二加速度传感器可以为竖直方向加速度传感器111，但不以此为限。
参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置还包括动态信号分析仪，动态信号分析仪能够接收力传感器感测的激振力信号和加速度传感器感测的振动响应信号，并获得弹性支撑挤压油膜阻尼器的振动响应与激振力的关系曲线。在模拟转子5旋转的过程中，由于模拟转子5的不平衡等引起的激振力通过轴承4可以传递到弹性支撑挤压油膜阻尼器上，位于挤压油膜内环3上的力传感器可以用于测量弹性支撑挤压油膜阻尼器上模拟转子5施加的激振力，加速度传感器可以用于测量弹性支撑挤压油膜阻尼器上的振动响应，然后将力传感器和加速度传感器测量的信号分别经过电荷放大器放大后接入动态信号分析仪中，经过进一步地分析处理可以获得实际工作过程中弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度参数。
根据本发明的一具体实施方式，其中弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置还包括套筒8和紧固件，紧固件具有内螺纹，模拟转子5可以套设于轴承4内的一端具有与内螺纹匹配的外螺纹，套筒8可以设置于紧固件和轴承4的内圈之间。根据本发明的一具体实施方式，其中紧固件可以为螺帽9，通过将螺帽9紧固在模拟转子5的外螺纹上，可以将轴承4轴向定位于模拟转子5上。根据本发明的一具体实施方式，其中套筒8的外径可以小于轴承4内圈的外径，从而可以使套筒8的端面与轴承4的内圈充分接触，又可以防止套筒8对轴承4的外圈进行干涉。
根据本发明的另一方面，提供一种弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用加速度传感器测量挤压油膜内环3的水平方向的加速度ah(t)和竖直方向的加速度av(t)，利用力传感器测量挤压油膜内环3的水平方向的动态激振力fh(t)和竖直方向的动态激振力fv(t)；
对水平方向的加速度ah(t)和竖直方向的加速度av(t)分别积分，以得到水平方向的位移sh(t)和竖直方向的位移sv(t)；
对时域内的动态激振力f(t)和振动位移s(t)由公式
由动刚度计算公式k(ω)＝f(ω)/s(ω)计算得到水平方向和竖直方向的动刚度kh(ω)和kv(ω)；
其中k(ω)表示为k(ω)＝re(ω)+jim(ω)，其中re(ω)表示动刚度的实部，与弹性支撑挤压油膜阻尼器的静刚度k、质量m及激振频率有关；im(ω)＝ωc，与弹性支撑挤压油膜阻尼器的阻尼和激振频率有关，表示动刚度的虚部，c为弹性支撑挤压油膜阻尼器的阻尼。
模拟转子5高速旋转时，由于模拟转子5不平衡等因素引起的动态激振力，通过轴承4、弹性支撑轴承座22传至挤压油膜内环3上。在挤压油膜内环3上，由水平方向加速度传感器110和竖直方向加速度传感器111与水平方向力传感器112和竖直方向力传感器113分别测得两相互垂直方向上的振动加速度ah(t)和av(t)与动态激振力fh(t)和fv(t)。由公式
综上，本发明提供的弹性支撑挤压油膜阻尼器的动刚度测量装置及其测量方法的优点和有益效果在于：该动刚度测量装置可以直接测量弹性支撑挤压油膜阻尼器在实际工作过程中的动刚度，区别于现有的通过激振器产生激振力进而间接测量动刚度的方式，能更真实地反映弹性支撑挤压油膜阻尼器在实际工作过程中的减振特性。除此，挤压油膜阻尼器动刚度测量方法可行，测量装置设计合理。
动刚度是衡量结构抗振能力的常用指标，结构在动态力作用下，动刚度越大，振动量越小；反之，动刚度越小，振动量越大。在共振区，动刚度一般只有静刚度的几分之一到十几分之一。分析结构的动刚度特性，研究提高动刚度的途径，能较合理地进行结构动态设计，消除结构中的薄弱环节，增强其抗振、抗冲击能力。
动刚度并非是一个常数，而是随激振频率的改变而改变，是激振频率的函数，当激振频率等于系统固有频率时，动刚度达到最小。动刚度是一个复数，同时包含有动刚度的幅频和相频信息。对于一个确定的系统，动刚度的数值取决于结构本身的参数：静刚度k、阻尼c和质量m。
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。在上面的描述中，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。
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