一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承、转动系统

1.本实用新型涉及转动机构领域，具体而言，涉及一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承、转动系统。


背景技术：

2.传统的轴承在承受较大的荷载时，转动稳定性会受到很大的影响，特别是接近一阶临界转速区时，转动的稳定性和可靠性都会受大很大的干扰。
3.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的第一个目的在于提供一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承，其结构简单，能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。
5.本实用新型的第二个目的在于提供一种可控阻尼的转动系统，其能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。
6.本实用新型的第三个目的在于提供一种控制方法，其操作简单，流程简洁，能够很方便地实现对轴承的调控，保证轴承运转的安全性和稳定性。
7.本实用新型的实施例是这样实现的：
8.一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承，其包括：轴承座、圆锥轴瓦、阻尼环、压力触头、驱动环、压电驱动器和控制器；圆锥轴瓦可转动地安装于轴承座，阻尼环套设于圆锥轴瓦的外侧；压力触头设置于驱动环并沿驱动环的周向间隔设置，驱动环与圆锥轴瓦同轴心设置，压力触头朝向阻尼环设置，压力触头抵接于阻尼环；压电驱动器与驱动环配合，控制器与压电驱动器电性连接。
9.进一步地，圆锥动静压滑动轴承还包括压力传感器，压力传感器嵌设于阻尼环内部，以用于检测阻尼环的压力。
10.进一步地，圆锥轴瓦的内壁开设有油腔，圆锥动静压滑动轴承设置有输油孔，输油孔由轴承座的外壁向内贯穿阻尼环和圆锥轴瓦。
11.进一步地，油腔为多个，多个油腔沿圆锥轴瓦的周向均匀间隔设置。
12.进一步地，阻尼环为金属橡胶弹性阻尼环。
13.进一步地，压力触头呈锥状，压力触头的尖部与阻尼环相抵。
14.一种可控阻尼的转动系统，其包括：转轴和上述的可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承；转轴可转动地配合于圆锥动静压滑动轴承的圆锥轴瓦。
15.进一步地，转轴的两端均配合有圆锥动静压滑动轴承，位于两端的圆锥动静压滑动轴承的压电驱动器均与同一个控制器电性连接。
16.一种上述的可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承的控制方法，其包括：供油；轴颈静压
浮起；启动转轴；转轴平稳加速；利用控制器控制压电驱动器操作驱动环，以压紧或者放松阻尼环；及将转轴度过一阶临界转速区。
17.本实用新型实施例的有益效果是：
18.本实用新型实施例提供的可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承提高了旋转机械的可靠性和耐久性，使转子在多次启动情况下可以超临界转速模式可靠运行，特别是提高了整个系统在轴向和径向的不平衡力干扰因素的抗振动干扰能力，以及在旋转轴振动频率增加的时侯提高旋转机械的运行可靠性。
19.总体而言，本实用新型实施例提供的可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承结构简单，能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。本实用新型实施例提供的可控阻尼的转动系统能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。本实用新型实施例提供的控制方法操作简单，流程简洁，能够很方便地实现对轴承的调控，保证轴承运转的安全性和稳定性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本实用新型实施例提供的圆锥动静压滑动轴承的结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例中的转子圆盘瞬时位置受力示意图；
23.图3为本实用新型实施例中的幅值
‑
转速曲线；
24.图4为本实用新型实施例中的刚性支承与弹性支承的振幅
‑
转速曲线；
25.图5为本实用新型实施例提供的转动系统的结构示意图；
26.图6为本实用新型实施例提供的控制方法的流程示意图。
27.图标：100
‑
圆锥动静压滑动轴承；110
‑
轴承座；120
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圆锥轴瓦；130
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阻尼环；141
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压力触头；140
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驱动环；150
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压电驱动器；160
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控制器；170
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压力传感器；180
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油腔；181
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输油孔；200
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转动系统；210
‑
转轴。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
33.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0034]“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
[0035]
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0036]
实施例
[0037]
请参照图1，本实施例提供一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承100，圆锥动静压滑动轴承100包括：轴承座110、圆锥轴瓦120、阻尼环130、压力触头141、驱动环140、压电驱动器150和控制器160。
[0038]
圆锥轴瓦120可转动地安装于轴承座110，阻尼环130套设于圆锥轴瓦120的外侧。压力触头141设置于驱动环140并沿驱动环140的周向间隔设置，驱动环140与圆锥轴瓦120同轴心设置，压力触头141朝向阻尼环130设置，压力触头141抵接于阻尼环130。压电驱动器150与驱动环140配合，控制器160与压电驱动器150电性连接。
[0039]
利用控制器160操控压电驱动器150，从而通过压电驱动器150来调控驱动环140，驱动环140利用压力触头141挤压或者释放阻尼环130，从而实现对阻尼环130的阻尼和刚度的调节。
[0040]
为了进一步提高对阻尼环130的阻尼的调控精度，圆锥动静压滑动轴承100还包括压力传感器170，压力传感器170嵌设于阻尼环130内部，以用于检测阻尼环130的压力。
[0041]
为了提高轴承整体运行过程中的顺滑度和平稳性，圆锥轴瓦120的内壁开设有油腔180，圆锥动静压滑动轴承100设置有输油孔181，输油孔181由轴承座110的外壁向内贯穿阻尼环130和圆锥轴瓦120。
[0042]
在本实施例中，油腔180为多个，多个油腔180沿圆锥轴瓦120的周向均匀间隔设置，从而起到充分的润滑作用。例如，油腔180设置为6个。
[0043]
为了确保阻尼环130的结构强度和耐用性，并使阻尼环130具备足够大的阻尼调节范围，阻尼环130采用金属橡胶弹性阻尼环130。
[0044]
在本实施例中，压力触头141呈锥状，压力触头141的尖部与阻尼环130相抵，这样能够增大压力触头141对阻尼环130的压强，从而能够更方便地挤压阻尼环130，使得对阻尼的调节更加容易。
[0045]
本技术的实用新型人研究发现：在现有的轴承支撑的转子系统中，常常在转子高速旋转下产生失稳。转子系统的动态失稳的原因主要来自两点：1.高速转子系统在启动、加速、减速和停止的过程中将反复经过临界转速运行，易使转子系统发生谐振，其中，滑动轴承非线性油膜力引起的油膜失稳(油膜涡动、油膜振荡)所引发的一系列故障问题尤为突出。2.诸如航空发动机、潜艇、航母等高速旋转设备的转子系统的工作环境日益复杂化、恶劣化，而日益轻巧、高速的转子系统对复杂工况的多因素干扰(诸如温度等)十分敏感，而这些复杂工况常常会引起转子系统动态失稳。
[0046]
在此基础上，请结合图2，本技术的实用新型人继续研究发现：由理论推导可知其中为相对阻尼系数，p为固有频率，于是可知：
[0047]
依此可以得到幅值
‑
转速曲线，如图3所示，综上可知，转子系统在阻尼比为0(即无阻尼情况下)，在左右，动扰度r趋向正无穷。此时的ω称为临界转速，附近区域称为临界转速区。若要平稳度过临界转速区，必须调整系统的刚度和阻尼。
[0048]
本实施例提供的圆锥动静压滑动轴承100可以动态调整金属橡胶相对密度(即调整系统的刚度和阻尼)，减小转子的振动幅值，简称振幅，平稳度过一阶临界转速区，达到可控、稳定的目的。如图4所示，在3900rpm(一阶临界转速)，进行阻尼调整，减少振幅(由225微米降至178微米，降低了约20.9％)。又在刚性支承(无金属橡胶弹性阻尼环130)情况下，在6900rpm处出现油膜振荡，而在有弹性支承(金属橡胶弹性阻尼环130)时，在7200rpm，才出现了油膜振荡，推迟了油膜振荡发生的转速阈值，并且油膜振荡的振幅得到抑制(由700微米降低至180微米，降低了约74.2％)。在金属橡胶弹性阻尼器控制情况下及某些特殊条件下，该系统能够完全解决油膜涡动与油膜振荡引发的动态失稳问题，降低转子系统临界转速时的振幅，保证转子系统平稳运行至13500rpm。
[0049]
总的来说，圆锥动静压滑动轴承100提高了旋转机械的可靠性和耐久性，使转子在多次启动情况下可以超临界转速模式可靠运行，特别是提高了整个系统在轴向和径向的不平衡力干扰因素的抗振动干扰能力，以及在旋转轴210振动频率增加的时侯提高旋转机械的运行可靠性。
[0050]
请结合图5，本实施例还提供一种可控阻尼的转动系统200，其包括：转轴210和上
述的可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承100。转轴210可转动地配合于圆锥动静压滑动轴承100的圆锥轴瓦120。
[0051]
在本实施例中，转轴210的两端均配合有圆锥动静压滑动轴承100，位于两端的圆锥动静压滑动轴承100的压电驱动器150均与同一个控制器160电性连接。
[0052]
请结合图6，为了使转动系统200的运行效果更佳，本实施例还提供一种控制方法，控制方法包括：
[0053]
先通过输油孔181向油腔180供油，使圆锥动静压滑动轴承100的轴颈静压浮起，随后即可启动转轴210。
[0054]
将转轴210平稳加速，当转轴210的转速即将达到一阶临界转速区时，利用控制器160控制压电驱动器150操控驱动环140，利用压力触头141挤压或者释放阻尼环130，从而改变阻尼环130的相对密度，增大或者减小运行阻尼和刚度。利用压力传感器170检测阻尼环130的实时压力情况，便于利用控制器160精确控制阻尼环130的阻尼和刚度。
[0055]
接下来即可控制转轴210平稳地通过一阶临界转速区。
[0056]
需要说明的是，处理油膜失稳等问题时，也可通过上述的控制方法来完成。
[0057]
综上所述，可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承100结构简单，能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。可控阻尼的转动系统200能够承载较大的荷载，同时还能够保持较高的运转稳定性，特别是在接近和通过一阶临界转速区时，具有可靠的稳定性。控制方法操作简单，流程简洁，能够很方便地实现对轴承的调控，保证轴承运转的安全性和稳定性。
[0058]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。