CS269435B1

CS269435B1 - Oil damper for vibration damping of shafts mounted in rolling bearings

Info

Publication number: CS269435B1
Application number: CS886609A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Csc Neruda
Original assignee: Neruda Josef
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS660988A1

Abstract

Tlumič obsahuje olejový tlumici prostor mezi statorem a ložiskovým pouzdrem, uloženým ve statoru hydrostaticky pomocí tlakového olejového prostředí v mezeře mezi ložiskovým pouzdrem a statorem. Mezera je napojená jednak na zdroj tlakového oleje a jednak na okolní prostor, přičemž pouzdro je zajištěno vůči statoru proti otáčenl v obvodovém směru. Řešeni spočívá v tom, že po obvodě ložiskového pouzdra jsou rozmístěny přetlakové komůrky navazující na mezeru mezi ložiskovým pouzdrem a statorem a napojené kalibrovanými otvory na ždroj tlakového oleje. Pouzdro je spojeno se statorem posuvně v radiálním směru a stacionárně v obvodovém a axiálním směru pomoci mezlčlenu, jehož poloha je jištěna Jednak vůči pouzdru a jednak vůči statoru dvojicemi odpovídajících čepů a druhých Čepů, volně pohyblivých v radiálně orientovaných otvorech.The damper contains an oil damping space between the stator and the bearing housing, which is hydrostatically mounted in the stator by means of a pressurized oil medium in the gap between the bearing housing and the stator. The gap is connected both to a source of pressurized oil and to the surrounding space, while the housing is secured against rotation in the circumferential direction with respect to the stator. The solution consists in that pressure chambers are arranged along the circumference of the bearing housing, connecting to the gap between the bearing housing and the stator and connected to the source of pressurized oil by calibrated holes. The housing is connected to the stator in a sliding manner in the radial direction and stationary in the circumferential and axial directions by means of a spacer, the position of which is secured both with respect to the housing and with respect to the stator by pairs of corresponding pins and other pins, freely movable in radially oriented holes.

Description

Vynález se týká tlumení vibraci hřidelů uložených ve valivých ložiscích, zejména se vztahuje na tlumení vibraci hřídelů, které jsou při funkci vystavovány kritickým otáčkám.The invention relates to vibration damping of shafts mounted in rolling bearings, in particular to vibration damping of shafts that are exposed to critical speeds during operation.

Je známé, že při otáčení hřídelů s proměnlivou frekvencí otáčení dochází ke stavům, kdy se hřídel otáčí s otáčkami, které jsou pro něj kritické. Nepříznivý provozní stav hřidelů a jejich uloženi při kritických otáčkách je možno zlepšit zvýšením tlumicich vlastností uložení.It is known that when shafts rotate with a variable rotation frequency, states occur when the shaft rotates at speeds that are critical for it. The unfavorable operating condition of shafts and their bearings at critical speeds can be improved by increasing the damping properties of the bearings.

Je známé, že se pro tlumeni určitých konkrétních rozsahů vibrací používá tlumičů z poddajného materiálu s velkým materiálovým tlumením, například pryžových tlumičů silentbloků. pro zařízení, kde se pracuje s různými rozsahy otáček, se však tyto tlumiče nehodí a je nutné používat hydraulického tlumeni, přičemž se jako tlumicího prostředí používá olej.It is known that dampers made of flexible material with high material damping are used to dampen certain specific ranges of vibrations, for example rubber dampers of silent blocks. However, for devices where different speed ranges are used, these dampers are not suitable and it is necessary to use hydraulic damping, with oil being used as the damping medium.

Je známo řešeni, kdy ložiskové pouzdro je pružně uloženo na statoru a do mezery mezi statorem a rotorem se vrtáním přivádí olej. Při pohybu pouzdra se olejový film vytékajícího oleje vytlačuje a práce vynaložená na vymáčknuti filmu je energií, která způsobuje tlumení vibrace. Nedostatkem tohoto řešení je, že kolem přívodního otvoru vzniká zvýšené nebezpečí kavítace, a to vzhledem k velkým rychlostem oleje v mezeře blízko otvoru a vzhledem k poklesu statického tlaku v tomto místě, které je s tím spojeno. Ďalši nevýhodou je nutnost realizace průžného uložení ložiskového pouzdra.A solution is known in which the bearing bushing is flexibly mounted on the stator and oil is supplied to the gap between the stator and the rotor by drilling. When the bushing moves, the oil film of the leaking oil is squeezed out and the work spent on squeezing out the film is the energy that causes vibration damping. The disadvantage of this solution is that there is an increased risk of cavitation around the inlet hole, due to the high oil speeds in the gap near the hole and the associated drop in static pressure at this location. Another disadvantage is the need to implement a flexible bearing bushing.

Podle jiného známého řešení není pouzdro přímo připojeno ke statoru, ale je volně uloženo, přičemž olejový prostor mezi statorem a pouzdrem je na stranách utěsněn. K tlumeni dochází přeléváním náplně mezi statorem a pouzdrem ložiska z místa, kde se vůle zmenšuje, do místa, kde se vůle zvětšuje, a energie nutná pro přemísťování oleje • je energie k tlumeni vibraci. Nedostatkem řešení je, že olej pohlcuje energii a protože se nevyměňuje, zahřívá se, následkem čehož se snižuje jeho viskozita, a tím se mění tlumicí vlastností ložiska.According to another known solution, the housing is not directly connected to the stator, but is loosely mounted, with the oil space between the stator and the housing being sealed on the sides. Damping occurs by overflowing the filling between the stator and the bearing housing from the place where the clearance decreases to the place where the clearance increases, and the energy required to move the oil is the energy to dampen the vibrations. The disadvantage of this solution is that the oil absorbs energy and, since it is not replaced, it heats up, as a result of which its viscosity decreases, thereby changing the damping properties of the bearing.

Je obecně známé, že alternativou valivého uložení hřídele je uloženi hydrostatické,-Možnost současného valivého a hydrostatického uloženi hřídele je známá z německého patentového spisu č. 1 965 302, kde je valivé ložisko pro zajištěni provozu hřídele při zvýšených teplotách uloženo hydrostaticky v obvodové skříni s mezilehlou mezerou vyplněnou tlakovým tekutým prostředím, které je schopné udržovat souosost hřídele a realizovat radiální vůli tepelné dilatace. Z předmětu tohoto patentového spisu však není zřejmé, že by měl autor představu o možností využít hydrostatického uložení pro olejové tlumení vibraci při nadkritických otáčkách, ani v něm nejsou popsány konkrétní prostředky,' které by umožnily takového cíle dosahovat. Tak například není řešeno zajištěni pouzdra vůči statoru v obvodovém a případně i axiálním směru tak, aby mohlo docházet k radiálním výchylkám pouzdra, tj. k nesouosostem’pouzdra a statoru ve všech směrech v rovině kolmé na osu hřídele, a to v rozmezí vůle mezi pouzdrem a statorem. To je podmínkou funkce hydrostatického tlumeni.It is generally known that an alternative to the rolling bearing of the shaft is the hydrostatic bearing. The possibility of simultaneous rolling and hydrostatic bearing of the shaft is known from German patent specification No. 1,965,302, where the rolling bearing is hydrostatically mounted in a peripheral housing with an intermediate gap filled with a pressurized fluid medium, which is capable of maintaining the shaft alignment and realizing the radial clearance of thermal expansion. However, it is not clear from the subject matter of this patent specification that the author has any idea of the possibility of using the hydrostatic bearing for oil damping of vibrations at supercritical speeds, nor are specific means described therein that would enable such a goal to be achieved. For example, the housing is not secured to the stator in the circumferential and possibly also axial direction in such a way that radial deflections of the housing can occur, i.e. misalignment of the housing and stator in all directions in a plane perpendicular to the shaft axis, within the clearance between the housing and the stator. This is a condition for the hydrostatic damping function.

Uvedené nedostatky odstraňuje předmět vynálezu, mající olejový tlumič pro tlumeni vibrací hřídelů uložených ve valivých ložiscích, s ložiskovým pouzdrem uloženým ve statoru hydrostaticky pomocí tlakového olejového prostředí v mezeře mezi ložiskovým pouzdrem a statorem, napojené jednak na zdroj tlakového oleje a jednak na okolní prostor, který se podle vynálezu vyznačuje tím, že po obvodu ložiskového pouzdra jsou rozmístěny přetlakové komůrky navazující na mezeru mezi ložiskovým pouzdrem a statorem a napojené kalibrovanými otvory na zdroj tlakového oleje, přičemž pouzdro je spojeno se statorem posuvně v radiálním směru a >ta<ionárně v obvodovém a axiálním směru pomoci mezičlenu, přičemž je'jištěn vůči pouzdru dvěma diametrálně protilehlými prvními čepy, radiálně volně zasunutými do radiálních průchodů v pouzdře, a současně je jištěn v ob2 vodovém směru vůči statoru dvěma diametrálně protilehlými druhými čepy, radiálně volně zasunutými do radiálních průchodů v mezičlenu a pootočenými vůči prvním čepům o 30 až 90°.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the subject of the invention, having an oil damper for damping vibrations of shafts mounted in rolling bearings, with a bearing housing mounted in the stator hydrostatically by means of a pressurized oil medium in the gap between the bearing housing and the stator, connected both to a source of pressurized oil and to the surrounding space, which according to the invention is characterized in that overpressure chambers are arranged along the circumference of the bearing housing, connecting to the gap between the bearing housing and the stator and connected by calibrated holes to the source of pressurized oil, wherein the housing is connected to the stator slidably in the radial direction and >statically in the circumferential and axial directions by means of an intermediate member, wherein it is secured to the housing by two diametrically opposed first pins, radially freely inserted into radial passages in the housing, and at the same time it is secured in the circumferential direction to the stator by two diametrically opposed second pins, radially freely inserted into radial passages in the intermediate member and rotated 30 to 90° relative to the first pins.

Podle vynálezu se součet délek obvodů mezery po obvodu komůrek voli 0,5 až 2násobek součtu délek obvodů, jimiž vytéká olejové prostředí z mezery do okolního prostoru.According to the invention, the sum of the lengths of the circumferences of the gap around the circumference of the chambers is chosen to be 0.5 to 2 times the sum of the lengths of the circumferences through which the oil medium flows out of the gap into the surrounding space.

Takto řešený tlumič využívá hydrostatického principu uloženi tak, že se při vybočeni pouzdra vůči statoru zvětši na jedné straně mezera,-takže se v odpovídajících komůrkách sníží hydrostatický tlak, zatímco na protilehlé straně se odtoková mezera zmenši a tlak v odpovídající mlče vzroste. Tento tlakový vzrůst působí proti vybočeni takže se pouzdro vrací do původního směru a zachovává se souosost. Současné vzhledem k poměrně velké ploče na vstupu do mezery není rychlost oleje v tomto mistě veliká, takže nedochází k velkému poklesu statického tlaku a k nebezpečí vzniku kavitačnich· jevů. Stálý průtok oleje mezerou vede k tomu; že se olej v mezeře nepřehřivá, takže je zajištěna stálost tlumicích vlastnosti.The damper designed in this way uses the hydrostatic principle of the bearing so that when the housing is deflected relative to the stator, the gap increases on one side, so that the hydrostatic pressure in the corresponding chambers decreases, while on the opposite side the outlet gap decreases and the pressure in the corresponding chamber increases. This pressure increase counteracts the deflection so that the housing returns to its original direction and the alignment is maintained. At the same time, due to the relatively large plate at the entrance to the gap, the oil velocity in this place is not high, so there is no large drop in static pressure and no risk of cavitation phenomena. The constant flow of oil through the gap leads to the fact that the oil in the gap does not overheat, so that the stability of the damping properties is ensured.

Celková tlumici vlastnost tlumiče podle vynálezu se skládá jednak z tlumeni výchylek ložiska, zvláště pouzdra, při nižších rychlostech otáčeni, a z tlumeni vzniklého vytlačováním olejového filmu z mezery mezi pouzdrem a statorem, které převažuje při vysokých frskvsnčrtchLotáčeni.The overall damping property of the damper according to the invention consists of both damping of deflections of the bearing, especially the sleeve, at lower rotational speeds, and damping resulting from the extrusion of the oil film from the gap between the sleeve and the stator, which prevails at high rotational speeds.

Tlumič podle vynálezu neni konstrukčně ani provozně náročný, protože se využívá olejového systému stroje, jehož hřídel se v tlumeném ložisku otáčí. Tlumeni pokrývá rozsáhlou škálu otáček, takže na hřídel mohou být aplikovány různé zátěže s různou frekvenci otáčeni. Tlumič neni nutné vyvíjet pro konkrétní aplikací, takže vynález se obzvláště dobře hodí pro zkušební zařízení, které slouží pro celý soubor zkoušených výrobků, například leteckých motorů. U těchto zařízení není rentabilní vyvíjet pryžové tlumiče, protože se jedná o rozsáhlé pásmo otáček, které je nutno pokrýt, přičemž v . rámci pásma se vyskytuje frekvence, která je pro hřídel zkušebního zařízení kritická. Tlumič podle vynálezu umožňuje tento problém jednoduše odstranit bez nevýhod nebo závad, které se vyskytují u známých výše popsaných hydraulických tlumičů.The damper according to the invention is not structurally or operationally demanding, because it uses the oil system of the machine, the shaft of which rotates in a damped bearing. The damping covers a wide range of speeds, so that different loads with different rotation frequencies can be applied to the shaft. The damper does not need to be developed for a specific application, so the invention is particularly well suited for testing equipment that serves the entire set of tested products, for example aircraft engines. For these devices, it is not profitable to develop rubber dampers, because there is a wide range of speeds that must be covered, and within the range there is a frequency that is critical for the shaft of the testing equipment. The damper according to the invention allows this problem to be easily eliminated without the disadvantages or defects that occur in the known hydraulic dampers described above.

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 exiální řez valivým ložiskem opatřeným tlumičem podle vynálezu a obr. 2 příčný řez rovinou II —II z obr. 1.The invention is explained in more detail in the following description with reference to the attached drawings, in which Fig. 1 shows an axial section through a rolling bearing equipped with a damper according to the invention and Fig. 2 shows a cross-section along the plane II -II of Fig. 1.

Z obr. 1 je zřejmé, že ložiskové pouzdro 1 je,uloženo ve statoru 4 s mezilehlou mezerou i, v níž je tlumící olejové prostředí g. Obr. 1 1 obr. 2 značí, že jsou po obvodu ložiskového pouzdra 1 rozmístěny přetlakové komůrky £, navazující na mezeru J mezi ložiskovým pouzdrem 1 a statorem 4 a napojené kalibrovanými otvory 6 na zdroj 12 tlakového oleje, kterým může být společný rozvodný systém tlakového oleje zkoušeného stroje.It is clear from Fig. 1 that the bearing housing 1 is mounted in the stator 4 with an intermediate gap i, in which there is a damping oil medium g. Fig. 1 1 Fig. 2 indicates that pressure chambers £ are arranged around the circumference of the bearing housing 1, connecting to the gap J between the bearing housing 1 and the stator 4 and connected by calibrated holes 6 to a source 12 of pressurized oil, which may be a common distribution system of pressurized oil of the machine under test.

.ložiskové pouzdro 1 je spojeno se statorem 4 pomoci mezičlenu 15 ve tvaru prstence, umístěného mezi pouzdrem a statorem 4. Mezičlen je v obvodovém směru jištěn vůči pouzdru 1 dvěma diametrálně protilehlými prvními čepy 14, radiálně volně zasunutými do radiálních průchodů v pouzdře 1, a současně je jištěn v obvodovém směru vůči statoru 4 dvěma diametrálně protilehlými druhými čepy 15. Druhé čepy 15 jsou radiálně volně zasunuty do radiálních průchodů ve statoru 4 a jsou pootočeny vůči prvním čepům 14 v daném konkrétním příkladě o 90°.The bearing housing 1 is connected to the stator 4 by means of an intermediate member 15 in the shape of a ring, located between the housing and the stator 4. The intermediate member is secured in the circumferential direction to the housing 1 by two diametrically opposed first pins 14, radially freely inserted into radial passages in the housing 1, and at the same time it is secured in the circumferential direction to the stator 4 by two diametrically opposed second pins 15. The second pins 15 are radially freely inserted into radial passages in the stator 4 and are rotated by 90° relative to the first pins 14 in the given specific example.

Tímto uložením je zajištěno jištění pouzdra 1 vůči statoru v obvodovém i axiálním směru, avšak je možné klouzání ve dvou navzájem kolmých směrů, definovaných čepy 14 a 1J. Tyto směry určuji složky radiálního pohybu, který může ložiskové pouzdro 1 vykonávat vůči statoru 4 při vibracích, které jsou tlumeny olejovým prostředím £ v mezeře 3.This arrangement ensures the securing of the housing 1 relative to the stator in both the circumferential and axial directions, but sliding is possible in two mutually perpendicular directions, defined by pins 14 and 1J. These directions determine the components of the radial movement that the bearing housing 1 can perform relative to the stator 4 during vibrations that are damped by the oil medium £ in the gap 3.

Podle výhodného znaku vynálezu je součet délek obvodů o^, mezery 3 po obvodu komůrek {> roven 0,5 až 2násobku součtu délek obvodů o^, jimiž vytéká olejové prostředí 2 z mezery 13 do okolního prostoru 15. Velikost přiyodni plochy olejového filmu člo mczery i, daná součte· obvodů o^, každé komůrky 5, výtokových obvodů na každé straně ložiska aAccording to an advantageous feature of the invention, the sum of the lengths of the circumferences o^ of the gap 3 around the circumference of the chambers {> is equal to 0.5 to 2 times the sum of the lengths of the circumferences o^ through which the oil medium 2 flows out of the gap 13 into the surrounding space 15. The size of the connecting area of the oil film in the chamber i, given by the sum of the circumferences o^ of each chamber 5, the outflow circumferences on each side of the bearing and

Otvory komůrek pro přívod tlakového oleje plochy tak, aby tlak oleje, který se vytváří v je tedy vázána na velikost součtu obou naopak.The openings of the chambers for supplying pressurized oil are located so that the oil pressure that is created in the chamber is therefore tied to the sum of both.

jsou kalibrovány vhodnou volbou jejich komůrkách, byl mezi tlakem napájecího oleje a tlakem v okolním prostoru, v němž je ložisko umístěnoare calibrated by a suitable choice of their chambers, was between the pressure of the supply oil and the pressure in the surrounding space in which the bearing is located

Mezera mezi ložiskovým pouzdrem a statorem se voli obvykle od 20 do 700 /im a je určena hydrodynamickým výpočtem na základě očekávané frekvence kritických otáček hřídele, vazkosti použitého olejového prostředí a rozměrů tlumiče.The gap between the bearing housing and the stator is usually selected from 20 to 700 µm and is determined by hydrodynamic calculation based on the expected frequency of critical shaft revolutions, the viscosity of the oil medium used and the dimensions of the damper.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. An oil damper for damping vibrations of shafts mounted in rolling bearings, with a bearing housing mounted in the stator hydrostatically using a pressurized oil environment in the gap between the bearing housing and the stator, connected both to a source of pressurized oil and to the surrounding space, with the bearing housing secured to the stator against rotation in the circumferential direction, characterized in that pressure chambers /5/ are arranged along the circumference of the bearing housing /1/, connecting to the gap /3/ between the bearing housing /1/ and the stator /4/ and connected by calibrated holes /6/ to the source /19/ of pressurized oil, wherein the housing /1/ is connected to the stator /4/ slidably in the radial direction and stationary in the circumferential and axial directions by means of an intermediate member /13/, wherein the intermediate member /13/ is secured to the housing /1/ by two diametrically opposed first pins /14/, radially freely inserted into the radial passages in the housing /1/, and at the same time it is secured to the stator /4/ by two diametrically opposite second pins /15/, radially freely inserted into the radial passages in the intermediate member /13/ and rotated relative to the first pins /14/ by 30 to 90°.

2. An oil damper according to item 1, characterized in that the sum of the lengths of the circumferences /o^/ of the gap /3/ around the circumference of the chambers /5/ is equal to 0.5 to 2 times the sum of the lengths of the circumferences la^l through which the oil medium /2/ flows out of the gap /3/ into the surrounding space /12/.